Deci, a treia și ultima parte a poveștii despre tranzistorii bipolari de pe site-ul nostru =) Astăzi vom vorbi despre utilizarea acestor dispozitive minunate ca amplificatoare, considerați posibil circuite de comutare a tranzistorului bipolarși principalele lor avantaje și dezavantaje. Să începem!

Acest circuit este foarte bun atunci când se utilizează semnale de înaltă frecvență. În principiu, pentru aceasta, o astfel de includere a unui tranzistor este utilizată în primul rând. Dezavantaje foarte mari sunt rezistența scăzută de intrare și, bineînțeles, lipsa amplificării curentului. Vezi singur, la intrare avem un curent de emitator, la iesire.

Adică, curentul emițătorului este mai mare decât curentul colectorului cu o cantitate mică de curent de bază. Și asta înseamnă că nu numai că nu există un câștig de curent, mai mult, curentul de ieșire este puțin mai mic decât curentul de intrare. Deși, pe de altă parte, acest circuit are un coeficient de transfer de tensiune destul de mare) Acestea sunt avantajele și dezavantajele, continuăm ....

Schema de pornire a unui tranzistor bipolar cu un colector comun

Așa arată circuitul de comutare al unui tranzistor bipolar cu un colector comun. Nu vă amintește de nimic?) Dacă priviți circuitul dintr-un unghi ușor diferit, atunci îl vom recunoaște aici pe vechiul nostru prieten - un adept emițător. A fost aproape un articol întreg despre el (), așa că am luat deja în considerare tot ce ține de această schemă. Între timp, așteptăm cel mai des folosit circuit - cu un emițător comun.

Schemă pentru pornirea unui tranzistor bipolar cu un emițător comun.

Această schemă a câștigat popularitate pentru proprietățile sale de amplificare. Dintre toate circuitele, acesta oferă cel mai mare câștig în curent și respectiv tensiune, creșterea puterii semnalului este, de asemenea, mare. Dezavantajul circuitului este că proprietățile de amplificare sunt puternic afectate de creșterea temperaturii și a frecvenței semnalului.

Ne-am familiarizat cu toate circuitele, acum să aruncăm o privire mai atentă la ultimul (dar nu cel mai puțin important) circuit amplificator pe un tranzistor bipolar (cu un emițător comun). Pentru început, să o descriem puțin diferit:

Există un minus - un emițător împământat. Cu această includere a tranzistorului, există distorsiuni neliniare la ieșire, care, desigur, trebuie tratate. Neliniaritatea apare datorită influenței tensiunii de intrare asupra tensiunii de joncțiune emițător-bază. Într-adevăr, nu există nimic „în plus” în circuitul emițătorului, întreaga tensiune de intrare este aplicată exact la joncțiunea bază-emițător. Pentru a face față acestui fenomen, adăugăm un rezistor la circuitul emițătorului. Astfel vom obține feedback negativ.

Dar ce este?

Pe scurt, atunci principiul spatelui negativ al conexiuni este că o parte din tensiunea de ieșire este transferată la intrare și scăzută din semnalul de intrare. Desigur, acest lucru duce la o scădere a câștigului, deoarece intrarea tranzistorului, datorită influenței feedback-ului, va primi o valoare mai mică a tensiunii decât în ​​absența feedback-ului.

Și totuși, feedback-ul negativ este foarte util pentru noi. Să vedem cum va ajuta la reducerea efectului tensiunii de intrare asupra tensiunii dintre bază și emițător.

Deci, să nu existe feedback, creșterea semnalului de intrare cu 0,5 V duce la aceeași creștere. Totul este clar 😉 Și acum adăugăm feedback! Și în același mod creștem tensiunea de intrare cu 0,5 V. În urma acesteia, crește, ceea ce duce la o creștere a curentului emițătorului. Și creșterea duce la o creștere a tensiunii pe rezistorul de feedback. S-ar părea că așa este? Dar această tensiune este scăzută de la intrare! Vezi ce s-a întâmplat:

Tensiunea de intrare a crescut - curentul emițătorului a crescut - tensiunea pe rezistorul de feedback negativ a crescut - tensiunea de intrare a scăzut (din cauza scăderii) - tensiunea a scăzut.

Adică, feedback-ul negativ împiedică schimbarea tensiunii bază-emițător atunci când semnalul de intrare se modifică.

Ca rezultat, circuitul nostru amplificator cu emițător comun a fost completat cu un rezistor în circuitul emițător:

Mai este o problemă cu amplificatorul nostru. Dacă la intrare apare o valoare negativă a tensiunii, atunci tranzistorul se va închide imediat (tensiunea de bază va deveni mai mică decât tensiunea emițătorului și dioda bază-emițător se va închide), iar la ieșire nu va fi nimic. Acest lucru nu este cumva foarte bun) Prin urmare, este necesar să creați părtinire. Puteți face acest lucru cu un divizor ca acesta:

Avem o asemenea frumusețe 😉 Dacă rezistențele și sunt egale, atunci tensiunea pe fiecare dintre ele va fi de 6V (12V / 2). Astfel, în absența unui semnal la intrare, potențialul de bază va fi + 6V. Dacă o valoare negativă, de exemplu, -4V, vine la intrare, atunci potențialul de bază va fi +2V, adică valoarea este pozitivă și nu interferează cu funcționarea normală a tranzistorului. Iată cât de util este să creați un offset în lanțul de bază)

Cum altfel ne putem îmbunătăți schema...

Spuneți-ne ce semnal vom amplifica, adică îi cunoaștem parametrii, în special frecvența. Ar fi grozav dacă nu ar fi altceva decât un semnal amplificat util la intrare. Cum se asigură? Desigur, cu ajutorul unui filtru trece-înalt) Să adăugăm un condensator, care, în combinație cu un rezistor de polarizare, formează un filtru trece-înalt:

Așa se face că circuitul, în care nu era aproape nimic, cu excepția tranzistorului în sine, a fost acoperit cu elemente suplimentare 😉 Poate, ne vom opri aici, în curând va apărea un articol dedicat calculului practic al unui amplificator bazat pe un bipolar tranzistor. În ea, nu vom face numai schema circuitului amplificatorului, dar și calculați valorile tuturor elementelor și, în același timp, alegeți un tranzistor potrivit scopurilor noastre. Ne vedem în curând! =)

Sunt tranzistoare bipolare. Circuitele de comutare depind de conductivitatea lor (găuri sau electronice) și de funcțiile pe care le îndeplinesc.

Clasificare

Tranzistoarele sunt împărțite în grupuri:

1. După materiale: cel mai des se folosesc arseniura de galiu și siliciul.
2. După frecvența semnalului: scăzut (până la 3 MHz), mediu (până la 30 MHz), ridicat (până la 300 MHz), ultra-înalt (peste 300 MHz).
3. În funcție de puterea maximă de disipare: până la 0,3 W, până la 3 W, mai mult de 3 W.
4. După tipul de dispozitiv: trei straturi conectate ale unui semiconductor cu metode alternative directe și inverse de conducere a impurităților.

