Когда два полупроводника разных типов соединяются вместе, на границе раздела возникает область или то, что принято называть p-n-переходом. Тип проводимости зависит от атомной структуры материала, или от того, насколько сильны связи в материале. Атомы в полупроводниках расположены в решетке, а сам материал не является проводником. Однако если в решетку добавляются атомы другого материала, физические свойства полупроводника меняются. Добавленные атомы образуют свободные электроны или дырки, в зависимости от их природы.
Принцип работы транзистора
В современном понимании транзистор – это полупроводниковый радиоэлемент, предназначенный для изменения и управления электрическим током. Простой полупроводниковый триод имеет три вывода: базу, на которую подаются управляющие сигналы, эмиттер и коллектор. Существуют также мощные составные транзисторы.
Масштабы размеров полупроводниковых устройств поражают воображение – от нескольких нанометров (бескаркасные компоненты, используемые в микропроцессорах) до сантиметров в диаметре для мощных транзисторов для электростанций и промышленного оборудования. Обратное напряжение промышленных триодов может достигать 1000 В.
В этом примере транзистор действует как ключ, открывая и закрывая поток электрического тока.
Биполярный транзистор
Конструкция биполярного транзистора.
Транзистор – это электронное устройство с корпусом из металла или пластика. В корпусе находится кристалл кремния, обработанный специальным образом. Этот кристалл состоит из трех частей – коллектора, эмиттера и базы, к которым подключены электроды, выведенные из корпуса транзистора. Давайте рассмотрим обозначение транзистора, оно очень похоже на диод, (особенно выделенная часть). В принципе, транзистор нельзя назвать диодом, потому что транзистор – это тоже полупроводник, но у транзистора есть дополнительный элемент – “база”.
База расположена между коллектором и эмиттером и действует как барьер для прохождения напряжения. Для того чтобы транзистор выполнял поставленные перед ним задачи, необходимо “активировать” базу, после чего транзистор действует как ключевой элемент, как усилитель тока или напряжения.
Принцип работы транзистора.
Обычно в литературе и на веб-сайтах описание транзисторов сводится к размышлениям о теории электронно-дырочных связей, диффузии и других утомительных теориях. Думаю, если бы мне объяснили, когда я только начинал интересоваться радиоэлектроникой, как работает транзистор, я бы бросил это дело и пошел с мальчишками делать самодельные чучела или, на худой конец, в модельный клуб). Но, к счастью для меня, в радиоклубах того времени были люди, которые могли преподать теорию так, чтобы это было понятно и не напрягало. Я постараюсь объяснить все в простой и доступной форме.
И да, биполярные транзисторы бывают двух типов PNP-транзистор и NPN-транзистор, как их еще называют – “прямой” и “обратный” транзистор. Транзисторы P-N-P являются прямыми транзисторами (легко запомнить, первая буква P означает прямой), транзисторы N-P-N являются обратными транзисторами.
Они отмечены на схеме: 
Рассмотрим схему ключа транзистора.
Транзистор типа N-P-N, на коллектор транзистора подается напряжение (+V) для питания лампочки, лампочка не светится, потому что напряжение не проходит через транзистор, в этом случае говорят, что транзистор “закрыт”. Чтобы транзистор “открылся”, на базу транзистора также должно быть подано напряжение (+Vbase). Напряжение +V на базе (зеленые стрелки), пройдет через переключатель K1, резистор R1, через базу на эмиттер и с эмиттера на минус питания. Транзистор открывается, напряжение +V (красные стрелки) проходит через лампочку, коллектор и базу к эмиттеру транзистора, а от эмиттера к -V питания, схема “закрывается” и лампочка загорается.
В этом примере транзистор действует как ключ, открывая и закрывая поток электрического тока.
Теперь рассмотрим работу ключа на транзисторе типа P-N-P.
В этом случае наша схема будет отличаться тем, что мы подаем отрицательное напряжение питания через лампочку на коллектор, а плюс источника подключен к эмиттеру транзистора, нам нужно подать отрицательное напряжение -Vb на базу. Напряжение смещения (зеленые стрелки) плюсового питания пройдет через эмиттер через базу VT, резистор R1, переключится на минусовое питание и транзистор откроется. Плюс питания (красные стрелки) через эмиттер, базу идет на коллектор и через лампочку на минус питания, лампочка будет светиться.
