Биполярный транзистор. Работа в режиме ключа. Работа транзистора для чайниковКак работает транзистор? - Юный радиолюбитель (6-е изд.)Материал из РадиоВики - энциклопедии радио и электроники Как же работает транзистор? Рассмотри хорошенько рис. 93. Слева на этом рисунке ты видишь упрощенную схему усилителя на транзисторе структуры p-n-p и иллюстраций, поясняющие сущность работы этого усилителя. Здесь, как и на предыдущих рисунках, дырки областей p-типа условно изображены кружками, а электроны области n-типа — черными шариками таких же размеров. Запомни наименования p-n переходов: между коллектором и базой — коллекторный, между эмиттером и базой — эмиттерный. Рис. 93. Упрощенная схема усилителя на транзисторе структуры p-n-p и графики, иллюстрирующие его работу.Между коллектором и эмиттером включена батарея Бк (коллекторная), создающая на коллекторе по отношению к эмиттеру отрицательное напряжение порядка нескольких вольт. В эту же цепь, именуемую коллекторной, включена нагрузка Rн, которой может быть телефон или иной прибор — в зависимости от назначения усилителя. Если база ни с чем не будет соединена, в коллекторной цепи появится очень слабый ток (десятые доли миллиампера), так как при такой полярности включения батареи Бк сопротивление коллекторного p-n перехода окажется очень большим; для коллекторного перехода это будет обратный ток. Ток коллекторной цепи Iк резко возрастает, если между базой и эмиттером включить элемент смещения Бс, подав на базу по отношению к эмиттеру небольшое, хотя бы десятую долю вольта, отрицательное напряжение. Вот что при этом произойдет. При таком включении элемента Бс (имеется в виду, что зажимы для подключения источника усиливаемого сигнала, обозначенного на схеме знаком «~» — синусоидой, соединены накоротко) в этой новой цепи, называемой цепью базы, пойдет некоторый прямой ток Iб; как и в диоде, дырки в эмиттере и электроны в базе будут двигаться встречно и нейтрализоваться, обусловливая ток через эмиттерный переход. Но судьба большей части дырок, вводимых из эмиттера в базу, иная, нежели исчезнуть при встрече с электронами. Дело в том, что при изготовлении транзисторов структуры p-n-p насыщенность дырок в эмиттере (и коллекторе) делают всегда большей, чем насыщенность электронов в базе. Благодаря этому только небольшая часть дырок (меньше 10%), встретившись с электронами, исчезает. Основная же масса дырок свободно проходит в базу, попадает под более высокое отрицательное напряжение на коллекторе, входит в коллектор и в общем потоке с его дырками перемещается к его отрицательному контакту. Здесь они нейтрализуются встречными электронами, вводимыми в коллектор отрицательным полюсом батареи Бк. В результате сопротивление всей коллекторной цепи уменьшается и в ней течет ток, во много раз превышающий обратный ток коллекторного перехода. Чем больше отрицательное напряжение на базе, тем больше дырок вводится из эмиттера в базу, тем значительнее ток коллекторной цепи. И, наоборот, чем меньше отрицательное напряжение на базе, тем меньше и ток коллекторной цепи транзистора. А если в цепь базы последовательно с источником постоянного напряжения, питающего эту цепь, вводить переменный электрический сигнал? Транзистор усилит его. Процесс усиления в общих чертах происходит следующим образом. При отсутствии напряжения сигнала в цепях базы и коллектора текут токи некоторой величины (участка Оа на графиках на рис. 93), определяемые напряжениями батарей и свойствами транзистора. Как только в цепи базы появляется сигнал, соответственно ему начинают изменяться и токи в цепях транзистора: во время отрицательных полупериодов, когда суммарное отрицательное напряжение на базе возрастает, токи цепей увеличиваются, а во время положительных полупериодов, когда напряжения сигнала и элемента Бс противоположны и, следовательно, отрицательное напряжение на базе уменьшается, токи в обеих цепях тоже уменьшаются. Происходит усиление по напряжению и току. Если во входную цепь, т. е. в цепь базы, подан электрический сигнал звуковой частоты, а нагрузкой выходной — коллекторной — цепи будет телефон, он преобразует усиленный сигнал в звук. Если нагрузкой будет резистор, то создающееся на нем напряжение переменной составляющей усиленного сигнала можно будет подать во входную цепь второго транзистора для дополнительного усиления. Один транзистор может усилить сигнал в 30 — 50 раз. Точно так же работают и транзисторы структуры n-p-n, только в них основными носителями тока являются не дырки, а электроны. В связи с этим полярность включения элементов и батарей, питающих цепи базы и коллекторов n-p-n транзисторов, должна быть не такой, как у p-n-p транзисторов, а обратной. Запомни очень важное обстоятельство: на базу транзистора (относительно эмиттера) вместе с напряжением усиливаемого сигнала обязательно должно подаваться постоянное напряжение, называемое напряжением смещения, открывающее транзистор. В усилителе по схеме на рис. 93 роль источника напряжения смещения выполняет элемент Бс. Для германиевого транзистора структуры p-n-p оно должно быть отрицательным и составлять 0,1—0,2 В, а для транзистора структуры n-p-n — положительным. Для кремниевых транзисторов напряжение смещения составляет 0,5 —0,7 В. Без начального напряжения смещения эмиттерный p-n переход «срежет», подобно диоду, положительные (p-n-p транзистор) или отрицательные (n-p-n транзистор) полуволны сигнала, отчего усиление будет сопровождаться искажениями. Напряжение смещения на базу не подают лишь в тех случаях, когда эмиттерный переход транзистора используют для детектирования высокочастотного модулированного сигнала. Обязательно ли для подачи на базу начального напряжения смещения нужен специальный элемент или батарея? Нет, конечно. Для этой цели обычно используют напряжение коллекторной батареи, соединяя базу с этим источником питания через резистор. Сопротивление