Биполярный транзистор: что это такое, как работает, схемы включения, режимы работы

Содержание
  1. Устройство и принцип действия
  2. Как проверить биполярный транзистор: 2 доступные методики
  3. Как проверить биполярный транзистор мультиметром или тестером: подробная инструкция с фотографиями
  4. Режимы работы
  5. Нормальный активный режим
  6. Инверсный активный режим
  7. Режим насыщения
  8. Режим отсечки
  9. Барьерный режим
  10. Принцип работы биполярного транзистора
  11. Схема включения биполярного транзистора с общим коллектором
  12. Схемы включения
  13. Включение с общей базой (ОБ)
  14. Включение с общим эмиттером (ОЭ)
  15. Включение с общим коллектором (ОК)
  16. Характеристики транзистора, включённого по схеме оэ:
  17. Схемы включения биполярного транзистора
  18. Схема с общей базой
  19. Схема включения биполярного транзистора с общим коллектором
  20. Какие параметры учитывают при выборе биполярного транзистора?
  21. Основные характеристики биполярных транзисторов
  22. 5 технических нюансов работы биполярных транзисторов, которые важно учитывать при проектировании и эксплуатации электронных ключей или регуляторов
  23. Физические процессы
  24. Биполярные транзисторы
  25. Процесс усиления биполярного транзистора
  26. Принципы работы биполярного транзистора — 2 варианта его использования в различных электронных устройствах
  27. Что такое электронный ключ на транзисторе и как он работает: 2 примера
  28. Простейший датчик протечки воды — схема и описание для чайника
  29. Схема управления насосом откачки воды для повторения своими руками
  30. Регулятор тока на биполярном транзисторе: как работает схема управления

Устройство и принцип действия

Транзистор — это электронный полупроводник, состоящий из 3-х электродов, один из которых — управляющий. Биполярный транзистор отличается от полярного наличием 2-х типов носителей заряда (отрицательного и положительного).

Отрицательные заряды — это электроны, которые высвобождаются из внешней оболочки кристаллической решетки. Положительный заряд или дырки образуются на месте высвобожденного электрона.

Устройство биполярного транзистора (БТ) довольно простое, несмотря на его универсальность. Он состоит из 3 слоев проводникового типа: эмиттера (E), базы (B) и коллектора (K).

Эмиттер (от латинского «выпуск») — это тип полупроводникового перехода, основная функция которого — вводить заряды в базу. Коллектор (от латинского «коллектор») используется для приема зарядов от эмиттера. Основа — управляющий электрод.

беполярный-транзистор-схема

Слои эмиттера и коллектора практически одинаковы, но отличаются степенью добавления примесей для улучшения характеристик печатной платы. Добавление примесей называется легированием. Для слоя коллектора (CC) легирование выражено слабо, увеличивая напряжение коллектора (Uc). Полупроводниковый слой эмиттера сильно легирован для увеличения обратного допустимого пробоя U и улучшения инжекции носителей заряда в базовый слой (увеличивается коэффициент передачи тока Kt). Базовый слой слегка приклеен для обеспечения дополнительной прочности (R).

Переход между базой и эмиттером имеет площадь меньше КБ. Из-за разницы площадей КТ улучшается. Во время работы PP переход KB-B активируется с обратным смещением, чтобы высвободить большую часть тепла Q, которое рассеивается и обеспечивает лучшее охлаждение кристалла.

Скорость BT зависит от толщины базового покрытия (BS). Эта зависимость — величина, которая изменяется обратно пропорционально. С меньшей толщиной, более высокая производительность. Эта зависимость связана со временем пролета векторов заряда. Однако в то же время Великобритания сокращается.

Между эмиттером и K протекает сильный ток, называемый током K (Ik). Между E и B протекает небольшой ток — ток B (Ib), который используется для управления. Когда Ib изменится, Ik изменится.

Транзистор имеет два pn перехода: EB и KB. В активном режиме EB связан с прямым смещением, а CB подключение происходит с обратным смещением. Поскольку переход EB находится в открытом состоянии, отрицательные заряды (электроны) перетекают в B. Затем происходит их частичная рекомбинация с дырками. Однако большая часть электронов достигает KB из-за низкой легальности и толщины B.

В BS электроны являются неосновными носителями заряда, и электромагнитное поле помогает им преодолеть переход KB-B. С увеличением Ib отверстие EB будет расширяться, и больше электронов будет течь между E и K. В этом случае произойдет значительное усиление сигнала с низкой амплитудой, поскольку Ic больше Ib.

Что такое биполярный транзистор и какие бывают схемы переключения

Чтобы легче понять физический смысл работы биполярного транзистора, необходимо связать его с наглядным примером. Следует исходить из того, что насос для перекачки воды — источник питания, водопроводный кран — транзисторный, вода — Ik, степень поворота ручки крана — Ib. Для увеличения давления нужно немного повернуть кран — выполнить управляющее действие. На основе примера можно сделать вывод о простом принципе работы ПП.

Однако при значительном увеличении U может произойти ударная ионизация на переходе KB, что приведет к умножению лавинного заряда. В сочетании с туннельным эффектом этот процесс дает электричество, а с увеличением времени и тепловым отказом, что выводит из строя печатную плату. Иногда тепловой отказ происходит без электрического сбоя из-за значительного увеличения тока через выход коллектора.

Также, когда U изменяется на KB и EB, толщина этих слоев изменяется, если B тонкий, возникает эффект закрытия (его также называют проколом B), в котором переходы KB и EB соединены. Вследствие этого явления ПП перестает выполнять свои функции.