Запомните простую истину – обратный транзистор открывается при подаче положительного напряжения на базу, а отрицательного – на прямую. Еще проще – обратный транзистор открывается плюсом, прямой транзистор – минусом. Обратный транзистор имеет плюс на коллекторе и минус на эмиттере, а прямой транзистор имеет минус на коллекторе и плюс на эмиттере. Поэтому ток в обратном транзисторе течет от коллектора к эмиттеру, а в прямом транзисторе – от эмиттера к коллектору.
Где можно применить работу транзистора в ключевом режиме?
Главное преимущество транзистора в том, что, подавая на базу очень низкое напряжение, всего несколько десятков вольт, можно включать мощные исполнительные устройства, например, вместо лампочки можно использовать реле, которое своими контактами включит мощный электродвигатель, таким образом, подавая низкое управляющее напряжение, вы обеспечиваете безопасность человека.
Другой пример.
На схеме показан N-P-N транзистор с переменным резистором R1 в базе, этот резистор можно использовать для плавного изменения напряжения, приложенного к базе транзистора. Перемещение движка резистора (ведущая стрелка) ближе к плюсу источника питания (вверх на схеме) увеличит сопротивление резистора R1, соответственно напряжение на базе транзистора уменьшится, транзистор закроется, если переместить движок в обратном направлении, напряжение на базе увеличится. Догадались ли вы, что произойдет с лампочкой? Надеюсь, что да, потому что я уже написал столько писем :). Да, лампочка будет изменять интенсивность света. Чем выше напряжение на базе транзистора, тем ярче светит лампочка. Эта схема может быть успешно использована для регулировки свечения лампочки ручного фонарика).
Давайте теперь разберемся с работой транзистора в режиме усиления.
Транзистор может работать не только как ключевой элемент, но и как усилитель тока, усилитель напряжения или и то, и другое одновременно. Существует несколько способов включения транзистора – есть общий коллектор, общая база и общий эмиттер. Схема с общим эмиттером является наиболее часто используемой, поэтому будет рассмотрена именно она.
Схема усилительного транзистора сложнее, чем схема с ключом, но, тем не менее, понять, как она работает, не слишком сложно.
Транзистор находится либо в режиме отсечки (закрыт), либо в режиме насыщения (открыт), для того чтобы транзистор работал как усилитель, его необходимо заставить работать в режиме “ограничения” между отсечкой и насыщением. Помните, мы регулировали лампочку, изменяя напряжение на базе транзистора с помощью переменного резистора (потенциометра). Когда лампочка горела наполовину, это был “предельный” режим, другими словами, мы устанавливали смещение на базу транзистора. Теперь давайте двигаться дальше. Предположим, вы хотите услышать, что говорят ваши рыбки в аквариуме :), вы нашли подводный микрофон и поместили его рядом с рыбками, но микрофон дает очень слабый сигнал, и если вы подключите наушники, то ничего не услышите. Поэтому мне нужно усилить сигнал, чтобы сделать его достаточно сильным.
Принципиальная схема усилителя. В этой схеме гораздо больше различных электронных компонентов, чем в схеме, где транзистор выполняет роль ключа, но если вы читали мои предыдущие статьи в разделе “Электроника для начинающих”, вы знаете, что такое электролитический конденсатор.
В схеме усилителя наиболее важным резистором является R1, который устанавливает ток смещения на базе T1 для переключения транзистора из режима отсечки в активный режим, другими словами, он устанавливает ток базы. Размер резистора, который мы используем, будет определять количество тока, который будет протекать через цепь +Uпит – R1 – база – эмиттер и в минусовую сторону источника питания. Установив резистором R1 необходимый ток базы, мы выбираем такой режим работы нашего усилителя, при котором сигнал с микрофона не будет выходить за пределы режима насыщения и отсечки, а будет находиться примерно в середине активного режима транзистора. Микрофон излучает сигнал, который представляет собой переменный ток, вы уже знаете, что переменный ток имеет как положительную, так и отрицательную полярность, поэтому база транзистора будет принимать либо (+), либо (-), в зависимости от этого транзистор будет больше открываться или закрываться. Поэтому напряжение на коллекторе в точке подключения конденсатора С2 также изменится, и на входе С2 мы получим копию сигнала с входного микрофона, только многократно усиленную.