Cum funcționează tranzistorii?

Straturile exterioare și interioare ale tranzistorului sunt conectate la electrozii de alimentare, denumiti respectiv emițător, colector și bază.

Emițătorul și colectorul nu diferă unul de celălalt în ceea ce privește tipurile de conductivitate, dar gradul de dopaj cu impurități în acesta din urmă este mult mai scăzut. Aceasta asigură o creștere a tensiunii de ieșire admisă.

Baza, care este stratul mijlociu, are o rezistență ridicată, deoarece este realizată dintr-un semiconductor ușor dopat. Are o zonă semnificativă de contact cu colectorul, ceea ce îmbunătățește îndepărtarea căldurii generate din cauza polarizării inverse a joncțiunii și, de asemenea, facilitează trecerea purtătorilor minoritari - electroni. În ciuda faptului că straturile de tranziție se bazează pe același principiu, tranzistorul este un dispozitiv cu un singur capăt. Când se schimbă locurile straturilor extreme cu aceeași conductivitate, este imposibil să se obțină parametri similari ai unui dispozitiv semiconductor.

Circuitele de comutare sunt capabile să-l mențină în două stări: poate fi deschis sau închis. În modul activ, când tranzistorul este pornit, polarizarea emițătorului joncțiunii se face în direcția înainte. Pentru a lua în considerare acest lucru vizual, de exemplu, pe o triodă semiconductoare de tip n-p-n, ar trebui să i se aplice tensiune din surse, așa cum se arată în figura de mai jos.

Limita de la a doua joncțiune a colectorului este apoi închisă și nici un curent nu ar trebui să circule prin ea. Dar, în practică, opusul se întâmplă din cauza proximității tranzițiilor una față de cealaltă și a influenței lor reciproce. Deoarece „minusul” bateriei este conectat la emițător, joncțiunea deschisă permite electronilor să intre în zona de bază, unde se recombină parțial cu găuri - purtătorii principali. Se formează curentul de bază I b. Cu cât este mai puternic, cu atât se iese proporțional mai mult curent. Amplificatoarele bazate pe tranzistoare bipolare funcționează pe acest principiu.

Doar mișcarea de difuzie a electronilor are loc prin bază, deoarece acolo nu există acțiune de câmp electric. Datorită grosimii nesemnificative a stratului (microni) și dimensiunii mari a particulelor încărcate negativ, aproape toate cad în regiunea colectorului, deși rezistența de bază este destul de mare. Acolo sunt atrași de câmpul electric al tranziției, care contribuie la transferul lor activ. Curenții colectorului și emițătorului sunt aproape egali unul cu celălalt, dacă neglijăm pierderea ușoară a sarcinilor cauzate de recombinare în bază: I e \u003d I b + I k.

Parametrii tranzistorului

1. Câștig de tensiune U eq / U be și curent: β = I k / I b (valori reale). De obicei, coeficientul β nu depășește valoarea de 300, dar poate ajunge la o valoare de 800 și mai mare.
2. impedanta de intrare.
3. Răspuns în frecvență - performanța unui tranzistor până la o frecvență dată, peste care tranzitorii din acesta nu țin pasul cu modificările semnalului aplicat.

Tranzistor bipolar: circuite de comutare, moduri de operare

Modurile de funcționare diferă în funcție de modul în care este asamblat circuitul. Semnalul trebuie aplicat și eliminat în două puncte pentru fiecare caz și sunt disponibile doar trei ieșiri. Rezultă că un electrod trebuie să aparțină simultan la intrare și la ieșire. Așa se pornește orice tranzistor bipolar. Scheme de includere: DESPRE, OE și OK.

1. Schema cu OK

Circuit de comutare cu un colector comun: semnalul ajunge la rezistența R L, care este, de asemenea, inclusă în circuitul colectorului. O astfel de conexiune se numește circuit colector comun.

Această opțiune creează doar câștig de curent. Avantajul emițătorului urmăritor este de a crea o rezistență mare de intrare (10-500 kOhm), ceea ce face posibilă potrivirea convenabilă a cascadelor.

2. Schema cu OB

Schema de pornire a unui tranzistor bipolar cu o bază comună: semnalul de intrare intră prin C 1, iar după amplificare este eliminat în circuitul colector de ieșire, unde electrodul de bază este comun. În acest caz, se creează un câștig de tensiune similar cu lucrul cu OE.

Dezavantajul este o rezistență mică de intrare (30-100 ohmi), iar circuitul OB este folosit ca oscilator.

3. Schema cu OE

În multe cazuri, când se folosesc tranzistoare bipolare, circuitele de comutare sunt realizate în principal cu un emițător comun. Tensiunea de alimentare este furnizată prin rezistența de sarcină R L, iar polul negativ al sursei externe de alimentare este conectat la emițător.

Un semnal alternativ de la intrare merge către emițător și electrozii de bază (V in), iar în circuitul colector devine deja mai mare (V CE). Elementele principale ale circuitului: un tranzistor, un rezistor R L și un circuit de ieșire a amplificatorului alimentat extern. Auxiliar: condensatorul C 1, care împiedică trecerea curentului continuu în circuitul semnalului de intrare, și rezistența R 1, prin care se deschide tranzistorul.

În circuitul colector, tensiunile la ieșirea tranzistorului și peste rezistorul R L sunt împreună egale cu valoarea EMF: V CC \u003d I C R L + V CE.

Astfel, un semnal mic V in la intrare stabilește legea schimbării tensiunii de alimentare DC la AC la ieșirea convertorului cu tranzistor controlat. Circuitul asigură o creștere a curentului de intrare de 20-100 de ori, iar tensiunea - de 10-200 de ori. În consecință, crește și puterea.

Dezavantajul circuitului: o rezistență mică de intrare (500-1000 ohmi). Din acest motiv, există probleme în formare.Impedanța de ieșire este de 2-20 kOhm.

Diagramele de mai jos demonstrează cum funcționează un tranzistor bipolar. Dacă nu luați măsuri suplimentare, performanța acestora va fi foarte afectată de influențele externe, cum ar fi supraîncălzirea și frecvența semnalului. De asemenea, împământarea emițătorului creează distorsiuni neliniare la ieșire. Pentru a crește fiabilitatea funcționării, în circuit sunt conectate feedback-uri, filtre etc.. În acest caz, câștigul scade, dar dispozitivul devine mai eficient.

Moduri de operare

Funcția tranzistorului este afectată de valoarea tensiunii conectate. Toate modurile de funcționare pot fi afișate dacă se utilizează circuitul prezentat anterior pentru pornirea unui tranzistor bipolar cu un emițător comun.

1. Modul de întrerupere

Acest mod este creat atunci când valoarea tensiunii V BE scade la 0,7 V. În acest caz, joncțiunea emițătorului se închide și nu există curent de colector, deoarece nu există electroni liberi în bază. Astfel, tranzistorul este blocat.

2. Mod activ

Dacă la bază se aplică suficientă tensiune pentru a deschide tranzistorul, apare un curent mic de intrare și un curent de ieșire crescut, în funcție de valoarea câștigului. Apoi tranzistorul va funcționa ca un amplificator.