Как проверить биполярный транзистор: 2 доступные методики

Для подбора транзисторов с одинаковыми коэффициентами h21 существуют специальные пробники. Теперь они поставляются с обычными цифровыми мультиметрами. В молодости их устанавливали только на дорогие аналоговые тестеры.

Есть два метода оценки исправности транзисторов:

  1. с помощью мультиметра или тестера измерить сопротивление между всеми выводами (самый распространенный и дешевый способ);
  2. расчет коэффициента h21 встроенным датчиком.

Как проверить биполярный транзистор мультиметром или тестером: подробная инструкция с фотографиями

Если мы вернемся к конструкции полупроводниковых переходов, мы сразу можем заметить, что наш транзистор вполне правомерно представлять два диода, соединенных одними и теми же полюсами (pon) с их собственными выводами. Общая точка для них будет работать за основу.

транзисторы pnp и npn

Теперь вспомним, как проверяется диод: по нему пропускают электрический ток в обе стороны, а внутреннее сопротивление перехода оценивается по его прохождению. Если он соответствует стандарту, полупроводник в порядке. Другой образ — брак.

Тот же принцип включен в проверку BT. Просто через каждую пару контактов необходимо пропустить ток в обоих направлениях и от его изменения, чтобы судить о функциональности проверяемого объекта.

Для проверки нам понадобятся:

  1. уточнить возможности вашего мультиметра или тестера;
  2. используйте приведенные ниже справочные данные;
  3. принять меры.

Что учитывать в вашем счетчике

У моего старого тестера Ц4324 на шкале есть обозначения, на которые нужно обращать внимание.

Обозначения лестницы

Будем работать по шкале кОм. Рядом с разъемом для подключения измерительного провода есть значок —кОм, который указывает отрицательный потенциал этого контактного разъема. Плюс находится на противоположной левой стороне.

Эта информация поможет нам определить направление тока, который будет течь через полупроводниковые переходы.

В роли вольтметра постоянного тока он имеет «плюс» на той же правой клемме. Зная это, проверяю полярность мультиметра, переводя его в режим измерения или непрерывности Ω, а тестером — вольт.

Проверка полярности мультиметра

На представленном фото тестер измерял напряжение мультиметром, а последний измерял сопротивление вольтметра. Но сейчас нас интересует другая информация:

  1. положительный полюс мультиметра находится на его красном щупе;
  2. минус — черный.

Справочные данные — вкратце

Сразу замечаю, что указанные здесь параметры являются приблизительными. Однако они позволяют оценить характеристики полупроводниковых переходов.

БТ, работающий в цепи базового коллектора и базового эмиттера в одном направлении (в зависимости от прямой или обратной проводимости), имеет сопротивление в пределах Ом, например 50-1200 Ом.

В обратном направлении ток не течет. Прибор покажет бесконечность: ∞ (у меня отображается как 0.L, на отдельных мультиметрах — 1 отметка).

При измерении учитываем:

  1. положительный датчик устанавливается на выходе, соответствующем текущему входу, а отрицательный — на выходе;
  2. значок ∞ означает, что при заданном пределе измерения мультиметром не удалось определить сопротивление — оно больше (вполне возможен обрыв цепи);
  3. результат около 0 Ом при измерении током через базу означает пробой перехода;
  4. значение сопротивления между коллектором и эмиттером оценивается знаком ∞.

Как снять мерки

Можно работать тестером или мультиметром. Разницы практически нет. Все покажу на примере своего кармана Mestek MT-102. Просто мне сложнее все объяснить про старый Ц4324, а вам сложнее разобраться.

Если у вас есть другой прибор и вы с трудом осваиваете его, то у меня есть статья, в которой изложены и подробно описаны принципы измерений любым цифровым мультиметром. Вы можете войти и использовать это.

Я знаю, что у мощных транзисторов в металлических корпусах коллектор всегда соединен с металлом корпуса.

Поставил мультиметр в режим набора (можно омметр), закрепил один конец крокодилом на корпусе и вторым щупом нашел соответствующий вывод. Измерение показывает ноль.

Коллекционный чек

Чтобы вам было удобнее отслеживать мои действия по фотографиям, я выделил вывод чисто случайным образом:

  1. на булавку надеть короткий кусок батиста;
  2. на втором — длинные;
  3. третий остался голым (коллекционер).

Я тестировал силовой транзистор P213A с толстыми контактами. На них удобно только сажать крокодилов, фотографировать. То же самое и с мелкими предметами и тонкими ножками. Открытыми должны быть только щупы, избегайте ненужных контактов.

Знак P213A четко обозначен на корпусе. Позволяет изучить справочник, определить вывод по изображению в нем, узнать технические характеристики, в том числе проводимость: прямая или обратная.

На практике часто бывает не так: маркировка нечитаема, товар имеет «без названия». Именно этой сложной техники я буду придерживаться, так как приходится делать чаще.

Выбираю один из контактов (не отмеченный батистом) и вставляю в него щуп, например красный. Присоединяю черный конец к произвольной секунде (длинный батист). Замечу чтение: 196 Ом.

Мероприятие 1

Переношу черный конец на короткую булавку из батиста. Я вижу большое сопротивление.

Мера 2

Меняю концы в точках: на неизолированный провод кладу черный щуп, а на длинный — красный. Я вижу высокое сопротивление.

Мера 3

Красный конец перекладываю на короткую булавку из батиста. Измеряю 72 Ом.

Мера 4

Осталось два измерения. Красный щуп оставляю на прежнем месте, а черный присоединяю к розетке длинным батистом. Результат 198 Ом.

