Транзисторы. Из чего состоит транзисторТранзисторДоброго дня уважаемые радиолюбители!Приветствую вас на сайте “Радиолюбитель“ На этом занятии Школы начинающего радиолюбителя мы продолжим изучение полупроводников. На прошлом занятии мы рассматривали диоды, а на этом занятии рассмотрим более сложный полупроводниковый элемент – транзисторы. Транзистор является более сложной полупроводниковой структурой, чем диод. Он состоит из трех слоев кремния (бывают еще и германиевые транзисторы) с разной проводимостью. Это могут быть структуры типа n-p-n или p-n-p. Функционирование транзисторов, также как и диодов, основывается на свойствах p-n переходов.
Биполярные транзисторы, как уже говорилось выше, представляют собой слоенный пирог из трех слоев. В упрощенном виде транзистор можно представить как два встречно включенных диодов:
Объединение двух пар переходов приводит к проявлению чрезвычайно интересного свойства, именуемого транзисторным эффектом. Если к транзистору между коллектором и эмиттером приложить напряжение, тока практически не будет (о чем и говорилось чуть выше). Если же произвести подключение в соответствии со схемой (как на рисунке ниже), где на базу через ограничивающее сопротивление (чтобы не повредить транзистор) подается напряжение, то через коллектор будет проходить ток более сильный чем ток базы. При повышении тока базы ток коллектора тоже будет увеличиваться.
Следовательно, при любом напряжение на сопротивление R, ток коллектора будет в 99 раз больше тока базы, то есть транзистор имеет коэффициент усиления по току равный 99. Другими словами, транзистор усиливает ток базы в 99 раз. Этот коэффициент обозначают буквой ?. Коэффициент усиления равен отношению тока коллектора к току базы: ? = Iк/Iб На базу транзистора можно подать и переменное напряжение. Но, необходимо, чтобы транзистор работал в линейном режиме. Для нормального функционирования в линейном режиме транзистору следует подать на базу постоянное напряжение смещения и подвести переменное напряжение, которое он будет усиливать. Таким образом транзисторы усиливают слабые напряжения, поступающие к примеру с микрофона, до уровня, который способен привести в действие громкоговоритель. Если коэффициент усиления не достаточен, можно использовать несколько транзисторов или их последовательных каскадов. Чтобы при соединении каскадов не нарушать режимов работы каждого из них по постоянному току ( при которых обеспечивается линейность), используют разделительные конденсаторы. Биполярные транзисторы обладают электрическими характеристиками, обеспечивающими им определенные преимущества по сравнению с другими усилительными компонентами. Как мы уже знаем, существуют еще (кроме биполярных) и униполярные транзисторы. Коротко рассмотрим два их них – полевые и однопереходные транзисторы. Как и биполярные они бывают двух типов и имеют по три вывода:
Имеется три фундаментальных схемы включения транзисторов в усилительном каскаде: ? с общим эмиттером (а)? с общим коллектором (б)? с общей базой (в)
Коэффициент усиления по току – Кус.i и коэффициент усиления по напряжению – Кус.u биполярного транзистора, включенного по схеме с общим эмиттером, зависит от отношения сопротивления нагрузки (на схеме обозначено как Rн) и источника сигнала (на схеме обозначено как R1). Если сопротивление источника сигнала в h31э раза меньше сопротивления нагрузки, то коэффициент усиления по напряжению чуть меньше единицы (0,95…0,99), а коэффициент усиления по току равен h31э. Когда сопротивление источника сигнала более чем в h31э раза меньше сопротивления нагрузки, то коэффициент усиления по току остается неизменным (равным h31э), а коэффициент усиления по напряжению уменьшается. Если же, наоборот, входное сопротивление уменьшить, то коэффициент усиления по напряжению становится больше единицы, а коэффициент усиления по току, при ограничении протекающего через переход база-эмиттер транзистора тока, не изменяется. Схема с общим эмиттером – единственная схема включения биполярного транзистора, которая требует ограничения входного (управляющего) тока. Можно сделать несколько выводов: – базовый ток транзистора нужно ограничивать, иначе сгорит или транзистор, или управляющая им схема; – с помощью транзистора, включенного по схеме ОЭ, очень легко управлять высоковольтной нагрузкой низковольтным источником сигнала. Через базовый, а следовательно и коллекторный переходы протекает значительный ток при напряжении база-эмиттер всего 0,8…1,5 В. Если амплитуда (напряжение) больше этого значения – нужно поставить между базой транзистора и выходом управляющей схемы токоограничивающий резистор (R1). Рассчитать его сопротивление можно по формулам: Ir1=Irн/h31э R1=Uупр/Ir1 где: Irн – ток через нагрузку, А; Uупр – напряжение источника сигнала, В; R1 – сопротивление резистора, Ом. Еще одна особенность схемы с ОЭ – падение напряжения на переходе коллектор-эмиттер транзистора можно практически уменьшить до нуля. Но для этого надо значительно увеличивать базовый ток, что не очень выгодно. Поэтому такой режим работы транзисторов используют только в импульсных, цифровых схемах. Транзистор, работающий в схеме усилителя аналогового сигнала, должен обеспечивать примерно одинаковое усиление сигналов с разной амплитудой относительно некоторого “среднего” напряжения. Для этого его нужно немножко “приоткрыть”, постаравшись не “переборщить”. Как видно из рисунка ниже (левый):