3. Modul de saturație

Modul diferă de cel activ prin faptul că tranzistorul se deschide complet, iar curentul colectorului atinge valoarea maximă posibilă. Creșterea acestuia poate fi obținută numai prin modificarea EMF aplicată sau a sarcinii în circuitul de ieșire. Când curentul de bază se modifică, curentul colectorului nu se modifică. Modul de saturație se caracterizează prin faptul că tranzistorul este extrem de deschis, iar aici servește ca comutator în starea de pornire. Circuitele pentru pornirea tranzistoarelor bipolare la combinarea modurilor de tăiere și saturare fac posibilă crearea cheilor electronice cu ajutorul lor.

Toate modurile de funcționare depind de natura caracteristicilor de ieșire prezentate în grafic.

Ele pot fi demonstrate clar dacă este asamblat un circuit pentru pornirea unui tranzistor bipolar cu OE.

Dacă puneți deoparte segmente pe axele ordonatelor și absciselor corespunzătoare curentului maxim posibil de colector și valorii tensiunii de alimentare V CC, apoi conectați capetele lor între ele, obțineți o linie de sarcină (roșu). Este descris prin expresia: I C \u003d (V CC - V CE) / R C . Din figură rezultă că punctul de funcționare care determină curentul colectorului I C și tensiunea V CE se va deplasa de-a lungul liniei de sarcină de jos în sus cu o creștere a curentului de bază I V.

Zona dintre axa V CE și prima caracteristică de ieșire (umbrită), unde I B = 0, caracterizează modul de tăiere. În acest caz, curentul invers I C este neglijabil, iar tranzistorul este închis.

Caracteristica cea mai superioară în punctul A se intersectează cu o sarcină directă, după care, cu o creștere suplimentară a I B, curentul colectorului nu se mai modifică. Zona de saturație de pe grafic este zona umbrită dintre axa IC și cea mai abruptă caracteristică.

Cum se comportă un tranzistor în diferite moduri?

Tranzistorul funcționează cu semnale variabile sau constante care intră în circuitul de intrare.

Tranzistor bipolar: circuite de comutare, amplificator

În cea mai mare parte, tranzistorul servește ca amplificator. Un semnal variabil la intrare duce la o modificare a curentului său de ieșire. Aici puteți aplica scheme cu OK sau cu OE. În circuitul de ieșire, semnalul necesită o sarcină. Utilizați de obicei o rezistență instalată în circuitul colectorului de ieșire. Dacă este ales corect, tensiunea de ieșire va fi mult mai mare decât cea de intrare.

Funcționarea amplificatorului este clar vizibilă pe diagramele de timp.

Când semnalele de impuls sunt convertite, modul rămâne același ca pentru cele sinusoidale. Calitatea conversiei componentelor lor armonice este determinată de caracteristicile de frecvență ale tranzistorilor.

Funcționare în modul comutator

Proiectat pentru comutarea fără contact a conexiunilor în circuitele electrice. Principiul este schimbarea treptată a rezistenței tranzistorului. Tipul bipolar este destul de potrivit pentru cerințele dispozitivului cheie.

Concluzie

Elementele semiconductoare sunt utilizate în circuite pentru conversia semnalelor electrice. Capacitățile versatile și o clasificare mare fac posibilă utilizarea pe scară largă a tranzistorilor bipolari. Schemele de comutare le determină funcțiile și modurile de funcționare. Depinde mult și de caracteristici.

Circuitele de comutare de bază a tranzistorului bipolar amplifică, generează și convertesc semnale de intrare, precum și comută circuitele electrice.

În funcție de principiul de funcționare și de caracteristicile de proiectare, tranzistoarele sunt împărțite în două clase mari: bipolarși camp.

tranzistor bipolar- Acesta este un dispozitiv semiconductor cu două joncțiuni pn care interacționează și trei sau mai multe concluzii.

Cristalul semiconductor al unui tranzistor este format din trei regiuni cu tipuri alternative de conductivitate electrică, între care există două r-p-tranziție. Regiunea mijlocie este de obicei foarte subțire (fracții de micron), deci r-p tranzițiile sunt strâns distanțate una de alta.

În funcție de ordinea de alternanță a regiunilor semiconductoare cu diferite tipuri de conductivitate electrică, se disting tranzistoarele r-p-rși p-r-p- tipuri . Structurile simplificate și UGO ale diferitelor tipuri de tranzistoare sunt prezentate în Figura 1.23, A, b.

Figura 1.23 - Structura și UGO ale tranzistoarelor bipolare

Tranzistorul bipolar este cel mai comun dispozitiv semiconductor activ. Siliciul este utilizat în prezent ca material principal pentru fabricarea tranzistoarelor bipolare. În acest caz, tranzistoarele sunt fabricate în principal p-r-p-tip, în care principalii purtători de sarcină sunt electronii având o mobilitate de două până la trei ori mai mare decât mobilitatea găurilor.

Controlul valorii curentului care curge în circuitul de ieșire (în circuitul colector sau emițător) al tranzistorului bipolar se realizează folosind curent în circuitul electrodului de comandă - bază. baza numit in medie stratul din structura tranzistorului. Straturile exterioare sunt numite emițător (a emite, a scoate) și colector (aduna). Concentrația impurităților (și, în consecință, a purtătorilor principali de sarcină) în emițător este mult mai mare decât în ​​bază și mai mare decât în ​​colector. Prin urmare, regiunea emițătoare este cea mai mare cu rezistență scăzută.

Pentru a ilustra procesele fizice din tranzistor, folosim structura simplificată a tranzistorului p-r-p- tipul prezentat în Figura 1.24. Pentru a înțelege principiul de funcționare a unui tranzistor, este extrem de important să luați în considerare acest lucru r-p Joncțiunile tranzistoarelor interacționează puternic între ele. Aceasta înseamnă că curentul unei joncțiuni afectează puternic curentul celeilalte și invers.

În modul activ (când tranzistorul funcționează ca element de amplificare), două surse de alimentare sunt conectate la tranzistor astfel încât emițător tranziția a fost mutată redirecţiona, A colector - în sens invers(Figura 1.24). Sub acţiunea câmpului electric al sursei E BE prin joncțiunea emițătorului curge un curent direct suficient de mare eu E, care este furnizat în principal de injecţie electroni de la emițător la bază Injectarea găurilor de la bază în emițător va fi nesemnificativă datorită diferenței de mai sus în concentrațiile atomilor de impurități.

Figura 1.24 - Procese fizice într-un tranzistor bipolar

Fluxul de electroni care furnizează curent eu E prin emițătorul de tranziție - bază este prezentat în Figura 1.24 cu o săgeată largă. O parte din electroni injectați în regiunea de bază (1 ... 5%) recombina cu principalii purtători de sarcină pentru această regiune - găuri, formând un curent în circuitul extern al bazei eu B. Datorită diferenței mari în concentrațiile purtătorilor de sarcină principali în emițător și bază, electronii necompensați injectați în bază se deplasează adânc în ea spre colector.