Мера 5

Меняю концы местами. Голая булавка не задействована. Я вижу большое сопротивление.

Мера 6

Теперь осталось проанализировать полученные результаты.

Мы знаем, что базовый вывод является общим для обоих составных диодов. Оба перехода следует вызвать к нему со значением Ом. Это меры №:

  • 1 (больший или красный щуп на голой булавке, минус на длинном батисте);
  • 4 (меньше на голой булавке, больше на коротком батите);
  • 5 (короче, короче).

Замечу, что общий вывод для двух измерений (1 и 5) из трех отмечен длинным батистом. С двух сторон к нему течет ток. Итак, это основа.

Два других контакта — это эмиттер и коллектор. Мы должны как-то их различать. Методика заключается в следующем: сопротивление базы коллектора всегда ниже сопротивления базы эмиттера. (Коллекторный ток неизбежно самый большой). Сравните 196 Ом в первом случае и 198 Ом в пятом.

Получаем, что коллекционер ничем не помечен, что подтверждается фото его композиции на футляре. Остающийся выход с коротким батистом — эмиттер.

Обратите внимание на направление токов к базе. Они идут от внешнего к внутреннему переходам (прямое направление: структура pnp). В обратном направлении токи не проходят: полупроводники целы.

Теперь важное замечание: транзисторы малой мощности имеют очень высокое сопротивление между эмиттером и коллектором при измерении тока в обоих направлениях.

В мощных моделях BT между этими концами измеряется несколько Ом в одном направлении (в зависимости от проводимости), как показано на Рисунке No. 4.

А теперь я покажу вам характеристики проверенного P213A, взятые из интернет-магазина. Они помогут вам оценить результаты моей проверки.

P213A транзистор

Учтите, что эта методика позволяет определять исправность транзисторов прямо на схеме, не распаивая их. Бывают просто случаи, когда полупроводниковые переходы отклоняются резисторами с низким сопротивлением.

Они будут звучать в обоих направлениях с низким сопротивлением. Тогда БТ придется разобрать. Но обычно они не пьяны: из-за лишних телодвижений.

Работайте аккуратно и аккуратно. Не прикасайтесь пальцами к металлической части зонда. Это изменит результат измерения и приведет к ошибке.

Режимы работы

Биполярный транзистор может работать в 4-х режимах:

  1. Активный.
  2. Отрубы (РО).
  3. Насыщенность (РН).
  4. Барьер (РБ).

Активный режим BT бывает нормальным (NAR) и реверсивным (IAR).

Что такое биполярный транзистор и какие бывают схемы переключения

Нормальный активный режим

В этом режиме U течет к переходу EB, который является прямым и называется напряжением EB (Ue-b). Режим считается оптимальным и используется в большинстве схем. Переход E вызывает инжекцию зарядов в базовую область, которые движутся к коллектору. Последний разгоняет заряды, создавая усиливающий эффект.

Инверсный активный режим

В этом режиме переход КБ открыт. BT работает в обратном направлении, т.е от K идет инжекция дырочных носителей заряда, проходящих через B. Они собираются переходом E. Свойства ОП на усиление слабые, и BT редко используются в этом режиме.

Режим насыщения

В RN оба перехода открыты. Когда EB и KB подключены к внешним прямым источникам, BT будет работать в LV. Электромагнитное поле диффузии переходов E и K ослабляется электрическим полем, создаваемым внешними источниками. Следовательно, барьерная емкость будет уменьшаться, а диффузионная способность основных носителей заряда будет ограничена. Начнется закачка дырок из E и K в B. Этот режим в основном используется в аналоговой технологии, но в некоторых случаях возможны исключения.

Режим отсечки

В этом режиме БТ полностью замыкается и не может проводить ток. Однако в БТ присутствуют незначительные потоки неосновных носителей заряда, создающие тепловые токи малых значений. Этот режим используется в различных типах защиты от перегрузки и короткого замыкания.

Барьерный режим

База BT подключается через резистор к K. Резистор подключается к цепи K или E, которая устанавливает значение тока (I) через BT. BR часто используется в схемах, так как позволяет BT работать на любой частоте и в более широком диапазоне температур.

Принцип работы биполярного транзистора

Этот тип транзистора имеет два перехода:

  • электронный зазор между эмиттером и базой — эмиттером;
  • между коллектором и базой — коллектор.

Расстояние между переходами небольшое. Для высокочастотных деталей он составляет менее 10 мкм, для низкочастотных деталей — до 50 мкм. Для активации устройства на него подается питание от стороннего IP-адреса. Принцип работы биполярных транзисторов с pnp и npn переходами одинаков. Переходы могут работать в прямом и обратном направлении, что определяется полярностью приложенного напряжения.

Схема включения биполярного транзистора с общим коллектором

Биполярный транзистор включен в общую коллекторную цепь.

Так выглядит схема включения биполярного транзистора с общим коллектором. Ни на что не похоже? Если посмотреть на схему под другим углом, мы узнаем здесь нашего старого друга: последователя эмиттеров. О нем была почти целая статья (вот он), так что мы уже все об этом узоре рассмотрели. А пока нас ждет самая распространенная схема с общим эмиттером.

Схемы включения

шема беполярного транзистора

Для правильного использования и подключения БТ необходимо знать их классификацию и тип. Классификация биполярных транзисторов:

  1. Материал изготовления: германий, кремний и арсенидогаллий.
  2. Особенности изготовления.
  3. Рассеиваемая мощность: малая мощность (до 0,25 Вт), средняя (0,25-1,6 Вт), высокая мощность (более 1,6 Вт).
  4. Частота среза: низкая частота (до 2,7 МГц), средняя частота (2,7-32 МГц), высокая частота (32-310 МГц), сверхвысокая частота (более 310 МГц).
  5. Функциональное назначение.