Форма аналогового сигнала показана на рисунке выше (справа). Как видно из графика, амплитуда сигнала постоянно пульсирует относительно некоего среднего напряжения Uср, причем она может как увеличиваться, так и уменьшаться. Но биполярный транзистор реагирует только на увеличение входного напряжения (вернее тока). Вывод: нужно сделать так, чтобы транзистор даже при минимальной амплитуде входного сигнала был немножко приоткрыт. При средней амплитуде Uср он откроется чуть сильнее, а при максимальной Umax откроется максимально. Но при этом он не должен входить в режим насыщения (см.рис. выше) – в этом режиме выходной ток перестает линейно зависеть от входного, в следствии чего происходит сильное искажение сигнала. Обратимся снова к форме аналогового сигнала. Так как и максимальная и минимальная амплитуды входного сигнала относительно средней примерно одинаковы по величине (и противоположны по знаку), то нам нужно подать на базу транзистора такой постоянный ток (ток смещения – Iсм), чтобы при “среднем” напряжении на входе транзистор был открыт ровно наполовину. Тогда при уменьшении входного тока транзистор будет закрываться и ток коллектора будет уменьшатся, а при увеличении входного тока он будет открываться еще сильнее. radio-stv.ru Что такое транзисторы | Основы РЕМОНТАЧто такое транзистор…Транзистором называется полупроводниковый прибор, предназначенный для усиления и генерирования электрических колебаний. Так что же такое транзистор? — Он представляет собой кристалл, помещенный в корпус, снабженный выводами. Кристалл изготовляют из полупроводникового материала. По своим электрическим свойствам полупроводники занимают некоторое промежуточное положение между проводниками и непроводниками тока (изоляторами).Небольшой кристалл полупроводникового материала (полупроводника) после соответствующей технологической обработки становится способным менять свою электропроводность в очень широких пределах при подведении к нему слабых электрических колебаний и постоянного напряжения смещения.Кристалл помещают в металлический или пластмассовый корпус и снабжают тремя выводами, жесткими или мягкими, присоединенными к соответствующим зонам кристалла. Металлический корпус иногда имеет собственный вывод, но чаща с корпусом соединяют один из трех электродов транзистора.В настоящее время находят применение транзисторы двух видов — биполярные и полевые. Биполярные транзисторы появились первыми и получили наибольшее распространение. Поэтому обычно их называют просто транзисторами. Полевые транзисторы появились позже и пока используются реже биполярных.Быполярные транзисторыБиполярными транзисторы называют потому, что электрический ток в них образуют электрические заряды положительной и отрицательной полярности. Носители положительных зарядов принято называть дырками, отрицательные заряды переносятся электронами. В биполярном транзисторе используют кристалл из германия или кремния — основных полупроводниковых материалов, применяемых для изготовления транзисторов и диодов.Поэтому и транзисторы называют одни кремниевыми, другие — германиевыми. Для обоих разновидностей биполярных транзисторов характерны свои особенности, которые обычно учитывают при проектировании устройств.Для изготовления кристалла используют сверхчистый материал, в который добавляют специальные строго дозированные; примеси. Они и определяют появление в кристалле проводимости, обусловленной дырками (р-проводимость) или электронами (n-проводимость). Таким образом формируют один из электродов транзистора, называемый базой.Если теперь в поверхность кристалла базы ввести тем или иным технологическим способом специальные примеси, изменяющие тип проводимости базы на обратную так, чтобы образовались близколежащие зоны n-р-n или р-n-р, и к каждой зоне подключить выводы, образуется транзистор.Одну из крайних зон называют эмиттером, т. е. источником носителей заряда, а вторую — коллектором, собирателем этих носителей. Зона между эмиттером и коллектором называется базой. Выводам транзистора обычно присваивают названия, аналогичные его электродам.Усилительные свойства транзистора проявляются в том, что если теперь к эмиттеру и базе приложить малое электрическое напряжение — входной сигнал, то в цепи коллектор — эмиттер потечет ток, по форме повторяющий входной ток входного сигнала между базой и эмиттером, но во много раз больший по значению.Для нормальной работы транзистора в первую очередь необходимо подать на его электроды напряжение питания. При этом напряжение на базе относительно эмиттера (это напряжение часто называют напряжением смещения) должно быть равно нескольким десятым долям вольта, а на коллекторе относительно эмиттера — несколько вольт.Включение в цепь n-р-n и р-n-р транзисторов отличается только полярностью напряжения на коллекторе и смещения. Кремниевые и германиевые транзисторы одной и той же структуры отличаются между собой лишь значением напряжения смещения. У кремниевых оно примерно на 0,45 В больше, чем у герма ниевых.