Aproape de colector r-p- electroni de tranziție sunt supuse unui câmp electric accelerat această tranziție părtinitoare inversă. Și din moment ce sunt transportatori minori în baza de date, se întâmplă retragere (extracţie ) electroni în regiunea colectorului. În colector, electronii devin principalii purtători de sarcină și ajung cu ușurință la terminalul colectorului, creând un curent în circuitul extern al tranzistorului.

În acest fel, curentul prin borna de bază a tranzistorului este determinat de două componente de curent direcționate opus. Dacă nu ar exista procese de recombinare în bază, atunci acești curenți ar fi egali între ei, iar curentul de bază rezultat ar fi egal cu zero. Dar, deoarece procesele de recombinare sunt prezente în orice tranzistor real, curentul emițătorului pn-tranzitie putin mai mare decat curentul colectorului pn-tranziție.

Pentru curentul colectorului, putem scrie următoarea ecuație

, (1.9)

unde un Sf- coeficientul de transfer al curentului emițătorului static;

Eu KBO- curent invers al joncțiunii colectorului (curent termic) (pentru tranzistoarele de putere mică la temperatură normală este de 0,015 ... 1 μA).

În practică, coeficientul de transfer de curent al emițătorului static a Sf, în funcție de tipul de tranzistor, poate lua valori în intervalul 0,95 ... 0,998.

Curentul emițătorului din tranzistor este numeric cel mai mare și este egal cu

, (1.11)

unde este coeficientul de transfer de curent static al bazei într-un circuit cu un emițător comun (în literatura de referință, denumirea este utilizată h 21E, de obicei ia valoarea b Sf= 20 ... 1000 în funcție de tipul și puterea tranzistorului).

Din cele de mai sus rezultă că tranzistorul este un element controlat, deoarece valoarea curentului său de colector (ieșire) depinde de valorile curenților emițătorului și de bază.

Terminând luarea în considerare a principiului de funcționare a unui tranzistor bipolar, trebuie remarcat faptul că rezistența unei joncțiuni colectoare polarizate inversă (atunci când i se aplică o tensiune inversă) este foarte mare (sute de kilo-ohmi). Asa de În circuitul colector pot fi incluse rezistențe de sarcină cu rezistențe foarte mari, astfel practic neschimbând valoarea curentului de colector. În consecință, în circuitul de sarcină va fi alocată o putere semnificativă.

Rezistența unei joncțiuni de emițător polarizat înainte, dimpotrivă, este foarte mică (de la zeci până la sute de ohmi). Prin urmare, la valori aproape identice ale curenților emițătorului și colectorului, puterea consumată în circuitul emițătorului se dovedește a fi semnificativ mai mică decât puterea eliberată în circuitul de sarcină. Aceasta indică faptul că Un tranzistor este un dispozitiv semiconductor care amplifică puterea..

Tehnologia de fabricație a tranzistoarelor bipolare poate fi diferită: fuziune, difuziune , epitaxie. Acest lucru determină în mare măsură caracteristicile dispozitivului. Structurile tipice ale tranzistoarelor bipolare fabricate prin diferite metode sunt prezentate în Figura 1.25. În special, în figura 1.25, A structura prezentată plutitoare, în figura 1.25, b - epitaxial-difuziune, în figura 1.25, v - plană, în figura 1.25, G - mesaplanar tranzistoare.

Figura 1.25 - Metode de fabricare a tranzistoarelor bipolare

Moduri de funcționare și circuite de comutare a tranzistorilor

Pentru fiecare r-p- joncțiunea tranzistorului poate fi alimentată atât cu tensiune directă, cât și inversă. În conformitate cu aceasta, se disting patru moduri de funcționare a unui tranzistor bipolar: modul a tăia calea, mod saturare, activ modul și invers modul.

Activ modul este furnizat prin furnizarea unei tensiuni continue la joncțiunea emițătorului și a unei tensiuni inverse la joncțiunea colectorului (modul principal de funcționare al tranzistorului). Acest mod corespunde valorii maxime a coeficientului de transfer al curentului emițătorului și asigură o distorsiune minimă a semnalului amplificat.

V invers modul, o tensiune directă este aplicată joncțiunii colectorului și o tensiune inversă este aplicată joncțiunii emițătorului (a Sf®min; foarte rar folosit).

În modul saturare ambele joncțiuni sunt sub polarizare directă. În acest caz, curentul de ieșire nu depinde de curentul de intrare și este determinat doar de parametrii de sarcină.

În modul a tăia calea ambele joncțiuni sunt polarizate invers. Curentul de ieșire este aproape de zero.

Modurile de saturație și de tăiere sunt utilizate simultan în scheme cheie(când tranzistorul funcționează în modul cheie).

Când utilizați un tranzistor în dispozitive electronice, sunt necesari doi pini pentru a furniza semnalul de intrare și doi pini pentru a conecta sarcina (înlăturați semnalul de ieșire). Deoarece tranzistorul are doar trei pini, unul dintre ei trebuie să fie comun pentru semnalele de intrare și de ieșire.

În funcție de ce ieșire a tranzistorului este comună la conectarea sursei de semnal și a sarcinii, există trei scheme de comutare a tranzistorului: cu bază comună(OB) (Figura 1.26, A); Cu emițător comun(OE) (Figura 1.26, b); Cu colector comun(OK) (Figura 1.26, v).

În aceste circuite, sursele și rezistențele de tensiune constantă asigură modurile de funcționare ale tranzistoarelor pentru curent continuu, adică tensiunile și curenții inițiali necesari. Semnalele de intrare AC sunt generate de surse si in. Ele modifică curentul emițătorului (bază) al tranzistorului și, în consecință, curentul colectorului. Creșterea curentului de colector (Figura 1.26, A, b) și curentul emițătorului (Figura 1.26, v) vor crea, respectiv, pe rezistențe R Kși R E incremente de tensiune, care sunt semnalele de ieșire si afara.

a B C

Figura 1.26 - Circuite de comutare a tranzistorului

La determinarea circuitului de comutare a tranzistorului, este necesar să se țină seama de faptul că rezistența sursei de tensiune DC pentru AC este aproape de zero.

Caracteristicile curent-tensiune ale tranzistorului

Proprietățile unui tranzistor bipolar sunt descrise cel mai pe deplin folosind caracteristicile statice curent-tensiune. În acest caz, se disting caracteristicile I-V de intrare și de ieșire ale tranzistorului. Deoarece toți cei trei curenți (bază, colector și emițător) dintr-un tranzistor sunt strâns interconectați, atunci când se analizează funcționarea unui tranzistor, este necesar să se utilizeze atât caracteristicile curent-tensiune de intrare, cât și de ieșire.

Fiecare circuit de comutare al tranzistorului are propriile caracteristici curent-tensiune, care sunt dependența funcțională a curenților prin tranzistor de tensiunile aplicate. Datorită naturii neliniare a acestor dependențe, ele sunt de obicei prezentate sub formă grafică.