По функциональному назначению БТ делятся на следующие виды:

  1. Усилитель низкой частоты с нормированным и нестандартным коэффициентом шума (НННКШ).
  2. Высокочастотное усиление с NiNNKSH.
  3. Сверхвысокочастотное усиление с NiNNKSH.
  4. Мощное усиление высокого напряжения.
  5. Генераторные установки с высокими и очень высокими частотами.
  6. Коммутационные устройства высокого и низкого напряжения с низким энергопотреблением.
  7. Мощный импульс для высоких значений U.

Также существуют такие типы биполярных транзисторов:

  1. П-нп.
  2. Npn.

Что такое биполярный транзистор и какие бывают схемы переключения

Существует 3 схемы включения биполярного транзистора, каждая из которых имеет свои достоинства и недостатки:

  1. Генерал Б.
  2. Генерал Э.
  3. Генерал К.

Включение с общей базой (ОБ)

Схема применяется к высоким частотам, что позволяет оптимально использовать частотную характеристику. При подключении БТ по схеме с OE, а значит, и с OB, его рабочая частота увеличится. Такая схема подключения используется в усилителях антенного типа. Снижается уровень высокочастотного шума.

Преимущества:

  1. Оптимальные значения температуры и широкий диапазон частот (f).
  2. Высокое значение Uк.

Недостатки:

  1. Низкое усиление по I.
  2. Низкий вход R.

Включение с общим эмиттером (ОЭ)

При подключении по этой схеме усиление происходит в U и I. Схема может питаться от одного источника. Часто используется в усилителях мощности (P).

Преимущества:

  1. Высокий заработок для I, U, P.
  2. Источник питания.
  3. Выходная переменная U инвертируется по отношению к входной.

Имеет существенные недостатки: более низкая температурная стабильность и частотные характеристики хуже, чем при подключении к OB.

Включение с общим коллектором (ОК)

Вход U полностью передается обратно на вход, и Ki аналогичен при подключении к OE, но низкий в U.

Этот тип переключения используется для согласования каскадов на транзисторах или с источником входного сигнала с высоким выходным сопротивлением R (конденсаторный микрофон или звукосниматель). К преимуществам можно отнести следующие: высокий входной и низкий выход R. Недостатком является низкий коэффициент усиления U.

Характеристики транзистора, включённого по схеме оэ:

Основные элементы схемы: транзистор, резистор RL и выходная цепь усилителя с внешним источником питания.

Из-за незначительной толщины микронного слоя и большого значения градиента концентрации отрицательно заряженных частиц практически все они попадают в область коллектора, хотя сопротивление базы достаточно высокое. Где купить транзисторы? Транзисторы по праву считаются одним из величайших открытий человечества.

При работе в активном режиме напряжение направляется на эмиттерный переход и наоборот — на коллекторный переход. Это также называется Результатом вышеизложенного, транзистор может работать в четырех режимах: Режим обрыва транзистора — в этом режиме переход база-эмиттер закрыт, это может произойти, когда напряжение база-эмиттер недостаточно. Во-первых, усиление каскада зависит от конкретного экземпляра транзистора — если вы заменили транзистор при ремонте, подберите смещение заново, доведите до рабочей точки.

Ответ может быть, а может и нет. Поскольку ток коллектора в десятки раз превышает ток базы, это объясняет тот факт, что коэффициент усиления по току составляет десятки единиц. Схема с общим коллектором ОК Практические варианты коммутационных схем для транзисторов структуры ppp и ppp показаны на рис. Почему-то такое название почти не встречается в литературе, но в кругу радиоинженеров и радиолюбителей встречается везде используется, все сразу понимают, что это такое.

Схемы включения биполярного транзистора

Ваш адрес электронной почты :. Для первоначальной оценки значений RC-элементов, включенных в схемы на рис. Следовательно, плотность расположения элементов в MOS-интегральных схемах намного выше. Коллектор имеет более положительный потенциал, чем эмиттер. Как я уже сказал, схемы база-коллектор и база-эмиттер работают как диоды. Каждый транзистор имеет предельные значения, такие как ток коллектора, ток базы и напряжение коллектор-эмиттер.

Это состояние называется рабочей точкой транзистора, в этом случае коэффициент усиления каскада максимальный. В этом случае граница на втором коллекторном переходе замкнута, и ток не должен течь через нее. Такой режим работы транзистора рассматривался давно. Увеличение частоты приводит к снижению реактивной способности коллекторного перехода, что приводит к его значительному шунтированию и ухудшению усилительных свойств каскада. Выводы транзистора звучат как два диода, соединенные в общей точке в области базы транзистора.

Схема с общей базой

В этом случае входное сопротивление очень мало, а выходное сопротивление велико.

Напомним, что реактивное сопротивление конденсатора Xc, Ом, можно рассчитать по формуле: Для постоянного тока реактивное сопротивление конденсаторов стремится к бесконечности. Сигнал требует нагрузки в выходной цепи. Помимо биполярных, существуют униполярные полевые транзисторы, использующие только один тип векторов: электроны или дырки.

Активный режим транзистора — это нормальный режим работы транзистора. Наивысшая характеристика в точке A пересекается с прямой нагрузкой, после чего при дальнейшем увеличении IB ток коллектора больше не изменяется.