Рис. 1 На рис. 1 показаны условные графические обозначения транзисторов той и другой структуры, выполненных на основе германия и кремния, и типовое напряжение смещения. Электроды транзисторов обозначены первыми буквами слов: эмиттер — Э, база — Б, коллектор — К. Напряжение смещения (или, как принято говорить, режим) показано относительно эмиттера, но на практике напряжение на электродах транзистора указывают относительно общего провода устройства. Общим проводом в устройстве и на схеме называют провод, гальванически соединенный с входом, выходом и часто с источником питания, т. е. общий для входа, выхода и источника питания. Усилительные и другие свойства транзисторов характеризуются рядом электрических параметров, наиболее важные из которых рассмотрены ниже. Статический коэффициент передачи тока базы h31Э показывает, во сколько раз ток коллектора биполярного транзистора больше тока его базы, вызвавшего этот ток. У большинства типов транзисторов численное значение этого коэффициента от экземпляра к экземпляру может изменяться от 20 до 200. Есть транзисторы и с меньшим значением — 10…15, и с большим — до 50…800 (такие называют транзисторами со сверхусилением). Нередко считают, что хорошие результаты можно получить только с транзисторами, имеющими большое значение h31э. Однако практика показывает, что при умелом конструировании аппаратуры вполне можно обойтись транзисторами, имеющими h3lЭ, равный всего 12…20. Примером этого может служить большинство конструкций, описанных в этой книге. Частотными свойствами транзистораучитывается тот факт, что транзистор способен усиливать электрические сигналы с частотой, не превышающей определенного для каждого транзистора предела. Частоту, на которой транзистор теряет свои усилительные свойства, называют предельной частотой усиления транзистора.Для того, чтобы транзистор мог обеспечить значительное усиление сигнала, необходимо, чтобы максимальная рабочая частота сигнала была по крайней мере в 10…20 раз меньше предельной частоты fт транзистора. Например, для эффективного усиления сигналов низкой частоты (до 20 кГц) применяют низкочастотные транзисторы, предельная частота которых не менее 0,2…0,4 МГц. Для усиления сигналов радиостанций длинноволнового и средневолнового диапазонов волн (частота сигнала не выше 1,6 МГц) пригодны лишь высокочастотные транзисторы с предельной частотой не ниже 16…30 МГц. Максимальная допустимая рассеиваемая мощность — это наибольшая мощность, которую может рассеивать транзистор в течение длительного времени без опасности выхода из строя. В справочниках по транзисторам обычно указывают максимальную допустимую мощность коллектора Яктах, поскольку именно в цепи коллектор — эмиттер выделяется наибольшая мощность и действуют наибольшие ток и напряжение. Базовый и коллекторный токи, протекая по кристаллу транзистора, разогревают его. Германиевый кристалл может нормально работать при температуре не более 80, а кремниевый — не более 120°С. Тепло, которое выделяется в кристалле, отводится в окружающую, среду через корпус транзистора, а также и через дополнительный теплоотвод (радиатор), которым дополнительно снабжают транзисторы большой мощности. В зависимости от назначения выпускают транзисторы малой, средней и большой мощности. Маломощные используют главным образом для усиления и преобразования слабых сигналов низкой и высокой частот, мощные — в оконечных ступенях усиления и генерации электрических колебаний низкой и высокой частот. Усилительные возможности ступени на биполярном транзисторе зависят не только от того, какой он мощности, а сколько от того, какой конкретно выбран транзистор, в каком режиме работы по переменному и постоянному току он работает (в частности, каковы ток коллектора и напряжение между коллектором и эмиттером), каково соотношение рабочей частоты сигнала и предельной частоты транзистора.
Что такое полевой транзисторПолевой транзистор представляет собой полупроводниковый прибор, в котором управление током между двумя электродами, образованным направленным движением носителей заряда дырок или электронов, осуществляется электрическим полем, создаваемым напряжением на третьем электроде. Электроды, между Которыми протекает управляемый ток, иоСят название истока и стока, причем истоком считают тот электрод, из которого выходят (истекают) носители заряда. Третий, управляющий, электрод называют затвором. Токопроводящий участок полупроводникового материала между истоком и стоком принято называть каналом, отсюда еще одно название этих транзисторов — канальные. Под действием напряжения на затворе» относительно истока меняется сопротивление канала» а значит, и ток через него. В зависимости от типа носителей заряда различают транзисторы с n-каналом или р-каналом. В n-канальных ток канала обусловлен направленным движением электронов, а р-канальных — дырок. В связи с этой особенностью полевых транзисторов их иногда называют также униполярными. Это название подчеркивает, что ток в них образуют носители только одного знака, что и отличает полевые транзисторы от биполярных. Для изготовления полевых транзисторов используют главным образом кремний, что связано с особенностями технологии их производства.