Tranzistorul, ca un cvadripol, este caracterizat intrareși sfârșit de săptămână caracteristici statice I–V, care arată, respectiv, dependența curentului de intrare de tensiunea de intrare (la o valoare constantă a tensiunii de ieșire a tranzistorului) și a curentului de ieșire de tensiunea de ieșire (la un curent de intrare constant al tranzistorului). ).

Figura 1.27 prezintă caracteristicile statice I–V r-p-r-tranzistor conectat conform schemei cu OE (cel mai des folosit in practica).

a b

Figura 1.27 - Caracteristicile statice IV ale unui tranzistor bipolar conectat conform circuitului cu OE

Intrare CVC (Figura 1.27, A) este similară cu ramura directă a CVC a diodei. Reprezintă dependența curentului eu B de la tensiune TU FI U CE, adică o dependență a formei

. (1.12)

Din figura 1.27, A Se poate observa că cu cât tensiunea este mai mare U CE, cu atât ramura CVC-ului de intrare este deplasată mai spre dreapta. Acest lucru se datorează faptului că, pe măsură ce tensiunea de polarizare inversă crește, U CE are loc o creștere a înălțimii barierei de potențial a colectorului R-P-tranziție. Și din moment ce într-un tranzistor colectorul și emițătorul R-P-joncțiunile interacționează puternic, aceasta, la rândul său, duce la o scădere a curentului de bază la o tensiune constantă TU FI.

Caracteristicile statice IV, prezentate în Figura 1.27, A luate la temperatura normala (20°C). Pe măsură ce temperatura crește, aceste caracteristici se vor deplasa spre stânga și, pe măsură ce scad, se vor deplasa spre dreapta. Acest lucru se datorează faptului că odată cu creșterea temperaturii, conductivitatea electrică intrinsecă a semiconductorilor crește.

Pentru circuitul de ieșire al unui tranzistor conectat conform circuitului OE, este construită o familie de caracteristici I-V de ieșire (Figura 1.27, b). Acest lucru se datorează faptului că curentul de colector al tranzistorului depinde nu numai (și nu atât de mult, așa cum se poate observa din figură) de tensiunea aplicată joncțiunii colectorului, ci și de curentul de bază. Astfel, caracteristica curent-tensiune de ieșire pentru un circuit cu OE este dependența de curent eu K de la tensiune U CE la curent fix eu B, adică o dependență a formei

. (1.13)

Fiecare dintre caracteristicile I-V de ieșire ale unui tranzistor bipolar este caracterizată la început de o creștere bruscă a curentului de ieșire eu K cu creșterea tensiunii de ieșire U CE, iar apoi, pe măsură ce tensiunea crește în continuare, o ușoară modificare a curentului.

Pe caracteristica I-V de ieșire a tranzistorului pot fi distinse trei regiuni, corespunzătoare diferitelor moduri de funcționare ale tranzistorului: saturare, zona a tăia calea si zona munca activă(câştig) , corespunzătoare stării active a tranzistorului, când ½ TU FI½ > 0 și ½ U CE½> 0.

Caracteristicile I-V statice de intrare și ieșire ale tranzistorilor sunt utilizate în calculul analitic grafic al cascadelor care conțin tranzistori.

Caracteristicile statice de intrare și ieșire IV ale unui tranzistor bipolar R-P-R-tip pentru circuitul de comutare cu OB sunt prezentate în Figura 1.28, Ași 1,28, b respectiv.

a b

Figura 1.28 - Caracteristicile statice IV ale unui tranzistor bipolar pentru un circuit de comutare cu DESPRE

Pentru un circuit cu DESPRE caracteristica statică I–V de intrare, se numește dependența de curent eu E de la tensiune U EB la o valoare fixă ​​a tensiunii U KB, adică o dependență a formei

. (1.14)

Caracteristica I–V statică de ieșire pentru un circuit cu OB se numește dependență de curent eu K de la tensiune U KB la curent fix eu E, adică o dependență a formei

. (1.15)

În figura 1.28, b se pot distinge două regiuni, corespunzătoare a două moduri de funcționare a tranzistorului: activ modul ( U KB< 0 и коллекторный переход смещен в обратном направлении); режим saturare(U KB > 0 și joncțiunea colectorului este polarizat înainte).

Modelul matematic al unui tranzistor bipolar

Până în prezent, sunt cunoscute multe modele electrice de tranzistoare bipolare. În sistemele de automatizare de proiectare (CAD) a mijloacelor electronice, cele mai frecvent utilizate sunt: ​​modelele Ebers-Moll, modelul generalizat de control al sarcinii Hummel-Poon, modelul Linville, precum și modelele locale în formă de P și T ale lui Giacolleto ale incrementelor liniare. .

Luați în considerare, ca exemplu, una dintre variantele modelului Ebers-Moll (Figura 1.29), care reflectă proprietățile structurii tranzistorului în modul liniar de funcționare și în modul cutoff.

Figura 1.29 - Circuit echivalent tranzistor bipolar (modelul Ebers-Moll)

Figura 1.29 folosește notația: r e, r b, r la- rezistenta, respectiv, a regiunilor emitator, baza si colector ale tranzistorului si contactele la acestea; eu b , eu să - controlat de tensiune la joncțiunea de intrare, surse de curent care reflectă transferul de curent prin tranzistor; R eb- rezistența la scurgere a joncțiunii bază-emițător; R kb - rezistența la scurgere a joncțiunii bază-colector. Sursa de curent eu b este legată de tensiunea la joncțiune prin relația

, (1.15)

Unde Eu BO- curent de saturație al tranziției bază-emițător (curent invers);

y La\u003d (0,3 ... 1,2) V - diferența de potențial de contact (depinde de tipul de material semiconductor);

T- coeficient empiric.

Paralel cu joncțiunea bază-emițător inclusă barieră capacitate C baeși difuziune capacitate C de tranziție. Valoare C bae determinat tensiune inversă la trecere si nși dependentă legal de el

, (1.16)

unde С 0 b - capacitatea de transfer la și n = 0;

g = 0,3 ... 0,5 - coeficient în funcție de distribuția impurităților în regiunea de bază a tranzistorului.

Capacitate de difuzie este o funcție a curentului eu b, care curge prin tranziție și este determinată de expresie

Unde A - coeficient în funcție de proprietățile tranziției și de temperatura acesteia.

Joncțiunea colector-bază este modelată în mod similar, singura diferență este că se ia în considerare doar capacitatea de barieră a joncțiunii

, (1.18)

deoarece atunci când tranzistorul funcționează într-un mod liniar și în modul de întrerupere a curentului de colector, această tranziție este închisă. Expresie pentru curent sursă de curent controlată a colectorului, modelând proprietățile de amplificare ale tranzistorului, are forma

, (1.19)

unde b Sf- coeficientul de transfer de curent static al bazei tranzistorului într-un circuit cu emițător comun.

Parametrii modelului Ebers-Moll pot fi obținuți fie prin calcul pe baza analizei modelului fizico-topologic al tranzistorului, fie măsurați experimental. Parametrii statici ai modelului se determina cel mai usor la curent continuu.