Это усиление осуществляется за счет энергии источника питания. Напряжение 0,6 В — это напряжение на переходе БЭ-Э и его не следует забывать в расчетах!

Схемы включения биполярных транзисторов при совмещении режимов прерывания и насыщения позволяют создавать с их помощью электронные ключи. Преимущества каскадирования по схеме с общим эмиттером: 1. Чтобы лучше понять, как работает стабилизация эмиттера, необходимо рассмотреть схему переключения транзисторов с общим коллектором ОК.

Схема включения биполярного транзистора с общим коллектором


Работа транзистора в ключевом режиме Прежде чем изучать работу транзистора в режиме усиления сигнала, стоит вспомнить, что транзисторы часто используются в ключевом режиме. Эмиттерные повторители с общим коллектором используются для согласования высокого выходного сопротивления источника сигнала с низким входным сопротивлением нагрузки. Скорость БТ зависит от толщины базового слоя БС. Давайте теперь проследим работу самой этой схемы: источник питания 1.

Отсюда большой разброс коэффициентов усиления транзисторов, взятых из той же коробки, много читал. А ассортимент шаблонов постоянно увеличивается, что позволяет решать практически любую задачу, поставленную разработчиками. Рисунок 7. Следовательно, для усилителей постоянного тока нижняя граничная частота усиления равна нулю, переходные конденсаторы не требуются, и необходимо принять специальные меры для разделения каскадов. На рисунке представлена ​​схема работы транзистора в ключевом режиме.

В эмиттерном повторителе используется схема включения транзистора с общим коллектором ОК. Мощность — это произведение тока и напряжения, но поскольку напряжение не меняется, мощность увеличивается только за счет тока! Основа — управляющий электрод.
Биполярные транзисторы. Принцип работы.

Какие параметры учитывают при выборе биполярного транзистора?

  • Материал, из которого он сделан, — арсенид галлия или кремний.
  • Частота. Это может быть — сверхвысокий (более 300 МГц), высокий (30–300 МГц), средний — (3–30 МГц), низкий (менее 3 МГц).
  • Максимальная рассеиваемая мощность.

Основные характеристики биполярных транзисторов

Основные особенности BT:

  1. Я зарабатываю.
  2. Вход и выход Р.
  3. Ик-э инверс.
  4. Время включения.
  5. Частота передачи Ib.
  6. Обратный ик.
  7. Максимальное значение I.

5 технических нюансов работы биполярных транзисторов, которые важно учитывать при проектировании и эксплуатации электронных ключей или регуляторов

Особенность # 1

Электрические характеристики LV описываются сложными формулами. Их очень неудобно использовать на практике. Поэтому инженеры-электронщики работают с графиками, которые выражают взаимосвязь между входными и выходными параметрами.

Они делятся на два типа:

  1. статические, определяющие емкости полупроводниковых переходов по токам и напряжениям на входе и выходе в холостом режиме (режим холостого хода);
  2. output — зависимость тока через коллектор от приложенного выходного напряжения к определенному току через базу.

Статические характеристики транзистора
Выходные характеристики транзистора

У каждого БТ есть свои индивидуальные особенности. Однако сейчас таких полупроводников производится так много, что практически любому из них нетрудно найти аналогичную замену даже от другого производителя.

Для работы транзисторов можно использовать один из следующих режимов:

  • активный (нормальный или реверсивный);
  • насыщенность;
  • резать;
  • барьер.

Особенность # 2

Любой БТ, созданный с помощью пакета pnp или npn, работает практически по одним и тем же алгоритмам, которые отличаются только направлением протекания положительного тока через переходы полупроводников.

Таким образом, для прямого и обратного транзисторов создаются индивидуальные схемы управления и нагрузка подключается к выходным цепям.

Для примера приведу еще одну схему простого зарядного устройства, собранного на транзисторном модуле с pnp переходами. Можете сравнить с предыдущей версией. Вы увидите почти такую ​​же структуру, но с противоположным направлением тока.

Простое зарядное устройство

Здесь еще меньше деталей, а выходные значения регулируются путем изменения значения напряжения, подаваемого на вход электронного модуля. Используется обычный потенциометр.

Особенность # 3

Когда он открыт, переход входного полупроводника в режим отсечки низкого напряжения имеет небольшое падение напряжения. В одном конкретном случае это около 0,7 вольт. Чтобы привлечь ваше внимание к этой проблеме, я специально нарисовал картинку — считается, что так лучше всего работает человеческая память.

Напряжение транзистора

Другими словами: потенциал на базе на 0,7 вольта меньше, чем на эмиттере. Для кремниевых изделий это всегда 0,6-0,7 В.

Особенность # 4

Ток коллектора НН определяется как базовый ток, умноженный на очень большое количество постоянных значений.

Это свойство используется для классификации транзисторов по коэффициенту передачи тока при коротком замыкании на выходе.

Для этого был введен коэффициент h21. Его суть демонстрирует следующее изображение.

Текущий коэффициент передачи

Если сохранить номиналы, указанные для данной тестовой схемы (10 вольт на источнике ЭДС и 100 кОм на сопротивлении), то показания амперметра в миллиамперах просто умножаются на 10. Получаем значение коэффициента h21.

Подобные алгоритмы встроены в цифровые мультиметры и аналоговые тестеры, позволяющие измерять коэффициент h21 при проверке БТ.

Особенность # 5

В открытом состоянии потенциал внутреннего полупроводникового перехода коллектора низкого напряжения выше, чем у эмиттера. В моем конкретном случае это 0,3 вольта.