Основные параметры полевых транзисторовКрутизна входной характеристики S или проводимость прямой передачи тока Y21 указывает, на сколько миллиампер изменяется ток канала при изменении входного напряжения между затвором и истоком на 1 В. Поэтому значение крутизны входной характеристики определяется в мА/В, так же как и крутизна характеристики радиоламп. Современные полевые транзисторы имеют крутизну от десятых долей до десятков и даже сотен миллиампер на вольт. Очевидно, что чем больше крутизна, тем большее усиление может дать полевой транзистор. Но большим значениям крутизны соответствует большой ток канала. Поэтому-на практике обычно выбирают такой ток канала, при котором, о одной стороны, достигается требуемое усиление, а с другой — обеспечивается необходимая экономичность в расходе тока. Частотные свойства полевого транзистора, так же как и биполярного, характеризуются значением предельной частоты. Полевые транзисторы тоже делят на низкочастотные, среднечастотные и высокочастотные, и также для получения большого усиления максимальная частота сигнала должна быть по крайней мере в 10…20 раз меньше предельной частоты транзистора. Максимальная допустимая постоянная рассеиваемая мощность полевого транзистора определяется точно так же, как и для биполярного. Промышленность выпускает полевые транзисторы малой, средней и большой мощности. Для нормальной работы полевого транзистора на его электродах должно действовать постоянное напряжение начального смещения. Полярность напряжения смещения определяется типом канала (n или р), а значение этого напряжения — конкретным типом транзистора. Здесь следует указать, что среди полевых транзисторов значительно больше разнообразие конструкций кристалла, чем среди биполярных. Наибольшее распространение в любительских конструкциях и в изделиях промышленного производства получили полевые транзисторы с так называемым встроенным каналом и р-n переходом. Они неприхотливы в эксплуатации, работают в широких частотных пределах, обладают высоким входным сопротивлением, достигающим на низкой частоте нескольких мегаом, а на средней и высокой частотах — нескольких десятков или сотен килоом в зависимости от серии. Для сравнения укажем, что биполярные транзисторы имеют значительно меньшее входное сопротивление, обычно близкое к 1…2 кОм, и лишь ступени на составном транзисторе могут иметь большее входное сопротивление. В этом со-состоит большое преимущество полевых транзисторов перед биполярными.
На рис. 2 показаны условные обозначения полевых транзисторов со встроенным каналом и р-n переходом, а также указаны и типовые значения напряжения смещения. Выводы обозначены в соответствии с первыми буквами названий электродов. Характерно, что для транзисторов с р-каналом напряжение на стоке относительно истока должно быть отрицательным, а на затворе относительно истока — положительным, а для транзистора с n-каналом — наоборот.В промышленной аппаратуре и реже в радиолюбительской находят также применение полевые транзисторы с изолированным затвором. Такие транзисторы имеют еще более высокое входное сопротивление, могут работать на очень высоких частотах. Но у них есть существенный недостаток — низкая электрическая прочность изолированного затвора. Для его пробоя и выхода транзистора из строя вполне достаточно даже слабого заряда статического электричества, который всегда есть на теле человека, на одежде, на инструменте. По этой причине выводы полевых транзисторов с изолированным затвором при хранении следует связывать вместе мягкой голой проволокой, при монтаже транзисторов руки и инструменты нужно «заземлять», используют и другие защитные мероприятия. Литература: Васильев В.А. Приемники начинающего радиолюбителя (МРБ 1072). remosnov.ru Радио для всех - Транзисторы
Слово Transistor является аббревиатурой и представляет собой комбинацию слов Transfer + Varistor, используемых для описания их режима работы еще в первые дни своего создания.
Три изобретателя транзистора: (слева направо) Уильям Шокли, Джон Бардин. И Уолтер Браттен.Которые были награждены Нобелевской премией 1956 года по физике.
Первый транзистор
Добавьте дополнительный полупроводниковый слой к соединительному диоду, и вы получите BJT. BJT - трехслойный (легированный) полупроводниковый "сэндвич",который может быть либо PNP, либо NPN.
BJT - это регулятор тока, управляемый током. Основной ток протекает от эмиттера к коллектору (PNP) или от коллектора к эмиттеру (NPN). Вы управляете основным током, изменяя базовый ток. Управляющий ток протекает от эмиттера до базы (PNP-прямая проводимость) или от базы к эмиттеру (NPN-обратная проводимость). Маленькая стрелка на эмиттере всегда указывает направлении тока/ Ток эмиттера = базовый ток + ток коллектора по KCL (международный калибровочный стандарт для измерения электропроводности).