Ведь на вход усилителя мы подаем очень маленькое напряжение с микрофона, измеряемое микровольтами, а на коллекторе транзистора пульсации напряжения будут несколько вольт, теперь можно подключить наушники и послушать рыбу :).
Конечно, эту схему усилителя не стоит собирать, так как она имеет некоторые недостатки, но как пример использования транзистора в качестве усилителя она очень подходит. Теперь вы знаете, как работает транзистор – это совсем не сложно!
В биполярных транзисторах носители заряда перемещаются от эмиттера к коллектору. База отделена от коллектора и эмиттера p-n-переходами. Ток протекает через транзистор только тогда, когда носители заряда инжектируются через p-n-переход от эмиттера к базе. Как только они попадают в базу, они начинают становиться небазовыми носителями заряда и достаточно легко проходят через p-n-переход. Ток между коллектором и эмиттером регулируется путем изменения напряжения между базой и эмиттером.
Конструкция транзисторов
Основной принцип работы транзистора заключается в управлении электрическим током с помощью небольшого тока, который действует как тип управляющего тока. В полевых транзисторах носители заряда перемещаются к коллектору от эмиттера через базу. В допированном проводнике в зазоре между недопированной подложкой и затвором имеется канал. В подложке нет заряда, и она не проводит ток. Перед затвором находится обедненная область, в которой отсутствуют носители заряда.
Таким образом, вся ширина канала ограничена пространством между областью обеднения и пространством между подложкой. Напряжение, приложенное к затвору, уменьшает или увеличивает область обеднения и, таким образом, ширину самого канала, контролируя при этом ток.
Многие начинающие радиолюбители имеют неверное представление о том, как работает транзистор. Они думают, что транзистор способен увеличить мощность источника питания, но это далеко от истины. Важно понимать, что транзистор управляет большим током коллектора при малом токе, протекающем через базу. Мы говорим о контроле, а не о выгоде.
Преимущество транзистора в том, что вы можете использовать небольшой ток или напряжение для управления гораздо большим током и напряжением.
MOSFET (полевой транзистор) – еще один очень распространенный тип транзисторов. Он также имеет три штырька:
- Ворота (G – Gate )
- Источник (S – источник )
- D-drain )
N-канальный МОП-транзистор работает так же, как и биполярный NPN-транзистор, но с одним важным отличием:
- В биполярном NPN транзисторе текущийток, протекающий через переход база-эмиттер, определяет ток, протекающий через переход коллектор-эмиттер.
- В МОП-транзисторе напряжение между затвором и истоком определяет, какой ток будет протекать от стока к истоку.
Поэтому вам не нужен резистор последовательно с затвором MOSFET-транзистора, как в случае NPN-транзистора. Вместо этого нужен резистор, подключенный между затвором и минусом питания, чтобы надежно отключить транзистор, когда кнопка не нажата:
Поскольку напряжение на затворе определяет, сколько тока может протекать от стока к истоку, вы можете рассмотреть возможность добавления резистора последовательно с кнопкой. Таким образом, у вас будет делитель напряжения, с помощью которого вы сможете установить точное напряжение на затворе.
Какой размер токоограничивающего резистора нужно поставить, чтобы пропустить через БЭ 2,5 мА?
О “пальчиковых” транзисторах. Часть 1: Биполярные транзисторы
В этой серии статей мы постараемся объяснить сложные элементы, такие как транзисторы, простым и понятным способом.
Сегодня этот полупроводниковый элемент можно найти почти на каждой печатной плате, в каждом электронном устройстве (мобильные телефоны, радиоприемники, компьютеры и другие электронные устройства). Транзисторы – это строительные блоки логических схем, памяти, микропроцессоров… Давайте узнаем, что это за чудо, как оно работает и почему его так широко используют.
Транзистор – это электронный компонент из полупроводникового материала, обычно с тремя контактами, который позволяет входному сигналу управлять током.
Многие люди считают, что транзистор усиливает входной сигнал. Спешу вас разочаровать – сами по себе, без внешнего источника питания, транзисторы ничего не усилят (закон сохранения энергии никто не отменял). Вы можете построить усилитель на транзисторе, но это только одно из его применений, и то, чтобы получить усиленный сигнал, нужна специальная схема, разработанная и рассчитанная для конкретных условий, плюс нужно помнить о блоке питания.
