Две схемы работы биполярного транзистора

Содержание

Содержание
  1. Биполярный транзистор: внешний вид, составные элементы, конструкция корпуса — кратко
  2. Принцип действия транзистора
  3. Принципы работы биполярного транзистора — 2 варианта его использования в различных электронных устройствах
  4. Что такое электронный ключ на транзисторе и как он работает: 2 примера
  5. Простейший датчик протечки воды — схема и описание для чайника
  6. Схема управления насосом откачки воды для повторения своими руками
  7. Регулятор тока на биполярном транзисторе: как работает схема управления
  8. Физические процессы
  9. Биполярные транзисторы
  10. 5 технических нюансов работы биполярных транзисторов, которые важно учитывать при проектировании и эксплуатации электронных ключей или регуляторов
  11. Как проверить биполярный транзистор: 2 доступные методики
  12. Как проверить биполярный транзистор мультиметром или тестером: подробная инструкция с фотографиями
  13. Основные характеристики биполярных транзисторов
  14. Какие параметры учитывают при выборе биполярного транзистора?
  15. Схема с общей базой
  16. Схема включения биполярного транзистора с общим коллектором
  17. Устройство биполярного транзистора
  18. Схема включения биполярного транзистора с общим коллектором
  19. Характеристики транзистора, включённого по схеме оэ:
  20. Схемы включения биполярного транзистора

Биполярный транзистор: внешний вид, составные элементы, конструкция корпуса — кратко

Сразу стоит определиться, что биполярный транзистор (bipolar transistor) создан для работы в цепях постоянного тока, где и используется. Сократим его название до БТ.

На фотографии ниже показал насколько разнообразные формы он имеет. А ведь этот небольшой ассортимент мной высыпан из одной маленькой коробочки.

Биполярный транзистор

Транзисторный корпус может быть изготовлен из пластмассы или металла в виде параллелепипеда, цилиндра, таблетки различной величины. Общими элементами являются три контактных штыря, созданные для подключения к электрической схеме.

Эти выводы необходимо различать в технической документации, правильно подключать при монтаже. Поэтому их назвали:

  1. Э (E) — эмиттер;
  2. К (C) — коллектор;
  3. Б (B) — база.

Буквы в скобках используются в международной документации.

Основной метод соединения БТ в электрических схемах — пайка, хотя допускаются и другие.

Габариты корпуса и контактных выводов зависят от мощности, которую способен коммутировать этот модуль. Чем выше проектная нагрузка, тем большие размеры вынуждены создавать производители для обеспечения надежной работы и отвода опасного тепла.

Общеизвестно, что полупроводниковые переходы не способны выдерживать высокий нагрев — они банально перегорают. Поэтому все мощные корпуса выполняются из металла и снабжаются теплоотводящими радиаторами.

В особо ответственных узлах для них дополнительно создается принудительный обдув струями воздуха. Этим приемом значительно повышается надежность работы системных блоков компьютеров, ноутбуков, сложной электронной техники.

Любой БТ состоит из трех полупроводниковых переходов p и n типа, как обычный диод. Только у диода их меньше: всего два. Он способен пропускать ток всего в одну сторону, а в противоположную — блокирует.

Bipolar transistor создается по одной из двух схем соединения полупроводниковых элементов:

  1. p-n-p, называемую прямым включением;
  2. n-p-n — обратным.

Bipolar transistor

При обозначении на схемах их рисуют одинаково, но с небольшими отличиями вывода эмиттера:

  1. прямое направление: стрелка нацелена на базу;
  2. обратное — стрелка показывается выходом из базы наружу элемента.

Указатель стрелки эмиттера показывает положительное направление тока через полупроводниковый переход.

Принцип действия транзистора

В активном режиме работы, транзистор включён так, что его эмиттерный переход смещён в прямом направлении (открыт), а коллекторный переход смещён в обратном направлении. Для определённости рассмотрим npn транзистор, все рассуждения повторяются абсолютно аналогично для случая pnp транзистора, с заменой слова «электроны» на «дырки», и наоборот, а также с заменой всех напряжений на противоположные по знаку.

В npn транзисторе электроны, основные носители тока в эмиттере проходят через открытый переход эмиттер-база в область базы. Часть этих электронов рекомбинирует с основными носителями заряда в базе (дырками), часть диффундирует обратно в эмиттер.

Однако, из-за того что базу делают очень тонкой и очень слабо легированной, большая часть электронов, инжектированная из эмиттера диффундирует в область коллектора. Сильное электрическое поле обратно смещённого коллекторного перехода захватывает электроны (напомним, что они неосновные носители в базе, поэтому для них переход открыт), и проносит их в коллектор. Ток коллектора, таким образом, практически равен току эмиттера, за исключением небольшой потери на рекомбинацию в базе, которая и образует ток базы (Iэ=Iб+Iк).

Коэффициент α, связывающий ток эмиттера и ток коллектора (Iк=α Iэ) называется коэффициентом передачи тока эмиттера. Численное значение коэффициента α 0.9 — 0.999, чем больше коэффициент, тем лучше транзистор. Этот коэффициент мало зависит от напряжения коллектор-база и база-эмиттер.