BJT являются «биполярными», потому что они используют оба типа несущей (электроны + дырки). Когда базовый ток равен 0 (или меньше порогового тока), транзистор выключен (становится полностью непроводящим. Когда базовый ток максимален, транзистор насыщается (становится полностью проводящим). Поскольку подвижность электронов больше подвижности дырок, NPN является более распространенным. Управляемый ток протекает через 2 внешних слоя, а не в базовом.
BJT как переключатель Примечание: BJTs фактически имеют 5 рабочих режимов (а не только обрезание или насыщение)/ Для наших целей мы будем иметь дело главным образом с областями отсечки и насыщения, что позволяет нам использовать BJT в качестве прогрессивного переключателя
Крошечный сигнал, взятый из микрофона (представьте себе хлопок), однажды выпрямленный, можно использовать для включения базы транзистора и включения лампы. Крошечный ток будеи управлять гораздо большим током (усилением). Аккумулятор обеспечивает больший ток, а не транзистор (без магии). Чем громче хлопок, тем ярче горит лампочка (активный режим) пока не достигнет насыщения. BJT, как мы уяснили, это в основном управляемое током устройство.
На транзисторе NPN ·Высокий потенциал на коллекторе·Низкий потенциал у эмиттера·Протекает ток, когда базовому элементу придается высокий потенциал На транзисторе NPN ·Высокий потенциал на эмиттере·Низкий потенциал на коллекторе·Протекает ток, когда база подключена к низкому потенциалу
Режимы BJT -Область отсечки: VBE <VFB, iB = 0-Транзистор действует как выключатель-Активная линейная область: VBE = VFB, iB ≠ 0, iC = βiB-Транзистор действует как усилитель тока-Область насыщения: VBE = VFB, iB> iC, max / βВ этом режиме транзистор действует как переключатель включения
3 параметра, представляющие интерес -Коэффициент усиления по току (β)-Падение напряжения от базы к эмиттеру при VBE = VFB-Минимальное падение напряжения на коллекторе и эмиттере при насыщении транзистора
Поскольку биполярный транзистор является трехконтактным устройством, существует три возможных способа его подключения в электронной схеме, причем один вывод является общим для входа и выхода. Каждый способ соединения по-разному реагирует на входной сигнал в цепи, поскольку статические характеристики транзистора изменяются в зависимости от схемы.
Конфигурация с общей базой (ОБ) Как следует из названия, в базовой конфигурации базовое соединение является общим как для входного сигнала, так и для выходного сигнала, при этом входной сигнал подается между базовым и эмиттерным терминалами. Соответствующий выходной сигнал берется между базовым и коллекторным терминалами, как показано на базовом терминале, заземленном или подключенном к фиксированной опорной точке напряжения. Входной ток, протекающий в эмиттер, достаточно велик, так как сумма его как основного тока, так и тока коллектора соответственно, следовательно, токовый выход коллектора меньше входа тока эмиттера, что приводит к коэффициенту усиления по току для этого типа схемы «1», (Единицы) или меньше, другими словами, общая базовая конфигурация «ослабляет» входной сигнал. Общая цепь базового транзистора
Эта конфигурация усилителя такого типа является схемой усилителя без инвертирующего напряжения, поскольку напряжения Vin и Vout сигнала являются « синфазными » . Этот тип структуры транзистора не очень распространен из-за его необычно высоких характеристик усиления напряжения. Его входные характеристики соответствуют характеристикам прямого смещенного диода, в то время как выходные характеристики соответствуют характеристикам освещенного фотодиода. Также этот тип биполярной конфигурации транзистора имеет высокое отношение выходного сигнала к входному сопротивлению или, что более важно, «нагрузочное» сопротивление ( RL ) к «входному» сопротивлению ( Rin ), что дает ему значение «Resistance Gain». Тогда коэффициент усиления напряжения ( Av ) для общей базовой конфигурации определяется как: Общий базовый коэффициент усиления напряжения
Где: Ic / Ie - текущий коэффициент усиления, альфа ( α ) и RL / Rin - коэффициент усиления сопротивления. Схема общей базы обычно используется только в однокаскадных схемах усилителя, таких как микрофонный предусилитель или радиочастотный ( Rf ) усилители, благодаря своей очень хорошей частотной характеристике. Конфигурация с общим эмиттером (ОЭ) В конфигурации с общим эмиттером или заземленным эмиттером входной сигнал подается между базой и эмиттером, в то время как выходной сигнал берется между коллектором и эмиттером, как показано. Этот тип конфигурации является наиболее часто используемой схемой для транзисторных усилителей и представляет собой «нормальный» метод биполярного транзисторного соединения. Общая конфигурация усилителя эмиттера обеспечивает наибольший коэффициент усиления по току и мощности для всех трех конфигураций биполярных транзисторов. Это связано главным образом с тем, что входной импеданс НИЗКИЙ, поскольку он подключен к прямому смещенному PN-переходу, в то время как выходной импеданс ВЫСОКИЙ, как он взят из обратного смещенного PN-перехода. Общая схема с эмиттером