Global modelul electric al unui tranzistor bipolar discret, luând în considerare inductanța și capacitatea ieșirilor sale, este prezentat în figura 1.30.

Figura 1.30 - Modelul global al unui tranzistor bipolar

Parametrii de bază ai unui tranzistor bipolar

La determinarea componentelor variabile ale curenților și tensiunilor (adică la analizarea circuitelor electrice pe curent alternativ) și cu condiția ca tranzistorul să funcționeze în mod activ, acesta este adesea reprezentat ca un cvadripol liniar (Figura 1.31, A). Numele (esența fizică) ale curenților și tensiunilor de intrare și de ieșire ale unei astfel de rețele cu patru terminale depind de circuitul de comutare a tranzistorului.

a b

Figura 1.31 - Reprezentarea unui tranzistor bipolar printr-un cvadripol liniar

Pentru circuitul de comutare al unui tranzistor cu un emițător comun, curenții și tensiunile cvadripolului (Figura 1.31, b) corespund următoarelor curenți și tensiuni ale tranzistorului:

- i 1 - componenta variabila a curentului de baza;

- u 1 - componenta variabila a tensiunii dintre baza si emitator;

- i 2 - componenta variabila a curentului colectorului;

- u 2 - componenta variabilă a tensiunii dintre colector și emițător.

Tranzistorul este descris convenabil folosind așa-numitul h-parametri. În acest caz, sistemul de ecuații al cvadripolului sub formă de matrice ia forma

. (1.20)

Cote h ij(acesta este h-parametrii) se determină empiric, utilizând alternativ modurile de scurtcircuit şi de mers în gol la intrarea şi ieşirea cvadripolului.

Esență h- parametrii pentru circuitul de comutare al unui tranzistor cu OE este următorul:

- - rezistenta de intrare a tranzistorului pentru un semnal variabil cu scurtcircuit la iesire;

- r b- rezistenta ohmica a corpului de baza. Pentru tranzistoarele reale, atinge valori de 100 ... 200 Ohmi;

- r e- rezistenta R-P-tranziție, a cărei valoare depinde de modul de funcționare al tranzistorului și modificări în modul activ în fracții - zeci de ohmi;

B - coeficientul de transfer de curent diferenţial al bazei, determinat din expresie

; (1.25)

Rezistența regiunii colectoare, determinată din expresie

, (1.26)

Unde r la- rezistența diferențială a joncțiunii colectorului (de obicei în cadrul unei fracțiuni - zeci de MΩ), determinată din expresie

(1.27)

Buna seara prieteni!

Astăzi vom continua să ne familiarizăm cu „cărămizile” electronice ale hardware-ului computerului. Ne-am gândit deja împreună cu dumneavoastră cum sunt aranjați tranzistorii cu efect de câmp, care sunt în mod necesar prezenți pe fiecare placă de bază de computer.

Stați confortabil - acum vom face un efort intelectual și vom încerca să ne dăm seama cum

tranzistor bipolar

Un tranzistor bipolar este un dispozitiv semiconductor care este utilizat pe scară largă în produse electronice, inclusiv surse de alimentare pentru computer.

Cuvântul „tranzistor” (tranzistor) este format din două cuvinte englezești - „traducere” și „rezistor”, care înseamnă „convertor de rezistență”.

Cuvântul „bipolar” indică faptul că curentul din dispozitiv este cauzat de particule încărcate de două polarități - negative (electroni) și pozitive (așa-numitele „găuri”).

„Gaura” nu este un jargon, ci un termen destul de științific. O „găură” este o sarcină pozitivă necompensată sau, cu alte cuvinte, absența unui electron în rețeaua cristalină a unui semiconductor.

Tranzistorul bipolar este o structură cu trei straturi cu tipuri alternative de semiconductori.

Deoarece există două tipuri de semiconductori, pozitive (pozitive, de tip p) și negative (negative, de tip n), pot exista două tipuri de astfel de structuri - p-n-p și n-p-n.

Regiunea de mijloc a unei astfel de structuri se numește bază, iar regiunile extreme sunt numite emițător și colector.

Pe diagrame, tranzistoarele bipolare sunt desemnate într-un anumit fel (vezi figura). Vedem că tranzistorul este în esență o joncțiune p-n conectată în serie.

Întrebare de completare - de ce nu puteți înlocui tranzistorul cu două diode? La urma urmei, fiecare dintre ele are o joncțiune p-n, nu? Am pornit două diode în serie - și e în geantă!

Nu! Faptul este că baza tranzistorului în timpul fabricării este foarte subțire, ceea ce nu poate fi realizat prin conectarea a două diode separate.

Principiul de funcționare al unui tranzistor bipolar

Principiul de bază al tranzistorului este că un curent de bază mic poate conduce un curent de colector mult mai mare - în intervalul de la aproape zero până la o valoare maximă posibilă.

Raportul dintre curentul colectorului și curentul de bază se numește câștig de curent și poate varia de la câteva unități la câteva sute.

Este interesant de observat că pentru tranzistoarele de putere mică este adesea mai mare decât pentru cele puternice (și nu invers, așa cum s-ar putea crede).

Diferența este că, spre deosebire de poarta FET, în timpul controlului, curentul de bază este întotdeauna prezent, adică. o oarecare putere este întotdeauna cheltuită pentru control.

Cu cât tensiunea dintre emițător și bază este mai mare, cu atât este mai mare curentul de bază și, în consecință, cu atât este mai mare curentul colectorului. Cu toate acestea, orice tranzistor are o tensiune maximă admisă între emițător și bază și între emițător și colector. Pentru depășirea acestor parametri, va trebui să plătiți cu un tranzistor nou.

În modul de funcționare, joncțiunea bază-emițător este de obicei deschisă, iar joncțiunea bază-colector este închisă.

Un tranzistor bipolar, ca un releu, poate funcționa și în modul cheie. Dacă aplicați un curent suficient la bază (butonul de închidere S1), tranzistorul va fi bine deschis. Lampa se va aprinde.

În acest caz, rezistența dintre emițător și colector va fi mică.

Căderea de tensiune în secțiunea emițător-colector va fi de câteva zecimi de volt.

Dacă apoi opriți furnizarea de curent la bază (deschis S1), tranzistorul se va închide, adică rezistenţa dintre emiţător şi colector va deveni foarte mare.

Lampa se va stinge.

Cum se testează un tranzistor bipolar?

Deoarece un tranzistor bipolar este format din două joncțiuni p-n, este destul de simplu să îl verificați cu un tester digital.

Este necesar să setați comutatorul de funcționare a testerului în poziție prin conectarea unei sonde la bază, iar a doua la emițător și colector pe rând.

De fapt, pur și simplu verificăm secvențial starea de sănătate a joncțiunilor p-n.

O astfel de tranziție poate fi fie deschisă, fie închisă.

Apoi trebuie să schimbați polaritatea sondelor și să repetați măsurătorile.