Что такое биполярный транзистор
В широком диапазоне рабочих напряжений ток коллектора пропорционален току базы, коэффициент пропорциональности равен β=α/(1-α)=(10-1000). Т.о. изменяя малый ток базы можно управлять значительно большим током коллектора.

Биполярный транзистор – электропреобразовательный полупроводниковый прибор с одним или несколькими электрическими переходами, предназначенный для усиления, преобразования и генерации электрических сигналов. Вся конструкция выполняется на пластине кремния, либо германия, либо другого полупроводника, в которой созданы три области с различными типами электропроводности.

Будет интересно➡  Что такое динистор?

Средняя область называется базой, одна из крайних областей – эмиттером, другая – коллектором. Соответственно в транзисторе два p-n-перехода: эмиттерный – между базой и эмиттером и коллекторный – между базой и коллектором.

Область базы должна быть очень тонкой, гораздо тоньше эмиттерной и коллекторной областей (на рисунке это показано непропорционально). От этого зависит условие хорошей работы транзистора. Транзистор работает в трех режимах в зависимости от напряжения на его переходах.

При работе в активном режиме на эмиттерном переходе напряжение прямое, на коллекторном – обратное. В режиме отсечки на оба перехода подано обратное напряжение. Если на эти переходы подать прямое напряжение, то транзистор будет работать в режиме насыщения.

Типы биполярных транзисторов.
Типы биполярных транзисторов.

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

Обычно такие процессы принято объяснять движением носителей зарядов внутри полупроводников: дырок и электронов. При этом от приложенных источников ЭДС создаются токи, циркулирующие через выводы коллектора и эмиттера.

Как работает биполярный транзистор

Они зависят от приложенных напряжений Uэб и Uкб, что показывают вольт-амперной характеристикой.

При низких значениях ЭДС переходы не могут пропустить через себя электрический ток. В таком случае говорят, что электронный ключ закрыт. Для его открытия необходимо подать управляющий сигнал. Им служит определенная величина напряжения, приложенная между базой и эмиттером.

Первое назначение биполярного транзистора: это работа в качестве электронного ключа, когда он без команды блокирует протекание через себя электрического тока, а при ее поступлении — пропускает нагрузку.

Поясню практическое применение этой функции чуть подробнее.

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

На практике создано множество устройств, функционирующих на базе транзисторного ключа. Покажу две, которые легко повторить своими руками даже начинающему мастеру, осваивающему навыки владения паяльником.

Простейший датчик протечки воды — схема и описание для чайника

Устройство, помещающееся в спичечный коробок и автоматически оповещающее хозяина о появлении влаги на полу под раковинной или ванной, собирается из следующих пяти деталей:

  1. датчик влажности — изолированная пластина из пластика с двумя токопроводящими контактными площадками (наклеенная металлическая фольга). Они отделены друг от друга воздушным пространством. Желательно положить на кусочек марли или ватку, хорошо впитывающую пролитую воду;
  2. транзистор марки 2N5551 или его аналог;
  3. светодиод VD1;
  4. любой пьезоэлемент SP1 — звуковой преобразователь электрического сигнала, который можно взять из отслуживших свой срок электронных часов;
  5. элемент питания на 3 вольта — подойдет литиевая батарейка типа «таблетка» для часов, калькуляторов и подобных гаджетов.

Электронный ключ

Этот электронный ключ в сухом состоянии закрыт, ибо выводы его транзисторного перехода база-коллектор разомкнуты. При протечке воды создается электрический контакт между площадками датчика влажности.

Поданного напряжения от источника питания на выводы «Б» и «К» VT вполне достаточно для изменения состояния закрытого перехода. Ключ открывается, а ток в эмиттерной цепи зажигает светодиод и включает звуковое оповещение.

Более детально работа этой схемы описана в отдельной статье. Аналогичным образом работает ключ в следующей разработке.

Схема управления насосом откачки воды для повторения своими руками

Считаем, что перед нами стоит задача поддерживать объем воды в баке между нижним допустимым горизонтом (L) и верхней меткой (H) за счет включения и отключения насоса. С этой целью помещаем в бак три электрода на указанной высоте.

Поясняющая схема управления насосом

Провода от них подводим к соответствующим входам электрической схемы управления. Она запитывается постоянным напряжением 12 вольт (блок питания или аккумулятор).

Схема управления насосом

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

Последний подает напряжение на исполнительное реле KL1, которое своими контактами включает насос. Он начинает заполнять бак водой. Светодиод HL1 своими свечением сообщает о работе насоса.

В момент достижения водой уровня L происходит открытие VT1, но оно не влияет на состояние VT3. Напряжение на его базе поддерживается резистором R8.

Когда вода достигает верхнего уровня H, то срабатывает ключ VT2, чем дополнительно снижает напряжение на базе VT3 и, соответственно, VT4. Это приводит к отключению реле и насоса. Светодиод гаснет.