такого резистора чаше подбирают опытным путем, так как оно зависит от свойств данного транзистора. В начале этой части беседы я сказал, что биполярный транзистор можно представить себе как два включенных встречно плоскостных диода, совмещенных в одной пластинке полупроводника и имеющих один общий катод, роль которого выполняет база транзистора. В этом нетрудно убедиться на опытах, Для которых тебе потребуется любой бывший в употреблении, но не испорченный германиевый низкочастотный транзистор структуры p-n-p, например МП39 или подобные ему транзисторы МП40 — МП42. Между коллектором и базой транзистора включи последовательно соединенные батарею 3336Л и лампочку от карманного фонаря, рассчитанную на напряжение 2,5 В и ток 0,075 или 0,15 А. Если плюс батареи окажется соединенным (через лампочку) с коллектором, а минус - с базой (рис. 94, а), то лампочка будет гореть. При другой полярности включения батареи (рис. 94,б) лампочка гореть не должна. Рис. 94. Опыты с транзистором.Как объяснить эти явления? Сначала на коллекторный p-n переход ты подавал прямое, т. е. пропускное напряжение. В этом случае коллекторный переход открыт, его сопротивление мало и через него течет прямой ток коллектора Iк. Значение этого тока в данном случае определяется в основном сопротивлением нити лампочки и внутренним сопротивлением батареи. При втором включении батареи ее напряжение подавалось на коллекторный переход в обратном, непропускном направлении. В этом случае переход закрыт, его сопротивление велико и через него течет лишь небольшой обратный ток коллектора. У исправного маломощного низкочастотного транзистора обратный ток коллектора IКБО не превышает 30 мкА. Такой ток, естественно, не мог накалить нить лампочки, поэтому она и не горела. Проведи аналогичный опыт с эмиттерным переходом. Результат будет таким же: при обратном напряжении переход будет закрыт — лампочка не горит, а при прямом напряжении он будет открыт — лампочка горит. Следующий опыт, иллюстрирующий один из режимов работы транзистора, проводи по схеме, показанной на рис. 95, а. Между эмиттером и коллектором того же транзистора включи последовательно соединенные батарею 3336Л и лампочку накаливания. Положительный полюс батареи должен соединяться с эмиттером, а отрицательный — с коллектором (через нить накала лампочки). Горит лампочка? Нет, не горит. Соедини проволочной перемычкой базу с эмиттером, как показано на схеме штриховой линией. Лампочка, включенная в коллекторную цепь транзистора, тоже не будет гореть. Удали перемычку и вместо нее подключи к этим электродам последовательно соединенные резистор сопротивлением 200 — 300 Ом и один гальванический элемент Эб, например типа 332, но так, чтобы минус элемента был на базе, а плюс — на эмиттере. Теперь лампочка должна гореть. Поменяй местами полярность подключения элемента к этим электродам транзистора. В этом случае лампочка гореть не будет. Повтори несколько раз этот опыт и ты убедишься в том, что лампочка в коллекторной цепи будет гореть только тогда, когда на базе транзистора относительно эмиттера действует отрицательное напряжение. Разберемся в этих опытах. В первом из них, когда ты, соединив перемычкой базу с эмиттером, замкнул накоротко эмиттерный переход, транзистор стал просто диодом, на который подавалось обратное, закрывающее транзистор напряжение. Через транзистор шел лишь незначительный обратный ток коллекторного перехода, который не мог накалить нить лампочки. В это время транзистор находился в закрытом состоянии. Затем, удалив перемычку, ты восстановил эмиттерный переход. Первым включением элемента между базой и эмиттером ты подал па эмиттерный переход прямое напряжение. Эмиттерный переход открылся, через него пошел прямой ток, который открыл второй переход транзистора — коллекторный. Транзистор оказался открытым и по цепи эмиттер — база — коллектор пошел ток транзистора, который во много раз больше тока цепи эмиттер — база. Он-то и накалил нить лампочки. Когда же ты изменил полярность включения элемента на обратную, то его напряжение закрыло эмиттерный переход, а вместе с тем закрылся и коллекторный переход. При этом ток транзистора почти прекратился (шел только обратный ток коллектора) и лампочка не горела. В этих опытах транзистор был в одном из двух состояний: открытом или закрытом. Переключение транзистора из одного состояния в другое происходило под действием напряжения на базе UБ. Такой режим работы транзистора, проиллюстрированный графиками на рис. 95, а, называют режимом переключения или, что то же самое, ключевым режимом. Такой режим работы транзисторов используют в основном в аппаратуре электронной автоматики. Какова в этих опытах роль резистора Rб? В принципе этого резистора может и не быть. Я же рекомендовал включить его исключительно для того, чтобы ограничить ток в базовой цепи. Иначе через эмиттерный переход пойдет слишком большой прямой ток, в результате чего может произойти тепловой пробой перехода и транзистор выйдет из строя. Если бы при проведении этих опытов в базовую и коллекторную цепи были включены измерительные приборы, то при закрытом транзисторе токов в его цепях почти не было бы. При открытом же транзисторе ток базы IБ был бы не более 2 — 3 мА, а ток коллектора IК составлял 60 — 75 мА. Это означает, что транзистор может быть усилителем тока. В приемниках и усилителях звуковой частоты транзисторы работают в режиме усиления. Этот режим отличается от режима переключения тем, что, используя малые токи в базовой цепи, мы можем управлять значительно большими токами в коллекторной цепи транзистора. Иллюстрировать работу транзистора в режиме усиления можно таким опытом (рис. 95, б). В коллекторную цепь транзистора Т включи электромагнитный телефон Тф2 между базой и минусом источника питания Б — резистор Rб сопротивлением 200 — 250 кОм. Второй телефон Тф1 включи между базой и эмиттером