Într-un caz, testerul va indica o cădere de tensiune la joncțiunile emițător-bază și colector-bază de 0,6 - 0,7 V (ambele tranziții sunt deschise).

În al doilea caz, ambele tranziții vor fi închise, iar testerul va înregistra acest lucru.

Trebuie remarcat faptul că, în modul de funcționare, cel mai adesea una dintre joncțiunile tranzistorului este deschisă, iar a doua este închisă.

Măsurarea coeficientului de transfer de curent al unui tranzistor bipolar

Dacă testerul are capacitatea de a măsura coeficientul de transfer de curent, atunci puteți verifica funcționarea tranzistorului instalând ieșirile tranzistorului în prizele corespunzătoare.

Raportul de transfer al curentului este raportul dintre curentul colectorului și curentul de bază.

Cu cât coeficientul de transfer este mai mare, cu atât curentul colectorului poate fi controlat de curentul de bază, toate celelalte lucruri fiind egale.

Pinout-ul (numele pinilor) și alte date pot fi preluate din fișele de date (date de referință) pentru tranzistorul corespunzător. Fișele de date pot fi găsite online prin motoarele de căutare.

Testerul va afișa pe afișaj raportul de transfer (amplificare) curent, care trebuie comparat cu datele de referință.

Coeficientul de transfer de curent al tranzistoarelor de putere redusă poate ajunge la câteva sute.

Pentru tranzistoarele puternice, este semnificativ mai puțin - câteva unități sau zeci.

Cu toate acestea, există tranzistori puternici cu un raport de transfer de câteva sute sau mii. Acestea sunt așa-numitele perechi Darlington.

O pereche Darlington este formată din doi tranzistori. Curentul de ieșire al primului tranzistor este curentul de intrare pentru al doilea.

Coeficientul total de transfer de curent este produsul dintre coeficienții primului și celui de-al doilea tranzistor.

O pereche Darlington este realizată într-un pachet comun, dar poate fi făcută și din două tranzistoare separate.

Protecție cu diodă integrată

Unele tranzistoare (putere și înaltă tensiune) pot fi protejate de tensiune inversă printr-o diodă încorporată.

Astfel, dacă conectați sondele testerului la emițător și colector în modul de testare a diodei, atunci va afișa același 0,6 - 0,7 V (dacă dioda este polarizată în direcția înainte) sau "diodă blocată" (dacă dioda este tendențios în sens invers) .

Dacă testerul arată o tensiune ușoară și chiar în ambele direcții, atunci tranzistorul este cu siguranță stricat și trebuie înlocuit. Un scurtcircuit poate fi determinat și în modul de măsurare a rezistenței - testerul va arăta o rezistență scăzută.

Există (din fericire, destul de rar) o defecțiune „medie” a tranzistorilor. Acesta este momentul în care funcționează inițial, iar după ceva timp (sau după încălzire) își schimbă parametrii sau eșuează cu totul.

Dacă dezlipiți un astfel de tranzistor și îl verificați cu un tester, atunci acesta va avea timp să se răcească înainte ca sondele să fie conectate, iar testerul va arăta că este normal. Cel mai bine este să verificați acest lucru prin înlocuirea tranzistorului „suspect” din dispozitiv.

În concluzie, spunem că tranzistorul bipolar este una dintre principalele „piese de fier” din electronică. Ar fi frumos să înveți să afli dacă aceste „bucăți de fier” sunt „vii” sau nu. Desigur, v-am oferit, dragi cititori, o imagine foarte simplificată.

De fapt, funcționarea unui tranzistor bipolar este descrisă de multe formule, există multe varietăți ale acestora, dar aceasta este o știință complexă. Pentru cei care doresc să aprofundeze, le pot recomanda minunata carte a lui Horowitz și Hill, The Art of Circuitry.

Tranzistoarele pentru experimentele dvs. pot fi cumpărate

Ne vedem pe blog!

tranzistor

Un tranzistor este un dispozitiv semiconductor care permite unui semnal mai slab să controleze un semnal mai puternic. Din cauza acestei proprietăți, ei vorbesc adesea despre capacitatea unui tranzistor de a amplifica un semnal. Deși, de fapt, nu amplifică nimic, ci pur și simplu vă permite să porniți și să opriți un curent mare cu curenți mult mai slabi. Tranzistorii sunt foarte des întâlniți în electronică, deoarece ieșirea oricărui controler poate produce rareori un curent mai mare de 40 mA, prin urmare, nici 2-3 LED-uri de putere redusă nu mai pot fi alimentate direct de la microcontroler. Aici tranzistorii vin în ajutor. Articolul discută principalele tipuri de tranzistoare, diferențele dintre tranzistoarele bipolare P-N-P și N-P-N, canalul P de la tranzistoarele cu efect de câmp cu canalul N, discută principalele subtilități ale conectării tranzistorilor și dezvăluie domeniile lor de aplicare.

Nu confundați un tranzistor cu un releu. Un releu este un simplu comutator. Esența muncii sale în închiderea și deschiderea contactelor metalice. Tranzistorul este mai complicat și funcționarea sa se bazează pe o tranziție electron-gaură. Dacă sunteți interesat să aflați mai multe despre acest lucru, puteți viziona un videoclip excelent care vă ghidează prin funcționarea unui tranzistor de la simplu la complex. Nu vă încurcați cu anul de producție a videoclipului - legile fizicii nu s-au schimbat de atunci, iar un videoclip mai nou, în care materialul este prezentat la o calitate atât de înaltă, nu a putut fi găsit:

Tipuri de tranzistoare

tranzistor bipolar

Tranzistorul bipolar este proiectat pentru a conduce sarcini ușoare (cum ar fi motoarele și servomotoarele de putere mică). Are întotdeauna trei ieșiri:

Colector (colector englez) - se aplică o tensiune înaltă, pe care o controlează tranzistorul

• Baza (baza engleza) - curentul este furnizat sau oprit pentru a deschide sau inchide tranzistorul

Emițător (emițător englez) - ieșirea „finală” a tranzistorului. Curentul curge prin el de la colector și bază.

Tranzistorul bipolar este controlat de curent. Cu cât este aplicat mai mult curent pe bază, cu atât mai mult curent va curge de la colector la emițător. Raportul dintre curentul care trece de la emițător la colector și curentul prin baza tranzistorului se numește câștig. Desemnat ca hfe (în literatura engleză se numește câștig).

De exemplu, dacă hfe= 150, iar 0,2 mA trece prin bază, apoi tranzistorul va trece maxim 30 mA prin el însuși. Dacă este conectată o componentă care consumă 25 mA (de exemplu, un LED), aceasta va fi prevăzută cu 25 mA. Dacă este conectată o componentă care consumă 150 mA, îi vor fi furnizate numai maximum 30 mA. Documentația pentru contact indică valorile maxime admise ale curenților și tensiunilor baza-> emițător și colector -> emițător . Depășirea acestor valori duce la supraîncălzirea și defectarea tranzistorului.