Сам транзистор может управлять только током.
Что самое важное нужно знать? Транзисторы делятся на 2 большие группы: биполярные транзисторы и полевые транзисторы. Эти две группы отличаются по структуре и принципу работы, поэтому мы обсудим каждую группу отдельно.
Первая группа состоит из Биполярные транзисторы.
Эти транзисторы состоят из трех слоев полупроводника и бывают двух типов: pnp и npn. Первый тип (pnp) иногда называют транзистором с прямой проводимостью, а второй тип (npn) – транзистором с обратной проводимостью.
Что означают эти буквы? В чем разница между этими транзисторами? И почему две проводимости? Как обычно – истина где-то рядом. В гениальности все просто. N – отрицательный. П – положительный. Обозначает типы проводимости полупроводниковых слоев, из которых состоит транзистор. “Положительный” означает полупроводниковый слой с “дырочной” проводимостью (в которых основные носители заряда имеют положительный знак), “отрицательный” означает полупроводниковый слой с “электронной” проводимостью (в которых первичные носители заряда имеют отрицательный знак).
отрицательный знак).
Устройство и назначение биполярных транзисторов показаны на схеме справа. Каждый штырек имеет свое имя. E – эмиттер, C – коллектор и B – база. Как распознать базовое соединение на схеме? Все просто. Он обозначается площадкой, на которую опираются коллектор и эмиттер. Откуда вы знаете, что это излучатель? Это тоже легко, это штифт со стрелкой на нем. Оставшийся вывод является коллектором. Стрелка на излучателе всегда указывает направление тока. Соответственно, для npn транзисторов – ток течет через коллектор и базу и выходит из эмиттера, для pnp транзисторов наоборот – ток течет через эмиттер и выходит через коллектор и базу.
Углубляясь в теорию… Три слоя полупроводника образуют два pnp-перехода в транзисторе. Один находится между эмиттером и базой, обычно называемый эмиттерным переходом, а другой – между коллектором и базой, обычно называемый коллекторным переходом.
Каждый из двух pn-переходов может иметь прямое или обратное смещение, поэтому существует четыре основных режима работы транзистора в зависимости от смещения pn-перехода (помните, если на проводящей стороне p-типа напряжение выше, чем на проводящей стороне n-типа, то это pn-переход с прямым смещением, если наоборот, то это pn-переход с обратным смещением). Ниже, на рисунках, иллюстрирующих каждый режим, стрелками показано направление от более высокого напряжения к более низкому (не направление тока!). Это облегчает навигацию: если стрелка указывает от “p” к “n”, то это прямое смещение pn-перехода, если от “n” к “p” – обратное смещение.
Режимы работы биполярных транзисторов:
1) Если эмиттерный переход pn ориентирован вперед, а коллекторный – назад, то транзистор находится в состоянии нормальный активный режим (Иногда достаточно сказать “активный режим”, опустив слово нормальный). В этом режиме ток коллектора зависит от тока базы и связан с ним следующим соотношением: Ic=Ib*β.
Активный режим используется при построении транзисторных усилителей.
2) Если оба транзистора находятся в прямом смещении – транзистор находится в режим насыщения. В этом случае ток коллектора больше не зависит от тока базы в соответствии с формулой выше (в которой был коэффициент β), он больше не увеличивается, даже если ток базы продолжает увеличиваться. В этом случае говорят, что транзистор полностью открыт или только что открыт. Чем глубже мы погружаемся в насыщение, тем больше нарушается зависимость Ik=Ib*β. Внешне это выглядит так, как будто коэффициент β уменьшается. Я также скажу, что существует такая вещь, как фактор насыщения. Он определяется как отношение фактического базового тока (того, который вы имеете в данный момент) к базовому току в предельном состоянии между активным режимом и насыщением.
3) Если у вас обратное смещение на обоих разъемах – транзистор находится в режим отключения. Через него не протекает ток (за исключением очень малых токов утечки – токов обратного смещения через pn-переходы). В этом случае говорят, что транзистор полностью закрыт или просто закорочен.