через конденсатор связи Ссв емкостью 0,1 — 0,5 мкФ. У тебя получится простейший усилитель, который может выполнять, например, роль одностороннего телефонного аппарата. Если твой приятель будет негромко говорить перед телефоном, включенным на вход усилителя, его разговор ты будешь слышать в телефонах, включенных на выходе усилителя. Какова роль резистора Rб в этом усилителе? Через него на базу транзистора от батареи питания Б подается небольшое начальное напряжение смещения, открывающее транзистор и тем самым обеспечивающее ему работу в режиме усиления. На вход усилителя вместо телефона Тф1 можно включить звукосниматель и проиграть грампластинку. Тогда в телефонах Тф2 будут хорошо слышны звуки мелодии или голос певца, записанные на грампластинку. В этом опыте на вход усилителя подавалось переменное напряжение звуковой частоты, источником которого был телефон, преобразующий, как микрофон, звуковые колебания в электрические, или звукосниматель, преобразующий механические колебания его иглы в электрические колебания. Это напряжение создавало в цепи эмиттер — база слабый переменный ток, управляющий значительно большим током в коллекторной цепи: при отрицательных полупериодах на базе коллекторный ток увеличивался, а при положительных — уменьшался (см. графики на рис. 95, б). Происходило усиление сигнала, а усиленный транзистором сигнал преобразовывался телефоном, включенным в цепь коллектора, в звуковые колебания. Транзистор работал в режиме усиления. Аналогичные опыты ты можешь провести и с транзистором структуры n-p-n, например типа МП35. В этом случае надо только изменить полярность включения источника питания транзистора: с эмиттером должен соединяться минус, а с коллектором (через телефон) — плюс батареи. Коротко об электрических параметрах биполярных транзисторов. Качество и усилительные свойства биполярных транзисторов оценивают по нескольким параметрам, которые измеряют с помощью специальных приборов. Тебя же, с практической точки зрения, в первую очередь должны интересовать три основных параметра: обратный ток коллектора IКБО статический коэффициент передачи тока h31Э (читают так: аш два один э) и граничная частота коэффициента передачи тока гр. Обратный ток коллектора IКБО — это неуправляемый ток через коллекторный p-n переход, создающийся неосновными носителями тока транзистора. Параметр IКБО характеризует качество транзистора: чем он меньше, тем выше качество транзистора. У маломощных низкочастотных транзисторов, например типов МП39 — МП42, IКБО не должен превышать 30 мкА, а у маломощных высокочастотных транзисторов — не более 5 мкА. Транзисторы с большими значениями IКБО в работе неустойчивы. Статический коэффициент передачи тока h31Э характеризует усилительные свойства транзистора. Статическим его называют потому, что этот параметр измеряют при неизменных напряжениях на его электродах и неизменных токах в его цепях. Большая (заглавная) буква «Э» в этом выражении указывает на то, что при измерении транзистор включают по схеме с общим эмиттером (о схемах включения транзистора я расскажу в следующей беседе). Коэффициент h31Э характеризуется отношением постоянного тока коллектора к постоянному току базы при заданных постоянном обратном напряжении коллектор — эмиттер и токе эмиттера. Чем больше численное значение коэффициента h31Э, тем большее усиление сигнала может обеспечить данный транзистор[1]. Граничная частота коэффициента передачи тока гр, выраженная в килогерцах или мегагерцах, позволяет судить о возможности использования транзистора для усиления колебаний тех или иных частот. Граничная частота транзисторов МП39, например, 500 кГц, а транзисторов П401 — П403 — больше 30 МГц. Практически транзисторы используют для усиления частот значительно меньше граничных, так как с повышением частоты коэффициент передачи тока h31Э транзистора уменьшается. В практической работе надо учитывать и такие параметры, как максимально допустимое напряжение коллектор — эмиттер, максимально допустимый ток коллектора, а также максимально допустимую рассеиваемую мощность коллектора Транзистора — мощность, превращающуюся внутри транзистора в тепло. Основные сведения о маломощных транзисторах массового применения ты найдешь в прилож. 4.
radiowiki.ru Полевой транзистор принцип работы для чайников
Что представляет собой полевой транзисторПолевые транзисторы — это трех или четырех контактные устройства, в которых ток, идущий на два контакта может регулироваться посредством напряжения электрополя третьего контакта. на двух контактах регулируется напряжением электрического поля на третьем. В результате этого подобные транзисторы называются полевыми.
Название расположенных на устройстве контактов и их функции:
Полевые транзисторы с n-p переходами – особые виды, позволяющие управлять током. От простых они, как правило, отличаются тем, через них протекает ток, без пересечения участка р-n переходов, участка который образуется на границах этих двух зон. Размеры р-n участка являются регулируемыми. Видео «Подробно о полевых транзисторах»Виды полевых транзисторовПолевой транзистор с n-р переходами подразделяется на несколько классов в зависимости:
В свою очередь разделение классов происходит в зависимости от принципа работы транзистора:
Принцип работы полевого транзистораГоворя простыми словами о том, как работает полевой транзистор для чайников с управляющими p-n переходами, стоит отметить: радиодетали состоят из двух участков: p-переходов и n-переходов. По участку n проходит электроток. Участок р является перекрывающей зоной, неким вентилем. Если оказывать определенное давление на нее, то она будет перекрывать участок и препятствовать прохождению тока. Либо, же наоборот, при снижении давления количество проходящего тока возрастет. В результате такого давления осуществляется увеличение напряжения на контактах затворов, находящихся на участке р.