Напряжение коллектор-эмиттер

Здесь открытый транзистор работает как обычный переключатель, но не идеально. Его внутренняя схема имеет падение напряжения 0,3 В. Однако в большинстве случаев это не критично.

Предположим, что в цепи коллектора появилось дополнительное сопротивление. Изменение тока через этот резистор вызовет падение напряжения на нем.

Однако более высокий потенциал коллектора в сочетании с более высоким базовым током может стабилизировать выходные характеристики. В этом случае силовые токи сохраняют свое значение.

Физические процессы

Возьмите транзистор NPN в режиме холостого хода, когда подключены только два постоянных напряжения питания E1 и E2. На стыке эмиттера напряжение прямое, на стыке коллектора — противоположное. Следовательно, сопротивление эмиттерного перехода невелико, и напряжения E1 в десятых долях вольта достаточно для получения нормального тока. Сопротивление коллекторного перехода высокое, а напряжение E2 обычно составляет десятки вольт.

Следовательно, как и раньше, маленькие темные кружки со стрелками — электроны, красные — дырки, большие кружки — положительно и отрицательно заряженные атомы доноров и акцепторов. Вольт-амперная характеристика эмиттерного перехода является характеристикой полупроводникового диода постоянного тока, а вольт-амперная характеристика коллекторного перехода аналогична вольт-амперной характеристике диода обратного тока.

Принцип работы транзистора следующий. Прямое напряжение перехода ub-эмиттер влияет на токи эмиттера и коллектора, и чем оно выше, тем больше эти токи. Изменения тока коллектора лишь немного меньше, чем изменения тока эмиттера. Оказывается, напряжение на переходе база-эмиттер, то есть входное напряжение, контролирует ток коллектора. На этом явлении основано усиление электрических колебаний с помощью транзистора. Основные биполярные транзисторы показаны в таблице ниже.

таблица основных биполярных транзисторов
Таблица характеристик биполярных транзисторов.

С увеличением прямого входного напряжения ub-e потенциальный барьер в эмиттерном переходе уменьшается и, как следствие, ток через этот переход i и увеличивается. Электроны этого тока инжектируются эмиттером в базу и за счет диффузии проникают через базу в коллекторный переход, увеличивая ток коллектора. Поскольку коллекторный переход работает при обратном напряжении, в этом переходном пространстве появляются заряды (большие кружки на рисунке). Между ними возникает электрическое поле, которое способствует продвижению (извлечению) через коллекторный переход электронов, пришедших сюда от эмиттера, то есть они притягивают электроны в области коллекторного перехода.

Схема работы и устройство биполярного транзистора.

Если толщина базы достаточно мала и концентрация дырок в ней мала, то большая часть электронов, проходя через базу, не успевает рекомбинировать с дырками в базе и достигать коллекторного перехода. Лишь небольшая часть электронов рекомбинирует в дырочной основе. Это приводит к базовому току.

Базовый ток бесполезен и даже вреден. Желательно, чтобы он был как можно меньше. Поэтому область основания сделана очень тонкой и концентрация дырок в ней уменьшена. Таким образом, меньшее количество электронов будет рекомбинировать с дырками, и, опять же, базовый ток будет незначительным.

Когда на эмиттерный переход не подается напряжение, можно предположить, что в этом переходе нет тока. Следовательно, область коллекторного перехода имеет значительное сопротивление постоянному току, поскольку большинство носителей заряда удаляются от этого перехода, и обедненные области этих носителей создаются вдоль обеих границ. Через коллекторный переход протекает очень небольшой обратный ток, вызванный движением неосновных носителей заряда друг к другу.

Если под действием входного напряжения возникает значительный ток эмиттера, электроны инжектируются в базу со стороны эмиттера, для этой области они являются неосновными носителями. Они достигают стыка коллектора, не успевая воссоединиться с отверстиями при прохождении через основание.

Чем выше ток эмиттера, тем больше электронов попадает в коллектор, тем меньше становится его сопротивление, следовательно, ток коллектора увеличивается. Подобные явления происходят и в транзисторе pnp-типа, необходимо только поменять местами электроны и дырки, а также полярность источников E1 и E2.

Как работает транзистор.
Как работает транзистор.

Помимо рассмотренных процессов, существует ряд других явлений. Рассмотрим модуляцию толщины базы: по мере увеличения напряжения на коллекторном переходе происходит лавинное умножение заряда, которое в основном происходит из-за ударной ионизации.

Это явление и туннельный эффект могут вызвать электрические сбои, которые по мере увеличения тока могут превратиться в тепловые сбои. Все происходит так же, как и с диодами, но в транзисторе с чрезмерным коллекторным током возможен тепловой пробой без предварительного электрического пробоя.

Тепловой пробой может происходить без повышения напряжения коллектора до напряжения пробоя. При изменении напряжений на переходах коллектора и эмиттера изменяется их толщина, в результате чего изменяется толщина базы.

Что такое биполярный транзистор
особенно важно учитывать напряжение базы коллектора, так как с увеличением толщины коллектора толщина базы уменьшается. При очень тонкой базе может возникнуть эффект замыкания (так называемое «просверливание» базы) — соединение коллекторного перехода с эмиттерным переходом. В этом случае область базы исчезает и транзистор перестает нормально работать.

По мере того, как инжекция носителей из эмиттера в базу увеличивается, неосновные носители заряда накапливаются в базе, то есть концентрация и общий заряд этих носителей увеличивается. Но с уменьшением инжекции концентрация и общий заряд этих же носителей в базе уменьшаются, и этот процесс получил название резорбции неосновных носителей заряда в базе.