В этом типе конфигурации ток, выходящий из транзистора, должен быть равен токам, втекающим в транзистор, когда ток эмиттера задан как Ie = Ic + Ib . Поскольку сопротивление нагрузки ( RL ) последовательно соединено с коллектором, коэффициент усиления тока общей конфигурации эмиттерного транзистора является довольно большим, поскольку он представляет собой отношение Ic / Ib . Текущий коэффициент усиления транзисторов задается греческим символом Beta , ( β ). Поскольку ток эмиттера для общей конфигурации эмиттера определяется как Ie = Ic + Ib , отношение Ic / Ie называется Alpha , учитывая греческий символ α . Обратите внимание: значение Alpha всегда будет меньше единицы. Поскольку электрическое соотношение между этими тремя токами Ib , Ic и Ie определяется физической конструкцией самого транзистора, любое небольшое изменение базового тока ( Ib ) приведет к значительно большему изменению тока коллектора ( Ic ) , Тогда небольшие изменения тока, текущего в базе, будут, таким образом, управлять током в схеме эмиттер-коллектор. Как правило, для большинства транзисторов общего назначения значение бета имеет значение от 20 до 200. Таким образом, если транзистор имеет значение бета, равное, например, 100, то один электрон будет течь от базового терминала на каждые 100 электронов, протекающих между клеммой эмиттер-коллектор. Объединяя выражения для Alpha , α и Beta , β математическое соотношение между этими параметрами и, следовательно, текущее усиление транзистора может быть задано как:
Где: « Ic » - ток, протекающий в коллекторную клемму, « Ib » - ток, протекающий в базовую клемму, а « Ie » - ток, текущий через клемму эмиттера. Затем подведем итог. Этот тип конфигурации биполярного транзистора имеет больший входной импеданс, силу тока и усиление мощности, чем у базовой конфигурации, но его коэффициент усиления намного ниже. Общая конфигурация излучателя представляет собой инвертирующую схему усилителя. Это означает, что результирующий выходной сигнал 180 ° « находится в противофазе » с сигналом входного напряжения. Конфигурация с общим коллектором (ОК) В общем коллекторе или конфигурации с заземленным коллектором коллектор теперь распространен через источник питания. Входной сигнал подключается непосредственно к базе, а выход берется из нагрузки эмиттера, как показано. Этот тип конфигурации обычно называют цепью следящего элемента напряжения или схемы следящего элемента эмиттера . Конфигурация общего коллектора или эмиттерного повторителя очень полезна для приложений согласования импеданса из-за очень высокого входного импеданса в области сотен тысяч Ом при относительно низком выходном импедансе. Общая схема
Общая конфигурация эмиттера имеет коэффициент усиления по току, приблизительно равный β- значению самого транзистора. В конфигурации общего коллектора сопротивление нагрузки расположено последовательно с эмиттером, поэтому его ток равен току эмиттерного тока. Поскольку ток эмиттера представляет собой комбинацию коллектора и суммарного тока базы, сопротивление нагрузки в этом типе конфигурации транзистора также имеет как коллекторный ток, так и входной ток базы, протекающей через него. Тогда текущее усиление схемы задается как: Текущий коэффициент коллектора
Этот тип конфигурации биполярного транзистора является неинвертирующей схемой, в которой напряжения сигнала Vin и Vout являются « синфазными » . Он имеет коэффициент усиления по напряжению, который всегда меньше «1» (единица). Сопротивление нагрузки общего транзистора коллектора принимает как базовый, так и коллекторный токи, дающие большой коэффициент усиления по току (как в случае с общей конфигурацией эмиттера), что обеспечивает хорошее усиление тока с очень небольшим коэффициентом усиления по напряжению. Теперь мы можем суммировать различные зависимости между отдельными токами постоянного тока транзисторов, протекающими через каждую ветвь, и коэффициентами усиления постоянного тока, приведенными выше в следующей таблице. Связь между DC-токами Конфигурации BJT
С обобщенными характеристиками различных конфигураций транзисторов, приведенными в следующей таблице:
Типичная схема подключения
Решим задачку
Дано: VB - 5 В R — 1 кОм hfe = 50 Найти: Ice-? Решение:
IBE = ICE = IBE hfe = 0,005 x 50 = 0,25A
Вывод: Если на базу подаётся 5 В через резистор в 1 кОм, транзистор откроется настолько, что будет способен пропустить до 250 мА. При этом управляющий ток составит всего 5 мА
Биполярный транзистор в качестве переключателя
Когда база NPN-транзистора заземлено (0 вольт) и ток базы отсутствует, Ib течет, ток не течет от эмиттера к коллектору, и поэтому транзистор отключается «OFF». Если база смещена вперед более чем на 0,7 вольт, ток будет протекать от эмиттера к коллектору, и транзистор считается включенным. При работе в этих двух режимах транзистор работает как переключатель. Проблема здесь заключается в том, что база транзисторов должна переключаться между нулем и некоторым большим положительным значением, чтобы транзистор стал насыщенным, в этот момент увеличенный базовый ток Ib поступает в устройство, в результате чего ток коллектора Ic становится большим, а Vce маленьким. Тогда мы можем видеть, что небольшой ток на базе может управлять гораздо большим током, протекающим между коллектором и эмиттером. Отношение тока коллектора к базовому току ( β ) известно как коэффициент усиления тока транзистора. Типичное значение β для стандартного биполярного транзистора может находиться в диапазоне от 50 до 200 и может варьироваться даже между транзисторами с одинаковой кодировкой цифрами но разными буквами.