Приборы с управляющими p-n канальными переходами — это полупроводниковые пластины, имеющие электропроводность с одним из данных типов. К торцевым сторонам пластин выполняется подсоединение контактов: стока и истока, в середину — контакты затвора. Принцип работы прибора основан на изменении пространственных толщин p-n переходов. Так как в запирающих областях практически отсутствуют подвижные носители заряда, их проводимость равняется нулю. В полупроводниковых пластинах, на участках которых не воздействует запирающий слой, создаются проводящие ток каналы. Если подается отрицательное напряжение в отношении истока, на затворе образуется поток, через который протекают носителя заряда. Для изолированных затворов, характерно расположение на них тонкого слоя диэлектрика. Такое устройство работает по принципу электрических полей. Для его разрушения понадобится всего лишь небольшое электричество. В связи с этим, чтобы предотвратить статическое напряжение, которое может превышать 1000 В, необходимо создание специальных корпусов для приборов, которые минимизируют эффект от воздействия вирусных типов электричества. Для чего нужен полевой транзисторПри рассмотрении работы сложных видов электротехники, стоит рассмотреть работу такого важного компонента интегральной схемы, как полевой транзистор. Основная задача от использования данного элемента заключается в пяти ключевых направлениях, в связи с чем транзистор применяется для:
В качестве простого примера работа транзистора-выключателя, может быть представлена как микрофон и лампочка в одной компановке. Благодаря микрофону улавливаются звуковые колебания, что влияет на появление электрического тока, поступающего на участок запертого устройства. Присутствие тока влияет на включение устройства и включение электрической цепи, к которой подключаются лампочки. Последние загораются после того как микрофон уловил звук, но горят они за счет источников питания не связанных с микрофоном и более мощных. Модуляцию применяют с целью управления информационными сигналами. Сигналы управляют частотами колебаний. Модуляцию применяют для качественных звуковых радиосигналов, для передачи звуковых частот в телевизионные передачи, для трансляции цветовых изображений и телевизионных сигналов с высоким качеством. Модуляцию применяют повсеместно, где нужно проводить работу с высококачественными материалами. Как усилители полевые транзисторы в упрощенном виде работают по такому принципу: графически любые сигналы, в частности, звукового ряда, могут быть представлены как ломаная линия, где ее длиной является временной промежуток, а высотой изломов – звуковая частотность. Чтобы усилить звук к радиодетали подается поток мощного напряжения, приобретаемого нужную частотность, но с более большим значением, из-за подачи слабых сигналов на управляющие контакты. Иначе говоря, благодаря устройству происходит пропорциональная перерисовка изначальной линии, но с более высоким пиковым значением.
Как применять полевой транзистор для чайниковПервыми приборами, которые поступили на рынок для реализации, и в которых были использованы полевые транзисторы с управляющими p-n переходами, были слуховые аппараты. Их изобретение состоялось еще в пятидесятые годы XX века. В более крупным масштабах они применялись, как элементы для телефонных станций. В наше время, применение подобных устройств можно увидеть во многих видах электротехники. При наличии маленьких размеров и большому перечню характеристик, полевые транзисторы встречаются в кухонных приборах (тостерах, чайниках, микроволновках), в устройстве компьютерной, аудио и видео техники и прочих электроприборах. Они используются для сигнализационных систем охраны пожарной безопасности. На промышленных предприятиях транзисторное оборудование применяют для регуляции мощности на станках. В сфере транспорта их устанавливают в поезда и локомотивы, в системы впрыскивания топлива на личных авто. В жилищно-коммунальной сфере транзисторы позволяют следить за диспетчеризацией и системами управления уличного освещения.
Также самая востребованная область, в которой применяются транзисторы – изготовление комплектующих, используемых в процессорах. Устройство каждого процессора предусматривает множественные миниатюрные радиодетали, которые при повышении частоты более чем на 1,5 ГГц, нуждаются в усиленном потреблении энергии. В связи с этими разработчики процессорной техники решил создавать многоядерные оборудования, а не увеличивать тактовую частоту. Достоинства и недостатки полевых транзисторовИспользование полевых транзисторов благодаря их универсальным характеристикам позволило обойти другие виды транзисторов. Они широко применяются для интегральной схемы в качестве выключателя. Достоинства:
Недостатки:
Благодаря характеристикам, которыми обладают полупроводниковые материалы, взятые в качестве основы для полевого транзистора, позволяют использовать устройство в бытовой и производственной сфере. Полевыми транзисторами оснащается различная бытовая техника, которая используется современным человеком. Видео «Устройство и принцип работы полевого транзистора»pro-instrymenti.ru Биполярный транзистор. Работа в режиме ключаТранзистор в режиме ключа? Какого еще ключа? Такого?
А может быть такого?
Ключ от сундучка более-менее похож на правду, так как запирает и отпирает сундучок, но все равно далек от истины. Раньше, когда еще не было сверхмощных компьютеров и сверхскоростного интернета, сообщения передавали с помощью азбуки Морзе. В азбуке Морзе использовались три знака: точка, тире и… пауза. Чтобы передавать сообщения на далекие расстояния использовался так называемый телеграфный КЛЮЧ.
Нажали на черную большую пипочку — ток побежал, отжали — получился обрыв цепи и ток перестал течь. ВСЕ! То есть меняя скорость и продолжительность нажатия на пипочку, мы можем закодировать любое сообщение 😉 Нажали на пипку — сигнал есть, отжали пипку — сигнала нет. Ключ, собранный на транзисторе, называется транзисторным ключом. Транзисторный ключ выполняет только две операции: вКЛЮЧено и выКЛЮЧено, промежуточный режим между «включено» и «выключено» мы будем рассматривать в следующих главах. Электромагнитное реле выполняет ту же самую функцию, но его скорость переключения очень медленная с точки зрения современной электроники, да и коммутирующие контакты быстро изнашиваются. Что из себя представляет транзисторный ключ? Давайте рассмотрим его поближе: Знакомая схемка не так ли? Здесь все элементарно и просто 😉 Подаем на базу напряжение необходимого номинала и у нас начинает течь ток через цепь от плюсовой клеммы +Bat2—>лампочка—>коллектор—>эмиттер—>к минусовой клемме Bat2. Напряжение на Bat2 должно быть равно рабочему напряжению питания лампочки. Если все так, то лампочка испускает свет. Вместо лампочки может быть какая-либо другая нагрузка. Резистор «R» здесь требуется для того, чтобы ограничить значение управляющего тока на базе транзистора. Про него более подробно я писал еще в этой статье. Но все ли так просто, как кажется на первый взгляд? Итак, давайте вспомним, какие требования должны быть, чтобы полностью «открыть» транзистор? Читаем статью принцип усиления биполярного транзистора и вспоминаем: 1) Для того, чтобы полностью открыть транзистор, напряжение база-эмиттер должно быть больше 0,6-0,7 Вольт. 