И наконец, правило: при использовании транзисторов запрещается разрыв цепи базы, если цепь коллектора не запитана. Также необходимо включить питание цепи базы и, следовательно, цепи коллектора, но не наоборот.

Схема транзисторного устройства.
Схема транзисторного устройства.

Биполярные транзисторы

Биполярный транзистор — это полупроводниковый прибор, состоящий из трех чередующихся полупроводниковых областей с разными типами проводимости (ppp или ppp) с одним проводником от каждой области. Рассмотрим работу транзистора типа npn. Чередующиеся области образуют два pn перехода база-эмиттер (BE) и база-коллектор (BC).

На переход BE подается прямое напряжение EBE, под действием которого электроны из n-области эмиттера устремляются к базе, создавая ток эмиттера. Концентрация примесей в эмиттере сделана во много раз больше базы, а сама база максимально тонкая. Следовательно, только небольшая часть (1-5%) электронов, испускаемых эмиттером, рекомбинирует с дырками в базе.

Большинство электронов, прошедших узкую базовую область (доли микрон), «улавливаются» коллекторным напряжением Ek, которое представляет собой обратное напряжение для BC-перехода, и, бегая к плюсу внешнего источника Eк, создает коллекторный ток, протекающий через нагрузку Rн. Электроны, которые рекомбинируют с дырками в базе, составляют базовый ток IB.

В этом случае ток коллектора определяется током эмиттера за вычетом тока базы. Транзистор типа pnp работает аналогичным образом, отличаясь только тем, что его эмиттер испускает дыры в базе, а не электроны, поэтому полярности прямого и обратного напряжения Ek, приложенного к нему, должны быть противоположны транзистору типа ppn.

На символе транзистора стрелка расположена на эмиттере и всегда направлена ​​от области p к области n. На рис. 1.8, б показано условное обозначение транзистора ppp, а на рис. 1.9, б — ppp. Кружок вокруг транзистора означает, что транзистор выполнен в независимом корпусе, а отсутствие кружка означает, что транзистор выполнен за одно целое с другими элементами на полупроводниковой пластине интегральной микросхемы.

стрелку эмиттера удобно рассматривать как индикатор полярности прямого напряжения, приложенного между базой и эмиттером, которое «открывает» (как выпрямительный диод) транзистор. При использовании транзистора в электронных устройствах два контакта необходимы для входного сигнала и два — для выходного сигнала.

Поскольку у транзистора всего три контакта, один из них должен быть общим, принадлежащим как входной, так и выходной цепи. Возможны три варианта коммутации транзисторов: с общей базой, с общим эмиттером и общим коллектором.

Переход в биполярном транзисторе.
Переход в биполярном транзисторе.

Процесс усиления биполярного транзистора

транзистор4

Чтобы биполярный транзистор с npn переходом (обратная проводимость) начал усиление, необходимо обеспечить небольшое напряжение смещения на базе в дополнение к питанию эмиттера и коллектора. Это смещение открывает транзистор, и через него начинает течь управляемый ток в направлении от эмиттера к коллектору. Между базой и эмиттером также протекает управляющий ток, но по величине он намного меньше тока коллектор-эмиттер.

Можно сделать вывод, что основным свойством биполярного транзистора является управление небольшим током базы при большом токе коллектора.

транзистор5

Для наглядности на рисунке показан механический водяной аналог биполярного транзистора с npn проводимостью. Это показывает, что небольшой поток из базовой трубы вызывает большой поток воды из коллекторной и эмиттерной трубок. В этом случае струя из выходной трубы будет состоять из сумм потоков из базовой и коллекторной труб.

транзистор67

Напряжение смещения измеряется на базе относительно напряжения эмиттера.

Эти напряжения различаются по полярности и величине напряжения в зависимости от типа проводимости транзистора.
На основе биполярных транзисторов с прямой проводимостью (pnp, германий) — минус 0,1-0,4 вольта, а на транзисторах обратной проводимости (npn, кремний) — плюс 0,4-0,8 вольт.

Принципы работы биполярного транзистора — 2 варианта его использования в различных электронных устройствах

Обычно такие процессы обычно объясняют движением носителей заряда внутри полупроводников: дырок и электронов. В этом случае токи создаются приложенными источниками ЭДС, циркулирующими через выводы коллектора и эмиттера.

Как работает биполярный транзистор

Они зависят от приложенных напряжений Ueb и Ucb, что показывает вольт-амперная характеристика.

При малых значениях ЭДС переходы не могут пропускать через себя электрический ток. В этом случае говорят, что электронный ключ закрыт. Чтобы его открыть, нужно подать управляющий сигнал. Они представляют собой определенное напряжение, приложенное между базой и эмиттером.

Первым назначением биполярного транзистора является функционирование электронного переключателя, когда он блокирует прохождение электрического тока через себя без команды, а когда он поступает, он проходит через нагрузку.

Позвольте мне более подробно объяснить практическое применение этой функции.

Что такое электронный ключ на транзисторе и как он работает: 2 примера

На практике создано множество устройств, работающих на основе транзисторного ключа. Я покажу вам два, которые легко повторить своими руками даже начинающему мастеру, владеющему навыками использования паяльника.