В конструкции транзисторных переключателей используются режимы насыщения и отсечки.
4) Если эмиттерный переход обратно смещен, а коллекторный – прямо смещен, транзистор входит в состояние реверсивный активный режим. Этот режим является довольно экзотическим и используется редко. Хотя на наших рисунках эмиттер совпадает с коллектором, и в принципе они должны быть эквивалентны (посмотрите еще раз на верхний рисунок – на первый взгляд ничего не изменится, если поменять местами коллектор и эмиттер), в действительности они имеют конструктивные различия (например, в размерах) и не эквивалентны. Именно из-за этого различия существует различие между “нормальным активным режимом” и “обратным активным режимом”.
Иногда выделяют и пятый, так называемый “барьерный режим”. В этом случае база транзистора замыкается на коллектор. На самом деле, правильнее было бы говорить не об особом режиме, а об особом способе переключения. Режим вполне нормальный – близко к пограничному состоянию между активным режимом и насыщением. Этого можно достичь не только путем замыкания базы на коллектор. В данном конкретном случае идея заключается в том, что независимо от того, как вы измените напряжение питания или нагрузку, транзистор все равно будет находиться в этом конкретном предельном режиме. То есть транзистор в данном случае будет эквивалентом диода.
На сегодня достаточно теории. Давайте двигаться дальше.
Биполярный транзистор управляется током. Итак, чтобы ток протекал между коллектором и эмиттером (другими словами, чтобы транзистор открылся), ток должен протекать между эмиттером и базой (или между коллектором и базой в обратном режиме). Кроме того, величина тока базы и максимально возможный ток коллектора (при данном токе базы) связаны постоянным коэффициентом β (коэффициент передачи тока базы): IБ*β=IK.
В дополнение к β используется еще один коэффициент: коэффициент передачи тока эмиттера (α). Он равен отношению тока коллектора к току эмиттера: α=Ik/Ie. Значение этого коэффициента обычно близко к единице (чем ближе к единице, тем лучше). Коэффициенты α и β связаны следующим соотношением: β=α/(1-α).
В отечественных источниках вместо β часто приводится коэффициент h.21Э (коэффициент усиления по току в цепи с общим эмиттером), а в зарубежной литературе иногда можно прочитать hFE .. Все это верно, обычно мы можем предположить, что все эти факторы равны, и часто мы просто называем это “усилением транзистора”.
Что это дает нам и зачем нам это нужно? На рисунке слева показаны простейшие схемы. Они эквивалентны, но состоят из транзисторов с разной проводимостью. Также имеется нагрузка в виде лампочки, переменного резистора и постоянного резистора.
Рассмотрим схему слева. Что там происходит? Представьте, что движок переменного резистора находится в верхнем положении. В этом случае напряжение базы транзистора равно напряжению эмиттера, ток базы равен нулю, следовательно, ток коллектора также равен нулю (IК=β*IБ) – транзистор замкнут накоротко, лампа не горит. Начните тянуть ползунок вниз
– напряжение на нем начинает падать ниже, чем на эмиттере – возникает ток от эмиттера к базе (ток базы) и одновременно ток от эмиттера к коллектору (транзистор начинает открываться). Лампа начинает светиться, но не с полной яркостью. Чем ниже мы передвинем ползунок переменного резистора, тем ярче будет светить лампа.
И затем, будьте осторожны, если вы начнете двигать движок переменного резистора вверх, транзистор начнет замыкаться, и токи от эмиттера к базе и от эмиттера к коллектору начнут уменьшаться. На правой схеме все то же самое, только с транзистором другой проводимости.
Режим работы рассматриваемого транзистора – это просто активный режим. Что это такое? Управляет ли ток током? Именно, но фокус в том, что β-фактор может быть измерен десятками или
даже сотни. Таким образом, чтобы существенно изменить ток, протекающий от эмиттера к коллектору, нам нужно лишь немного изменить ток, протекающий от эмиттера к базе.
В активном режиме транзистор (с соответствующей обвязкой) используется в качестве усилителя.