2) Сила тока, текущая через базу должна быть такой, чтобы электрический ток мог течь через коллектор-эмиттер абсолютно беспрепятственно. В идеале, сопротивление через коллектор-эмиттер должно стать равным нулю, в реале же оно будет иметь доли Ома. Такой режим называется «режимом насыщения«. Этот рисунок — воображение моего разума. Здесь я нарисовал тот самый режим насыщения. Как мы видим, коллектор и эмиттер в режиме насыщения соединяются накоротко, поэтому лампочка горит на всю мощь. А что теперь надо сделать, чтобы лампочка вообще не горела? Отключить ее ручками? Зачем? Ведь у нас есть управляемый резистор: коллектор-эмиттер, сопротивление которого мы можем менять, прогоняя через базу определенную силу тока 😉 Итак, что нужно для того, чтобы лампочка вообще перестала гореть? Возможны два способа: Первый способ. Полностью отключить питание от резистора базы, как на рисунке ниже В реальности вывод базы является своего рода маленькой антеннкой, которая может принимать различные наводки и помехи из окружающего пространства. От этих наводок в базе может начать течь ток малого номинала. А как вы помните, для того, чтобы открыть транзистор много и не надо. И может даже случится так, что лампочка будет даже очень тихонько светится! Как же выйти из этой ситуации? Да очень легко! Достаточно поставить резистор между базой и эмиттером, то есть сделать так, чтобы при отключении напряжения, на базе напряжение было равно нулю. А какой вывод транзистора у нас находится под нулем? Эмиттер! То есть научным языком, мы должны сделать так, чтобы потенциал на базе был равен потенциалу на эмиттере 😉 И что, теперь каждый раз при отключении заземлять базу? В идеале — да. Но есть более хитрое решение 😉 Достаточно поставить резистор между базой и эмиттером. Его номинал в основном берут примерно в 10 раз выше, чем номинал базового резистора. Так как в схеме появился еще один резистор, то базовый резистор назовем RБ , а резистор между базой и эмиттером не будем придумывать и назовем RБЭ. Схема примет вот такой вид: Как же ведет себя резистор RБЭ в схеме? Если ключ S замкнут, то этот резистор не оказывает никакого влияния на работу схемы, так как через него протекает и без того малая сила тока, которая управляет базой. Ну а если ключ S разомкнут, то, как я уже сказал, потенциал на базе будет равняться потенциалу эмиттера, то есть нулю. Второй способ. Добиться того, чтобы UБЭ<0,6 Вольт или чтобы ток базы IБ = 0. Этот способ чаще всего используется в МК и других логических схемах. Что в первом, что во втором случае транзистор у нас не пропускает ток через коллектор-эмиттер. В этом случае говорят, что транзистор находится в режиме «отсечки«. Ну а теперь долгожданная практика 😉 Возьмем транзистор средней мощности КТ819Б Он у нас структуры NPN А вот и его цоколевка
Почти стандартная распиновка слева-направо: Эмиттер-Коллектор-База. Будем собирать всю эту конструкцию вот по этой схеме: Для начала найдем лампочку. Порылся в загашнике и нашел лампочку на 6 Вольт: Вот так она светит при своих номинальных 6 Вольтах: А вот такую силу тока потребляет наша подопечная, если ее цепануть напрямую к блоку питания. 0,22 Ампера. Чтобы не спалить эмиттерный переход чрезвычайно большим током, я поставил туда базовый резистор на 150 Ом. Ниже расскажу, как я его рассчитал. Bat1 — это у нас будет вот этот блок питания: А Bat2 — вот этот: Вся схема в сборе будет выглядеть примерно вот так: Синие провода — это с Bat2, а красный и черно-красный — с Bat1 Вставим амперметр в цепь базы для наблюдения результатов. На деле все это будет выглядеть вот так: Ну что, поехали! Добиваемся, чтобы через базовую цепь шел ток силой в 10 миллиАмпер, покрутив ручку на черном блоке питания Bat1 Лампочка засветилась, но тускло. Оно и понятно, лампочка кушает всего-то 120 миллиАмпер А давайте еще добавим напряжение на Bat1, увеличивая при этом силу тока через базу. Теперь сила тока через базу уже будет 15 миллиАмпер: Смотрим, сколько при этом кушает наша лампочка: 150 миллиАмпер. Снова крутим крутилку Bat1, увеличивая напряжение, а следовательно, и силу тока: Смотрим на показания Bat2: 210 миллиАмпер. Хм, мы на грани того, что сопротивления уже почти нет между эмиттером и коллектором, потому что когда мы цепляли лампочку напрямую от Bat2, она у нас кушала 220 миллиАмпер. Ну давайте еще добавим напряжение на Bat1 Cмотрим на показания Bat2: Опа на! Можно сказать, что у нас схема превратилась в эту схемку 😉 А что будет, если мы еще больше прибавим силу тока на базе? Неужели у нас лампочка будет гореть еще ярче? Прибавляем до 30 миллиАмпер. Барабанная дробь… Побрейтесь! )) Кстати, значение базового тока, после которого уже транзистор полностью открывается, называется границей насыщения. В моем случае граница насыщения наблюдается при токе чуть больше 23 миллиАмпер. Ну что можно сказать из опыта? В нашей схеме базовый ток значением в 23-24 миллиАмпера полностью открыл транзистор, то есть сделал так, что сопротивление между эмиттером и коллектором стало почти равным нулю. Дальнейшее увеличение базового тока ни к чему не привело. Транзистор достиг насыщения. Он сыт этим базовым током по самое горло. Это все равно, что давить на газ в автомобиле, который не может ехать 200 км/ч. 199 может, но даже если вы давите двумя ногами на педаль газа, загнув при этом саму педаль в пол и даже проломив днище автомобиля, все равно не выжмите 200 км/ч. Что же является ограничением для лампочки, что она не может светить еще ярче? Самый что ни на есть простой закон Ома для участка цепи 😉 Чтобы в нашем случае лампочка светила еще ярче, нам можно добавить только напряжение на Bat2. Давайте замеряем падение напряжения между коллектором и эмиттером (UКЭ), когда базовый ток IБ =30 миллиАмпер. UКЭ=82,4 миллиВольта. А когда я поднял базовый ток до 50 миллиАмпер, у нас UКЭ=51,7 миллиВольт. Вывод? Чем больше базовый ток, тем меньше падение напряжения, а следовательно и сопротивление между коллектором и эмиттером. Как нам гласит правило шунта: на меньшем сопротивлении падает меньшее напряжение. Кстати, в буржуйских даташитах UКЭ обозначается как VCEsat. «Sat» сокращенно от англ. — saturation — что значит «насыщение». То есть, получив сопротивление между коллектором и эмиттером близко к нулю, мы можем минимизировать потери на нагрев