Poze amuzante:

Tranzistoare bipolare NPN și PNP

Există 2 tipuri de tranzistoare polare: NPNși PNP. Ele diferă prin alternanța straturilor. N (de la negativ - negativ) este un strat cu un exces de purtători de sarcină negativă (electroni), P (de la pozitiv - pozitiv) este un strat cu un exces de purtători de sarcină pozitivă (găuri). Aflați mai multe despre electroni și găuri în videoclipul de mai sus.

Comportarea tranzistoarelor depinde de alternanța straturilor. Animația de mai sus arată NPN tranzistor. V PNP Controlul tranzistorului este inversat - curentul trece prin tranzistor atunci când baza este împământat și blocat atunci când curentul trece prin bază. În diagramă PNPși NPN diferă în direcția săgeții. Săgeata indică întotdeauna tranziția de la N La P:

Desemnarea tranzistoarelor NPN (stânga) și PNP (dreapta) pe diagramă

Tranzistoarele NPN sunt mai frecvente în electronică deoarece sunt mai eficienți.

FET

Tranzistoarele cu efect de câmp diferă de cele bipolare prin structura lor internă. Tranzistoarele MOS sunt cele mai comune în electronica amatoare. MOS este prescurtare pentru metal-oxid-conductor. Același lucru în engleză: Tranzistorul cu efect de câmp metal-oxid-semiconductor este prescurtat ca MOSFET. Tranzistoarele MOS vă permit să controlați puteri mari cu o dimensiune relativ mică a tranzistorului în sine. Tranzistorul este comandat de tensiune, nu de curent. Deoarece tranzistorul este controlat de un electric camp, tranzistorul și-a primit numele - camp urla.

Tranzistoarele cu efect de câmp au cel puțin 3 ieșiri:

Scurgere - i se aplică o tensiune înaltă, pe care doriți să o controlați

Poarta (poarta engleza) - i se aplica tensiune pentru a controla tranzistorul

Sursă (sursă engleză) - curentul curge prin ea din dren atunci când tranzistorul este „deschis”

Ar trebui să existe o animație cu un tranzistor cu efect de câmp, dar nu va diferi de bipolar în niciun fel, cu excepția afișării schematice a tranzistorilor înșiși, deci nu va exista animație.

FET-uri cu canal N și canal P

Tranzistoarele cu efect de câmp sunt, de asemenea, împărțite în 2 tipuri, în funcție de dispozitiv și de comportament. canal N(Canalul N) se deschide când poarta este alimentată și se închide. când nu există tensiune. Canalul P(canalul P) funcționează invers: atâta timp cât nu există tensiune la poartă, curentul trece prin tranzistor. Când se aplică tensiune pe poartă, curentul se oprește. În diagramă, tranzistorii cu efect de câmp sunt reprezentați puțin diferit:

Prin analogie cu tranzistoarele bipolare, tranzistoarele cu efect de câmp diferă în polaritate. Tranzistorul N-Canal a fost descris mai sus. Sunt cele mai comune.

Canalul P diferă în direcția săgeții atunci când este notat și, din nou, are un comportament „inversat”.

Există o concepție greșită că un tranzistor cu efect de câmp poate controla curentul alternativ. Nu este adevarat. Pentru a controla curentul alternativ, utilizați un releu.

tranzistor Darlington

Tranzistorul Darlington nu este în întregime corect să se refere la un tip separat de tranzistor. Cu toate acestea, este imposibil să nu le menționăm în acest articol. Tranzistorul Darlington se găsește cel mai adesea sub forma unui microcircuit care include mai mulți tranzistori. De exemplu, ULN2003. Tranzistorul Darlington se caracterizează prin capacitatea de a deschide și închide rapid (ceea ce înseamnă că vă permite să lucrați cu) și, în același timp, să reziste la curenți mari. Este un fel de tranzistor compozit și este o conexiune în cascadă a două sau, rar, mai multe tranzistoare, conectate în așa fel încât sarcina din emițătorul etapei precedente să fie joncțiunea bază-emițător a tranzistorului etapei următoare, adică tranzistoarele sunt conectate prin colectoare, iar emițătorul tranzistorului de intrare este conectat la weekendul de bază. În plus, sarcina rezistivă a emițătorului tranzistorului anterior poate fi utilizată ca parte a circuitului pentru a accelera închiderea. O astfel de conexiune în ansamblu este considerată un singur tranzistor, al cărui câștig de curent, atunci când tranzistoarele sunt în modul activ, este aproximativ egal cu produsul câștigurilor tuturor tranzistorilor.

Conexiune tranzistor

Nu este un secret pentru nimeni că placa Arduino este capabilă să furnizeze o tensiune de 5 V la ieșire cu un curent maxim de până la 40 mA. Acest curent nu este suficient pentru a conecta o sarcină puternică. De exemplu, dacă încercați să conectați o bandă LED sau un motor direct la ieșire, aveți garanția că veți deteriora ieșirea Arduino. Este posibil ca toată placa să eșueze. În plus, unele componente conectabile pot necesita mai mult de 5 V pentru a funcționa. Ambele probleme sunt rezolvate de tranzistor. Va ajuta, folosind un curent mic de la ieșirea Arduino, să controlați un curent puternic de la o sursă de alimentare separată sau să utilizați o tensiune de 5 V pentru a controla o tensiune mai mare (chiar și cele mai slabe tranzistoare au rareori o limită de tensiune sub 50 V). De exemplu, luați în considerare conectarea unui motor:

În diagrama de mai sus, motorul este conectat la o sursă de alimentare separată. Între pinul motorului și sursa de alimentare pentru motor, am plasat un tranzistor care va fi controlat folosind orice pin digital Arduino. Când se aplică un semnal HIGH la ieșirea controlerului de la ieșirea controlerului, vom lua un curent foarte mic pentru a deschide tranzistorul și un curent mare va curge prin tranzistor și nu va deteriora controlerul. Acordați atenție rezistenței instalate între ieșirea Arduino și baza tranzistorului. Este necesar să se limiteze curentul care curge de-a lungul traseului microcontroler - tranzistor - masă și a preveni un scurtcircuit. După cum am menționat mai devreme, curentul maxim care poate fi extras de la un pin Arduino este de 40 mA. Prin urmare, avem nevoie de un rezistor de cel puțin 125 ohmi (5V / 0,04A = 125 ohmi). Puteți utiliza în siguranță un rezistor de 220 ohmi. De fapt, rezistorul trebuie selectat ținând cont de curentul care trebuie aplicat bazei pentru a obține curentul necesar prin tranzistor. Pentru selectarea corectă a rezistenței, este necesar să se țină cont de câștigul ( hfe).

IMPORTANT!! Dacă conectați o sarcină puternică de la o sursă de alimentare separată, atunci trebuie să conectați fizic masa („minus”) a sursei de alimentare a sarcinii și masa (pinul „GND”) Arduino. În caz contrar, nu veți putea controla tranzistorul.

Când utilizați un FET, nu este necesar un rezistor de limitare a curentului pe poartă. Tranzistorul este acționat exclusiv de tensiune și nu trece curent prin poartă.