Мы устали… давайте немного отдохнем…
Давайте теперь разберемся с работой транзистора в качестве ключа. Давайте посмотрим на левую диаграмму. Пусть переключатель S закрыт в положении 1. База транзистора подтянута к плюсу питания через резистор R, поэтому между эмиттером и базой нет тока, и транзистор закрыт. Предположим, мы установим переключатель S в положение 2. Напряжение на базе становится меньше напряжения на эмиттере – между эмиттером и базой течет ток (его величина определяется сопротивлением R). Сразу же появляется ток QE. Транзистор открывается, и лампа загорается. Если вы вернете переключатель S в положение 1 – транзистор закроется, и свет погаснет. (Схема справа такая же, только транзистор имеет другую проводимость)
В этом случае говорят, что транзистор действует как ключ. О чем она? Транзистор переключается между двумя состояниями – открытым и закрытым. Обычно, когда транзистор используется в качестве переключателя – мы стараемся держать транзистор близким к насыщению в открытом состоянии (чтобы падение напряжения между коллектором и эмиттером, а значит и потери на транзисторе были минимальными) – для этого ограничивающий резистор в цепи базы рассчитывается специальным образом. Состояния глубокого насыщения и глубокой отсечки обычно избегают, поскольку в этом случае увеличивается время переключения из одного состояния в другое.
Небольшой пример расчета. Представьте, что вы управляете лампочкой с напряжением 12 В и током 50 мА через транзистор. Транзистор работает как переключатель, поэтому в открытом состоянии он должен быть близок к насыщению. Падение напряжения между коллектором и эмиттером не рассматривается, поскольку для режима насыщения оно на порядок меньше напряжения питания. Поскольку через трубку протекает ток 50 мА, нам нужно выбрать транзистор с максимальным током не менее 62,5 мА (обычно рекомендуется использовать компоненты с 75% от их максимальной производительности, своего рода резерв). Откройте справочник и найдите подходящий p-n-p транзистор. Например, KT361. В нашем случае подходят транзисторы с буквенными индексами “a, b, c, d”, так как их максимальное напряжение составляет 20 В, а наша задача – всего 12 В.
Предположим, что мы используем KT361A с коэффициентом усиления от 20 В до 90 В. Поскольку нам нужна гарантия того, что транзистор полностью открыт, мы будем использовать в наших расчетах минимальное значение Kus=20. Теперь подумайте. Какой минимальный ток должен протекать между эмиттером и базой, чтобы через ЭК протекало 50 мА?
50 мА / 20 раз = 2,5 мА
Какой размер токоограничивающего резистора необходимо установить, чтобы через КТУ протекало 2,5 мА?
Это очень просто. Закон Ома: I=U/R. Следовательно, R=(12 В питания – 0,65 В потери мощности на pn-переходе) / 0,0025 A = 4540 Ом. Поскольку в нашем случае 2,5 мА – это минимальный ток, который должен протекать от эмиттера к базе, из стандартного ряда следует выбрать ближайший резистор с меньшим сопротивлением. Например, при отклонении в 5% это будет резистор 4,3 кОм.
Теперь о токе. Чтобы зажечь лампочку с номинальным током 50 мА, нам нужно коммутировать ток всего 2,5 мА. И это при использовании дешевого транзистора с низким током, разработанного 40 лет назад. Чувствуете ли вы разницу? Насколько можно уменьшить размер переключателей (и, следовательно, их стоимость), используя транзисторы.
И снова мы возвращаемся к теории.
В приведенных выше примерах мы использовали только одну из схем подключения транзисторов. Всего, в зависимости от того, куда мы подаем управляющий сигнал и откуда берем выходной сигнал (в зависимости от того, какой электрод является общим для этих сигналов), существует 3 основные схемы биполярных транзисторов (ну, логично, да? – Транзистор имеет 3 вывода, поэтому если разделить схемы по правилу, что один из выводов является общим, то всего может быть 3 схемы):
1) Схема с общим эмиттером.
Если мы предположим, что входной ток – это ток базы, входное напряжение – это напряжение на переходе BE, выходной ток – это ток коллектора, а выходное напряжение – это напряжение между коллектором и эмиттером, то мы можем написать следующее: Iout/Ivh=Ik/Ib=β , Rvh=Ub/Ib.
Кроме того, поскольку Uout=Epit-Ik*R, видно, что, во-первых, выходное напряжение можно легко сделать намного выше входного, а во-вторых, что выходное напряжение инвертировано по отношению к входному (при увеличении Ube=Uvh и увеличении входного тока – выходной ток также увеличивается, но Uke=Uf при этом уменьшается).