транзистора? Да, все верно, НО… здесь есть свои подводные камни Чем больше силы тока мы подаем на базу, тем больше мы вводим транзистор в режим глубокого насыщения. Режим глубокого насыщения чреват тем, что он задерживает выключение транзистора, но хорош тогда, когда надо долго держать нагрузку включенной, так как в этом случае транзистор греется меньше всего. Если вы не забыли, мощность, рассеиваемая на транзисторе будет равна P=UКЭ х IН где P — это мощность в Ваттах UКЭ — напряжение между коллектором и эмиттером, В IН — сила тока, протекающая через нагрузку и коллектор-эмиттер, А Из формулы: чем меньше UКЭ , тем меньше будет греться транзистор. Транзисторный ключ очень часто можно увидеть в схемах, где МК или другой логический элемент коммутирует мощную нагрузку. Как вы помните, максимальную силу тока, которую может выдать МК на одну ножку, равняется 20 миллиАмпер. Поэтому чаще всего можно увидеть вот такое схемотехническое решение на биполярном транзисторе в режиме ключа: В резистор RБЭ нет необходимости, потому как выходы МК «подтягивается» к нулю еще при программировании. Расчет резистора базы для режима насыщения Как же рассчитать примерно значение резистора базы? Есть нехитрые формулы. Для того, чтобы их разобрать, рассмотрим вот такую схемку: Для начала можно найти ток базы:
где IБ — это базовый ток, в Амперах kНАС — коэффициент насыщения. В основном берут в диапазоне от 2-5. Он уже зависит от того, насколько глубоко вы хотите вогнать ваш транзистор в насыщение. Чем больше коэффициент, тем больше режим насыщения. IK — коллекторный ток, в Амперах β — коэффициент усиления тока транзистора, для расчетов берут минимальное значение в даташите Ну а дальше дело за малым
Ну что же, давайте рассчитаем наш базовый резистор для этой схемы в режиме насыщения Воспользуемся формулами, приведенными выше:
Ток коллектора мы знаем из нашего опыта. Он равен 0,22 Ампера. Коэффициент β мы берем из даташита самый минимальный, то есть 20.
kНАС лучше взять равным 3. Теперь считаем:
Берем ближайший резистор из ряда на 150 Ом 😉 Вот так я подбирал резистор. В настоящее время биполярные транзисторы уже морально устаревают. На смену им приходят мощные полевые транзисторы и твердотельные реле, так как они практически не потребляют ток. Также часто в режиме ключа используют диоды, тиристоры, терморезисторы и даже электронные лампы. Электронные ключи широко применяются в различных автоматических устройствах, в логических схемах и системах управления. Чем же хорош ключ на биполярном транзисторе? Я думаю, скорее всего своей дешевизной, широким распространением и долговечностью самих биполярных транзисторов. Продолжение——-> <——-Предыдущая статья www.ruselectronic.com Транзисторы для начинающих часть 1 - Транзисторы - Фундаменты электроники - Каталог статейНа основе повседневного опыта, трудно представить себе ток без наличия напряжения. Обычно напряжение представляют как силу, вызывающую, или даже причину электрического тока. Нет напряжения - и нет тока. Аналогично для воды: нет давления - и вода не течет.Эта точка зрения, что напряжение является причиной и протекания тока, глубоко укоренились в умах большинства, если не всех начинающих электронщиков. И вы так думаете? Если это так, то у вас проблемы! Такое упрощенное представление о напряжении, в качестве движущей силы для тока, среди прочего препятствует пониманию транзистора. Именно поэтому мы тщательно развернем эту тему. Согласны ли вы с утверждением, что напряжение предстает перед нами двояко:1 - напряжение "само в себе", полученные от источника напряжения.2 - напряжение в результате протекания тока через сопротивление. Но последняя фраза может вызвать возражения. Что может быть причиной, результат которой – напряжение? Может ли ток течь через сопротивление без наличия напряжения? Конечно, напряжение и ток неразрывно связаны между собой. Если мы возьмем некоторое сопротивление (сопротивление R), если к нему приложено напряжение, можем вычислить ток по закону Ома (I = U / R). Если, в свою очередь, через сопротивление течет ток, должно быть напряжение или падение напряжения согласно такому же закону Ома (U = I × R). Так в чем же проблема? В принципе, это не проблема, это просто ваше воображение. Если вы безоговорочно согласиться с формулировкой что напряжение (или падение напряжения) может быть результатом протекания электрического тока, вы можете спокойно пропустить оставшуюся часть материала в этом разделе. Если до сих пор вы считали, что причина всегда напряжение, а ток – результат, читайте все. Первый вопрос: что такое падение напряжения? Это «падение напряжения2 и «напряжение» одно и то же? Разговорный термин «падение напряжения» может привести к заблуждению. Возьмем, например, плоскую батарею с напряжением 4,5 В. При подключении лампочки, напряжение уменьшается, и говорят, что есть напряжение, упало с 4,5 В до скажем, 3,5 В. Иногда напряжение в сети падает ниже номинального, и говорят, что есть падение напряжения. Такое обозначение падения напряжение означает уменьшение напряжение совсем иное, нежели падение напряжение, которое используется в электронике. Рассмотрим эту тему более внимательно. Если читали мои статьи в EdW 12/96 - EdW 4/97, то знаете гидравлические аналоги электрических цепей. Если вы только начинаете и тема для вас незнакома, запомните только главное. Электрический ток это поток конкретных носителей (электронов).Движение электрического тока подобно потоку воду. Там плывут электроны, тут частицы воды. Напряжение электрическое есть эквивалент давления воды. Но это давление еще не поток. Давление воды может быть очень большим, но если все краны закрыты, то потока воды не будет. Давление есть фактор, вызывающий поток воды, так что само давление еще не все – так же необходим путь для воды. В случае открытия крана водоснабжения это просто – чем больше зазор, он же сечение, через которое может течь вода, тем больше поток воды. Мы можем сказать, что кран создает потоку воды большее или меньшее сопротивление. Количество текущей воды зависит не только от сечения крана, но также от давления – чем выше давление, тем больше поток воды (так же как от сечения). Количество текущей воды зависит и от давления и от сопротивления крана. Вы не должны сомневаться, что количество воды зависит от давления, действующего? Увеличенное давление - больше воды. То же самое верно и в электрической цепи: ток (обозначенные буквой I) зависит от напряжения (обозначается U) и сопротивления (обозначается буквой R). Чем выше напряжение, тем больше ток (при одинаковом сопротивлении). Это и есть основной закон Ома! То есть. Математическое выражение, наиважнейшее для электро(техники)ники.I=U/R На ваш взгляд – выглядит так, причина потока воды (электрического тока) есть давление (напряжение), а не наоборот!