Читаем далее по теме
Условные обозначения транзисторов Транзистор IGBT Транзистор JFET Транзистор Дарлингтона МОП- транзистор (MOSFET)
www.junradio.com Транзистор — ТрадицияМатериал из свободной русской энциклопедии «Традиция» Фотография некоторых типов дискретных транзисторовТранзи́стор (от англ. transfer — переносить и resistor — сопротивление) — трёхэлектродный полупроводниковый электронный прибор, в котором ток в цепи двух электродов управляется третьим электродом. Управление током в выходной цепи осуществляется за счёт изменения входного напряжения. Небольшое изменение входных величин может приводить к существенно большему изменению выходного напряжения и тока. Это усилительное свойство транзисторов используется в аналоговой технике (аналоговые ТВ, радио, связь и т. п.). В настоящее время в аналоговой технике доминируют биполярные транзисторы (БТ) (международный термин — BJT, bipolar junction transistor). Другой важнейшей отраслью электроники является цифровая техника (логика, память, процессоры, компьютеры, цифровая связь и т. п.), где, напротив, биполярные транзисторы почти полностью вытеснены полевыми. Вся современная цифровая техника построена, в основном, на полевых МОП (металл-оксид-полупроводник)-транзисторах (МОПТ), как более экономичных, по сравнению с БТ, элементах. Иногда их называют МДП (металл-диэлектрик-полупроводник)- транзисторы. Международный термин — MOSFET (metal-oxide-semiconductor field effect transistor). Транзисторы изготавливаются в рамках интегральной технологии на одном кремниевом кристалле (чипе) и составляют элементарный «кирпичик» для построения микросхем памяти, процессора, логики и т. п. Размеры современных МОПТ составляют от 90 до 32 нм. На одном современном чипе (обычно размером 1—2 см²) размещаются несколько (пока единицы) миллиардов МОПТ. На протяжении 60 лет происходит уменьшение размеров (миниатюризация) МОПТ и увеличение их количества на одном чипе (степень интеграции), в ближайшие годы ожидается дальнейшее увеличение степени интеграции транзисторов на чипе (см. Закон Мура). Уменьшение размеров МОПТ приводит также к повышению быстродействия процессоров. Каждую секунду сегодня в мире изготавливается полмиллиарда МОП-транзисторов.  Первый в мире работающий транзистор Первые патенты на принцип работы полевых транзисторов были зарегистрированы в Германии 1928 (в Канаде, в 1925 году в октябре 22) на имя австро-венгерского физика Юлия Эдгара Лилиенфельда. В 1934 немецкий физик Оскар Хейл запатентовал полевой транзистор. Полевые транзисторы (в частности, МОП-транзисторы) основаны на простом электростатическом эффекте поля, по физике они существенно проще биполярных транзисторов, и поэтому они придуманы и запатентованы задолго до биполярных транзисторов. Тем не менее, первый МОП-транзистор, составляющий основу современной компьютерной индустрии, был изготовлен позже биполярного транзистора в 1960 году. Только в 90-х годах 20 века МОП-технология стала доминировать над биполярной. В 1947 Уильям Шокли, Джон Бардин и Уолтер Браттейн в лабораториях Bell Labs впервые создали действующий биполярный транзистор, продемонстрированный 16 декабря. 23 декабря состоялось официальное представление изобретения и именно эта дата считается днём изобретения транзистора. По технологии изготовления он относился к классу точечных транзисторов. В 1956 году они были награждены Нобелевской премией по физике «за исследования полупроводников и открытие транзисторного эффекта». Интересно, что Джон Бардин вскоре был удостоен Нобелевской премии во второй раз за создание теории сверхпроводимости. Позднее транзисторы заменили вакуумные лампы в большинстве электронных устройств, свершив революцию в создании интегральных схем и компьютеров. Bell нуждались в названии устройства. Предлагались названия «полупроводниковый триод» (semiconductor triode), «Solid Triode», «Surface States Triode», «кристаллический триод» (crystal triode) и «Iotatron», но слово «транзистор» (transistor), предложенное Джоном Пирсом (John R. Pierce), победило во внутреннем голосовании. Первоначально название «транзистор» относилось к резисторам, управляемым напряжением. В самом деле, транзистор можно представить как некое сопротивление, регулируемое напряжением на одном электроде (в полевых транзисторах, для которых эта аналогия более точна — напряжением на затворе, в биполярных транзисторах — напряжением на базе или током базы). Классификация транзисторов[править]