Эта схема подключения (для краткости называемая OE) является наиболее распространенной, поскольку позволяет усиливать как ток, так и напряжение, т.е. обеспечивает максимальный прирост мощности. Обратите внимание, что эта дополнительная мощность в усиленном сигнале берется не из воздуха или самого транзистора, а от источника питания (Epit), без которого транзистор не может ничего усилить и в выходной цепи нет тока. (Думаю – подробнее о том, как именно работают транзисторные усилители и как их рассчитывать, мы напишем позже в отдельной статье).
2) Общая базовая цепь.
Здесь входной ток – это ток эмиттера, входное напряжение – напряжение на переходе BE, выходной ток – ток коллектора, а выходное напряжение – напряжение на коллекторной цепи. Для этой цепи: Iout≈Iinh, так как Ik≈Ie, Rinh=Ube/Ie.
Эта схема (OB) усиливает только напряжение и не усиливает ток. В этом случае сигнал не сдвинут по фазе.
3) Схема общего коллектора (Повторитель излучателя).
Здесь входной ток – это ток базы, а входное напряжение подключено к БЭ-переходу транзистора и нагрузке, выходной ток – это ток эмиттера, а выходное напряжение – это напряжение на нагрузке в цепи эмиттера. Для этой цепи: Iout/Iin=Ie/Ib=(IК+IБ)/IБ=β+1, поскольку коэффициент β обычно довольно велик, иногда I out/Iin≈β. Rvx = Ube/Ib+R. Uvh/Uvh=(Ube+Uvh)/Uvh≈1.
Как мы видим, эта схема (OK) усиливает ток и не усиливает напряжение. Сигнал в этом случае не сдвинут по фазе. Эта схема также имеет самый высокий входной импеданс.
Оранжевые стрелки на приведенных выше схемах показывают цепи токов, генерируемых питанием выходной цепи (Epit) и самим входным сигналом (Uin). Как видно, в схеме OB ток, генерируемый ApiT, протекает не только через транзистор, но и через источник усиленного сигнала, а в схеме OC, наоборот, ток, генерируемый входным сигналом, протекает не только через транзистор, но и через нагрузку (по этим признакам легче отличить одну схему от другой).
Наконец, давайте поговорим о том, как проверить биполярный транзистор на безошибочную работу. В большинстве случаев работу транзистора можно проверить, посмотрев на состояние pn-перехода. Если рассматривать эти pn-переходы независимо друг от друга, то транзистор можно представить как набор из двух диодов (как на рисунке слева). В целом, взаимодействие pn-переходов – это то, что делает транзистор транзистором, но это взаимодействие можно игнорировать во время тестирования, поскольку мы подаем напряжение на выводы транзистора попарно (на два вывода из трех). Поэтому эти pn-переходы можно проверить с помощью обычного мультиметра в режиме проверки диодов. Если подключить красный щуп (+) к катоду диода, а черный – к аноду, pn-переход будет закорочен (мультиметр покажет бесконечное сопротивление), если поменять щупы местами, pn-переход будет открыт (мультиметр покажет падение напряжения на открытом pn-переходе, обычно 0,6-0,8 В). Если щупы подключены между коллектором и эмиттером, мультиметр покажет бесконечное сопротивление, независимо от того, какой щуп подключен к коллектору, а какой к эмиттеру.
Сейчас конструкция большинства плоских элементов, включая эмиттер. Кремниевые полупроводниковые приборы основаны на монокристаллах, легированных в определенных частях. Они запрессованы в пластиковые, металлостеклянные или металлокерамические корпуса. Некоторые из них имеют выступающие металлические пластины для рассеивания тепла, которые крепятся к радиаторам.
Диаграмма (структура)
На приведенной ниже схеме показан пример структуры транзистора полярного типа. Его выводы соединены с металлизированными частями затвора, истока и стока. На схеме показан именно p-канальный прибор, затвор является n-слоем. Она имеет гораздо меньшее удельное сопротивление, чем область канала в p-слое. Напротив, область n-p-перехода находится больше в p-слое.
Схематическая иллюстрация n-канального полевого транзистора