Не обязательно! Я объясню. На рисунке 1 показан огромный сборник воды с высотой обозначенной буквой h. Несомненно, давление воды на дне сборника зависит от этой высоты, иными словами от высоты водяного столба. Если на высоте дна установить манометр, то он покажет значение того давления. На рисунке 1 есть манометр А. Смонтируем длинную горизонтальную трубу на уровне дна. На другом конце установим манометр В и клапан (кран). Кран закрыт. Манометры А и В показывают одно давление? Так! Вы уверены? Несомненно, показания должны быть одинаковы, только если трубка горизонтальная и манометры установлены на одной высоте. Теперь открываем немного клапан на конце трубы. Вода начинает течь. Что-то изменилось? Манометр А и дальше показывает то же самое давление, а манометр В показывает теперь давление немного меньше. Откройте кран еще больше – поток воды увеличиться и показания манометра В станут еще меньше. Рассмотрим крайний случай. Откроим полностью кран (предположим, что это новый шаровой кран, и есть такая возможность). Теперь клапан не препятствует потоку воды. Вода течет из нашей трубы сильным потоком. Предположим, что сборник огромен и количество вытекаемой воды не влияет на уровень – примем, что уровень воды и давление на дне сборника (манометр А) все время постоянно. Что теперь показывает манометр В. Подумайте! На первом манометре А, показания не меняются. Это давление зависит от высоты h, и вызывает поток воды, который испытывает сопротивление, обусловленное длинной трубы. А второй манометр В показывает значение близкое к нулю! Вы не согласны? Примите во внимание, что вода течет через длинную, относительно тонкую трубку. Испытывая сопротивление. Если полностью открыть кран, сопротивление потоку будет оказывать только трубка. При постоянном давлении (точка А), поток воды обратно пропорциональна сопротивлению трубки. Вы уже знаете, - это еще одна иллюстрация закона Ома. Для электрической цепи. На представленном рисунке 1 установлен манометр С. Он не подключен к трубе, и показывает значение ноль. При полностью открытом клапане, манометр B, который находится близко к выпускной трубе будет означать давление близко к нулю (ровно ноль будет показано, если он будет помещен точно на выходе трубы). Примечание: при полном открытии клапана в точке А давление постоянно, давление в точке С, как известно, равно нулю, в точке B – очень близка к нулю. Когда кран был закрыт и не было потока воды (тока), манометры А и В показывали одно и то же давление. Позже, когда открываем стоповый кран, поток воды возрастает и пропорционально уменьшается показания манометра В. Можем сказать проще, что между точками А и В появилось давление (разница между давлениями, но это еще одно давление)! Помните, что свойства трубки не меняется в ходе эксперимента – скажем сопротивление трубки постоянно в течении времени. Оно не давало о себе знать, пока не было потока воды. Но дало о себе знать, когда появился поток – заметьте разницу давления между концами трубки. Заметьте, что давление между точками А и В зависит от воды. Вы согласны с выводом, что причина давления (разницы давления), был поток воды? Ну, наконец в этом мы видим причину и следствие: причина есть поток воды, а следствие – падение давление между точками А и В. Когда замкнем контакты выключателя S и будем уменьшать величину активного сопротивления потенциометра Rx, тогда напряжение в точке В (VB) будет уменьшаться, а напряжение на резисторе R1 (VD) – расти. Конечно, сумма напряжений VD и VB всегда будет равна напряжению питания VA. При уменьшении сопротивления потенциометра до нуля, на резисторе R1 возникает полное напряжение: вольтметр VB покажет ноль, а показания вольтметров VA и VD будут ровны. Какой из этого вывод? Выводов можно сделать несколько, но я хочу, что бы ты привык так же к понятию падения напряжения в результате протекания ток через сопротивление. Может быть, вы скажете, что это зависит от точки зрения. Вы правы, потому что напряжение и ток обратно пропорциональны (закон Ома), но речь не идет о том, главное что вы знали, не всегда ток является результатом действия напряжения. Как вы видите может быть наоборот, и такое положение вещей очень нам пригодится при анализе работы транзистора. Теперь вы уже усвоили для себя такое понятие напряжения? Так что по аналогии с водой, перепад давления и давления, это дно и то же?Да. ЭТО ОДНО И ТО ЖЕ! Но на самом деле, давление равное нулю может быть только в идеальном вакууме. Мы имеем дело с атмосферным давлением. Оно повсюду в нашей жизни и атмосферное давление часто рассматривается в качестве, эталонного, нулевого давления. Не верите? Как вы думаете измеряет давление врач? Существует только разница между кровяным давлением и атмосферном. (Точно так же на рисунке 1 манометр С показывает ноль). Таким образом, во многих случаях то что мы называем давлением, на самом деле разность давления. То же самое и с напряжением. Да же по определению напряжение и есть разность потенциалов. На практике, почти всегда за начальную точку отсчета принимают (землю, общий провод, массу, один из полюсов батареи питания, или металлического корпуса или шасси устройства). Все напряжения измеряются относительно это потенциала. Если мы говорим напряжении, между любой точкой схемы, то измеряется напряжение между землей и этой точке. Иногда напряжение измеряется не относительно земли. А непосредственно на выводах компонента, например на выводах, одного резистора. В таком случае мы говорим, что это падение напряжение на резисторе. На рисунке 2 вольтметр Vb показывает напряжение в точку В, а вольтметр Vd показывает напряжение на резисторе R1. Может быть, то, что я сейчас объяснил для вас очевидно, но для большинства начинающих инженеров – электронщиков это не ясно.