Обозначение транзисторов разных типов Принцип действия и способы применения транзисторов существенно зависят от их типа, поэтому подробная информация об этом отнесена в соответствующие статьи. По типу используемого полупроводника транзисторы классифицируются на кремниевые, германиевые и арсенид-галлиевые. Другие материалы транзисторов до недавнего времени не использовались. В настоящее время имеются транзисторы на основе, например, прозрачных полупроводников для использования в матрицах дисплеев. Перспективный материал для транзисторов — полупроводниковые полимеры. Также имеются отдельные сообщения о транзисторах на основе углеродных нанотрубок. По мощности различают маломощные транзисторы (рассеиваемая мощность измеряется в мВт), транзисторы средней мощности (от 0,1 до 1 Вт рассеиваемой мощности) и мощные транзисторы (больше 1 Вт). На фотографии мощность транзисторов возрастает слева направо. По исполнению различают дискретные транзисторы (корпусные и бескорпусные) и транзисторы в составе интегральных схем traditio.wiki |
|
||||||||||||||||||
|
|
||||||||||||||||||
|
Центральный, или средний слой, называют базой (Б), а два других соответственно – эмиттер (Э) и коллектор (К). Следует отметить, что существенной разницы между двумя типами транзисторов нет, и многие схемы могут быть собраны с тем или другим типом, при соблюдении соответствующей полярности источника питания. На рисунке ниже приведено схемное изображение транзисторов, транзистор p-n-p отличается от транзистора n-p-n направлением стрелки эмиттера:
Выделяют два основных типа транзисторов: биполярные и униполярные, которые различаются по конструктивным особенностям. В рамках каждого типа существует много разновидностей. Главное различие этих двух типов транзисторов заключается в том, что управление процессами, происходящими в ходе работы прибора, в биполярном транзисторе осуществляется входным током, а в униполярном транзисторе – входным напряжением.
(при этом, следует отметить, что переход база – эмиттер представляет собой обычный стабилитрон, напряжение стабилизации которого 7…10 вольт). Исправность транзистора можно проверить также как и исправность диода, обычным омметром, измеряя сопротивление между его выводами. Переходы, аналогичные имеющимся в диоде, существуют в транзисторе между базой и коллектором, а также между базой и эмиттером. На практике такой способ для проверки транзисторов используется очень часто. Если омметр подключить между коллекторным и эмиттерным выводами, прибор покажет разрыв цепи (при исправном транзисторе), что естественно так как диоды включены встречно. А это означает, что при любой полярности приложенного напряжения один из диодов включен в прямом направлении, а второй в обратном, поэтому ток проходить не будет.
С помощью измерительного прибора можно определить соотношение токов базы, коллектора и эмиттера. Это можно проверить простым способом. Если сохранить напряжение питания, к примеру на уровне 4,5 В, изменив значение сопротивления в цепи базы с R до R/2, ток базы удвоится, пропорционально увеличится и ток коллектора, к примеру:
Электродами полевых транзисторов являются: затвор – З, сток – С, соответствующий коллектору и исток – И, отождествляемый с эмиттером. Полевые транзисторы с n- и p- каналом различаются по направлению стрелки затвора. Однопереходные транзисторы, которые иногда называют двухбазовыми диодами, в основном используются в схемах генераторов импульсных периодических сигналов.
Биполярный транзистор, включенный по схеме с общим эмиттером, в зависимости от выходного сопротивления источника питания R1 и сопротивления нагрузки Rн усиливает входной сигнал и по напряжению, и по току. Коэффициент усиления биполярного транзистора обозначается как h31э (читается: аш-два-один-э, где э – схема с общим эмиттером), и у каждого транзистора он разный. Величина коэффициента h31э (его полное название – статический коэффициент передачи тока базы h31э) зависит только от толщины базы транзистора (ее изменить нельзя) и от напряжения между коллектором и эмиттером, поэтому при небольшом напряжении (менее 20 В) его коэффициент передачи тока при любом токе коллектора практически неизменен и незначительно увеличивается при увеличении напряжения на коллекторе.
ток коллектора и падение напряжения на транзисторе при плавном увеличении тока базы вначале изменяются почти линейно, и лишь потом, с наступлением насыщения транзистора, прижимаются к осям графика. Нас интересуют только прямые части линий (до насыщения) – очевидно, что они символизируют линейное усиление сигнала, то есть, при изменении управляющего тока в несколько раз во столько же раз изменится и ток коллектора (напряжение в нагрузке).
= 
= 0,005A