Простейший датчик протечки воды — схема и описание для чайника

Устройство, которое помещается в спичечный коробок и автоматически оповещает владельца о появлении влаги на полу под раковиной или ванной, собирается из следующих пяти частей:

  1. датчик влажности — пластиковая изолированная пластина с двумя токопроводящими контактными площадками (клееный металлический лист). Они отделены друг от друга воздушным пространством. Желательно надеть кусок марли или ваты, хорошо впитывающий пролитую воду;
  2. марка транзистора 2Н5551 или его аналог;
  3. светодиод VD1;
  4. любой пьезоэлемент СП1 — звуковой преобразователь электрического сигнала, который можно снять с отслуживших свой срок электронных часов;
  5. батарея 3 В: литиевая батарея типа «таблетка» подходит для часов, калькуляторов и подобных устройств.

Электронный ключ

Этот электронный ключ замкнут в сухом состоянии, потому что выводы его транзисторного перехода база-коллектор разомкнуты. В случае утечки воды между подшипниками датчика влажности создается электрический контакт.

Напряжения, приложенного источником питания к клеммам «В» и «К» ТН, достаточно для изменения состояния замкнутого перехода. Ключ открывается и ток в цепи эмиттера включает светодиод и активирует звуковое оповещение.

Более подробно работа этой схемы описана в отдельной статье. Ключ работает таким же образом в более позднем развитии.

Схема управления насосом откачки воды для повторения своими руками

Мы считаем, что перед нами стоит задача поддерживать объем воды в резервуаре между нижним допустимым горизонтом (L) и верхней отметкой (H) путем включения и выключения насоса. Для этого в емкость на указанной высоте помещаем три электрода.

Пояснительная схема управления насосом

Провода от них проводим к соответствующим входам электрической цепи управления. Он питается от постоянного напряжения 12 вольт (блок питания или аккумулятор).

Схема управления насосом

Если в баке нет воды, то между контактами COM, L и N отсутствует электрическая связь. Транзисторы VT1, VT2 закрыты. Но +12 вольт через диод VD1 проходит на базу VT3, открывая ее и, как следствие, VT4.

Последний подает напряжение на исполнительное реле KL1, которое своими контактами включает насос. Начните наполнять бак водой. Светодиод HL1 своим свечением указывает на работу насоса.

Когда вода достигает уровня L, VT1 открывается, но не влияет на состояние VT3. Напряжение на его базе поддерживается резистором R8.

Когда вода достигает верхнего уровня H, активируется ключ VT2, что дополнительно снижает напряжение на базе VT3 и, следовательно, VT4. Это отключит реле и насос. Светодиод гаснет.

Насос будет обесточен до тех пор, пока не будет достигнут нижний уровень воды в баке. Кроме того, описанный алгоритм работы повторяется в одном цикле.

Обе диаграммы показывают работу транзисторного ключа. Управляется командой с контактных датчиков. Следовательно, исполнительный орган активируется или деактивируется. Другие функции здесь не предусмотрены.

Регулятор тока на биполярном транзисторе: как работает схема управления

мне удобнее объяснять принцип работы регулятора следующей картинкой его открытого состояния.

Принцип работы биполярного транзистора

По сути, он ничем не отличается от приведенного выше и демонстрирует, как работает биполярный транзистор. Но здесь более наглядно и наглядно проявляются процессы, протекающие по закону Ома.

Напомню, что закрытый транзистор не пропускает через себя электрический ток. Но его открытое состояние создается сразу двумя рабочими цепями:

  1. база-эмиттер, по которому циркулирует управляющий ток I1;
  2. эмиттер-коллектор с подключенной силовой цепью и током в нем I2.

Здесь действует важное правило: небольшой ток, протекающий через базу, приводит в движение большую нагрузку, подключенную к цепи эмиттер-коллектор.

И все это делается путем изменения значения напряжения между базой и эмиттером на такую ​​же разность потенциалов, приложенную к внешней цепи выводов коллектора и эмиттера.

Я попытался изобразить принцип регулирования тока коллектора в НН следующим изображением.

Коллекторный ток

Надеюсь понятно, что при низком напряжении U1 маленький, при среднем — средний, а при более высоком — повышенный.

Следовательно: ток коллектора регулируется напряжением, приложенным к базе при одинаковом напряжении между эмиттером и коллектором.

Многие блоки питания работают по этому принципу. Приведу пример одного из простых, конструкцию которого легко собрать своими руками.

Самодельный блок питания

Детали указаны сразу на схеме. Трансформатор можно взять от старого лампового телевизора или другой техники. Рассчитать и загрузить самостоятельно несложно. В любом случае он должен выдерживать нагрузку, которая будет проходить через него.

Защита от коротких замыканий и перегрузок выполняется простыми предохранителями. Подбираем диодный мост по нагрузке. В большинстве случаев можно обойтись и более старыми диодами D226.

В этом проекте нас в основном интересует принцип регулирования, выполняемый выходом BT KT815. Это происходит за счет изменения положения ползунка потенциометра R6, регулирующего потенциал по транзистору КТ315 (VT1).

С выхода КТ315 потенциал подается на базу VT2. И он уже определяет выходные параметры в цепи питания 0-12 вольт.

Источники

  • https://odinelectric.ru/equipment/electronic-components/chto-takoe-bipolyarnyj-tranzistor
  • https://ElectrikBlog.ru/bipolyarnyj-tranzistor-chto-takoe/
  • https://www.RadioElementy.ru/articles/bipolyarnye-tranzistory/
  • https://microtechnics.ru/sxemy-vklyucheniya-bipolyarnogo-tranzistora/
  • https://tokzamer.ru/bez-rubriki/shemy-podkljucheniya-bipolyarnyh-tranzistorov
  • https://ElectroInfo.net/poluprovodniki/chto-takoe-bipoljarnyj-tranzistor.html
  • https://radio-samodel.ru/tranzistor.html

Оцените статью
Блог про электронику