Это будет в следующем месяце. edwpl.ucoz.ru Для начинающих. Схемы включения транзистора. / Блог им. Nikolay / Блоги по электроникеРассмотрим схему включения транзистора с общим эмиттером. — сам термин названия данного включение уже говорит о специфике данной схемы. Общий эмиттер а в крации это ОЭ, подразумевает тот факт, что у входа данной схемы и выхода общий эмиттер. Рассмотрим схему: в этой схеме видим два источника питания, первый 1.5 вольт, использован как входной сигнал для транзистора и всей схемы. Второй источник питания 4.5 вольт, его роль питание транзистора, и всей схемы. Элемент схемы Rн – это нагрузка транзистора или проще говоря потребитель. Теперь проследим саму работу данной схемы: источник питания 1.5 вольт служит входным сигналом для транзистора, поступая на базу транзистора он открывает его. Если рассматривать полный цикл прохода тока базы, то это будет так: ток проходит от плюса к минусу, то есть исходя от источника питания 1.5 вольт, а именно с клеммы + ток проходит по общему эмиттеру проходя по базе и замыкает свою цепь на клемме – батареи 1.5 вольт. В момент прохождения тока по базе транзистор открыт, тем самым транзистор позволяет второму источнику питания 4.5 вольт запитать Rн. посмотрим прохождение тока от второго источника питания 4.5 вольт. При открывании транзистора входным током базы, с источника питания 4.5 вольт выходит ток по эмиттеру транзистора и выходит из коллектора прям на нагрузку Rн. Коэффициент усиления равен отношению тока коллектора к току базы и обычно может достигать от десятков до нескольких сотен. Транзистор, включённый по схеме с общим эмиттером, теоретически может дать максимальное усиление сигнала по мощности, относительно других вариантов включения транзистора. Теперь рассмотрим схему включения транзистора с общим коллектором: На данной схеме видим, что тут общий по входу и выходу транзистора коллектор. По этому эта схема называется с общим коллектором ОК. Рассмотрим её работу: как и в предыдущей схеме поступает входной сигнал на базу, (в нашем случае это ток базы) открывает транзистор. При открывании транзистора ток с батареи 4.5 в проходит от клеммы батареи + через нагрузку Rн поступает на эмиттер транзистора проходит по коллектору и заканчивает свой круг. Вход каскада при таком включении ОК обладает высоким сопротивлением, обычно от десятых долей мегаома до нескольких мегаом из-за того, что коллекторный переход транзистора заперт. А выходное сопротивление каскада – напротив, мало, что позволяет использовать такие каскады для согласования предшествующего каскада с нагрузкой. Каскад с транзистором, включённым по схеме с общим коллектором, не усиливает напряжение, но усиливает ток (обычно в 10 … 100 раз). К данным подробностям еще вернемся в следующих статьях, так как не возможно охватить все и всех за один раз. Рассмотрим схему включения транзистора с общей базой. Название ОБ это уже нам теперь говорит о многом – значит по включению транзистора общая база относительно входа и выхода транзистора. В данной схеме входной сигнал подают между базой и эмиттером – чем нам служит батарея с номиналом 1.5 в, ток проходя свой цикл от плюса через эмиттер транзистора по его базе, тем самым открывает транзистор для прохода напряжения с коллектора на нагрузку Rн. Входное сопротивление каскада невелико и обычно лежит в пределах от единиц до сотни ом, что относят к недостатку описываемого включения транзистора. Кроме того, для функционирования каскада с транзистором, включённым по схеме с общей базой, необходимо два отдельных источника питания, а коэффициент усиления каскада по току меньше единицы. Коэффициент усиления каскада по напряжению часто достигает от десятков до нескольких сотен раз. Вот рассмотрели три схемы включения транзистора, для расширения познаний могу добавить следующее: Чем выше частота сигнала, поступающего на вход транзисторного каскада, тем меньше коэффициент усиления по току. Коллекторный переход транзистора обладает высоким сопротивлением. Повышение частоты приводит к снижению реактивной ёмкости коллекторного перехода, что приводит к его существенному шунтированию и ухудшению усилительных свойств каскада. electronics-lab.ru |
|
|||||||||||||||||
|
|
|||||||||||||||||
|
Транзисторами (transistors, англ.) называют полупроводниковые триоды у которых расположено три выхода. Их основным свойством является возможность посредством сравнительно низких входных сигналов осуществлять управление высоким током на выходах цепи. Для радиодеталей, которые используются в современных сложных электроприборах, применяются полевые транзисторы. Благодаря свойствам этих элементов выполняется включение или выключение тока в электрических цепях печатных плат, или его усиление.
Ровно то же самое в электрической цепи – представленной на рисунке 2. Вольтметр Va показывает одно и то же напряжение питания. Когда ключ S разомкнутый, то через резистор R1 безусловно не течет ток. Конечно, вольтметр VB показывает то же самое что и вольтметр VA, а вольтметр VD безусловно показывает ноль.
Наверное, думаю, что роль выключателя S и потенциометра Rx на рисунке 3 будет выполнять транзистор. Вы почти правы, но такое представление может ввести в заблуждение в дальнейшем. Нам нужно будет найти другую модель. Что бы понять работу транзистора нам придется понять, что такое источник тока.