Насос будет обесточен до достижения нижнего уровня воды в баке. Дальше описанный алгоритм работы повторяется по циклу.

Обе схемы демонстрируют работу транзисторного ключа. Он управляется по команде, поступающей от контактных датчиков. В итоге происходит включение или отключение исполнительного органа. Выполнение других функций здесь не предусмотрено.

Регулятор тока на биполярном транзисторе: как работает схема управления

Принцип действия регулятора мне удобнее объяснять следующей картинкой его открытого состояния.

Принцип работы биполярного транзистора

Принципиально она ничем не отличается от той, которая расположена выше и демонстрирует работу биполярного транзистора. Но здесь нагляднее и понятнее показаны процессы, протекающие по закону Ома.

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

  1. эмиттер-база, где циркулирует ток управления I1;
  2. эмиттер-коллектор с подключенной силовой схемой и током в ней I2.

Здесь действует важная закономерность: маленький ток, протекающий через базу, управляет большой нагрузкой, подключенной к цепи эмиттер-коллектор.

А делается это все за счет изменения величины напряжения между базой и змиттером при одной и той же разности потенциалов, приложенной к внешней схеме выводов коллектора и эмиттера.

Попробовал изобразить следующей картинкой принцип регулирования коллекторного тока в БТ.

Коллекторный ток

Надеюсь понятно, что при низком напряжении U1 он маленький, при среднем — средний, а при повышенном — увеличенный.

Таким образом: коллекторный ток регулируется приложенным напряжением к базе при одном и том же напряжении между эмиттером и коллектором.

По этому принципу работают многочисленные блоки питания. Приведу пример одного из простых, конструкцию которого можно легко собрать своими руками.

Самодельный блок питания

Детали обозначены сразу на схеме. Трансформатор можно взять из старого лампового телевизора или другой техники. Не сложно его рассчитать и намотать самостоятельно. В любом случае он должен отвечать нагрузке, которая будет через него проходить.

Защиту от коротких замыканий и перегрузов выполняем простыми плавкими вставками. Диодный мостик подбираем по нагрузке. В большинстве случаев можно обойтись старыми диодами Д226.

Нас в этой конструкции интересует прежде всего принцип регулирования, осуществляемый выходным БТ КТ815. Он происходит за счет изменения положения движка потенциометра R6, который управляет потенциалом на базе транзистора КТ315 (VT1).

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

Физические процессы

Возьмем транзистор типа n-p-n в режиме без нагрузки, когда подключены только два источника постоянных питающих напряжений E1 и E2. На эмиттерном переходе напряжение прямое, на коллекторном – обратное. Соответственно, сопротивление эмиттерного перехода мало и для получения нормального тока достаточно напряжения E1 в десятые доли вольта. Сопротивление коллекторного перехода велико и напряжение E2 составляет обычно десятки вольт.

Соответственно, как и раньше, темные маленькие кружки со стрелками – электроны, красные – дырки, большие кружки – положительно и отрицательно заряженные атомы доноров и акцепторов. Вольт-амперная характеристика эмиттерного перехода представляет собой характеристику полупроводникового диода при прямом токе, а вольт-амперная характеристика коллекторного перехода подобна ВАХ диода при обратном токе.

Принцип работы транзистора заключается в следующем. Прямое напряжение эмиттерного перехода uб-э влияет на токи эмиттера и коллектора и чем оно выше, тем эти токи больше. Изменения тока коллектора при этом лишь незначительно меньше изменений тока эмиттера. Получается, что напряжение на переходе база-эмиттер, т. е. входное напряжение, управляет током коллектора. На этом явлении основано усиление электрических колебаний с помощью транзистора. Основные биполярные транзисторы приведены в таблице ниже.

таблица основных биполярных транзисторов
Таблица характеристик биполярных транзисторов.

При увеличении прямого входного напряжения uб-э понижается потенциальный барьер в эмиттерном переходе и, соответственно, возрастает ток через этот переход iэ. Электроны этого тока инжектируются из эмиттера в базу и благодаря диффузии проникают сквозь базу в коллекторный переход, увеличивая ток коллектора.Поскольку коллекторный переход работает при обратном напряжении, то в этом переходе возникают объемные заряды (на рисунке большие кружки). Между ними возникает электрическое поле, которое способствует продвижению (экстракции) через коллекторный переход электронов, пришедших сюда из эмиттера, т. е. втягивают электроны в область коллекторного перехода.

Схема работы и устройства биполярного транзистора.

Если толщина базы достаточно мала и концентрация дырок в ней невелика, то большинство электронов, пройдя через базу, не успевает рекомбинировать с дырками базы и достигает коллекторного перехода. Лишь небольшая часть электронов рекомбинирует в базе с дырками. В результате этого возникает ток базы.

Ток база является бесполезным и даже вредным. Желательно, чтобы он был как можно меньше. Именно поэтому базовую область делают очень тонкой и уменьшают в ней концентрацию дырок. Тогда меньшее число электронов будет рекомбинировать с дырками и, повторюсь, ток базы будет незначительным.

Когда к эмиттерному переходу не приложено напряжение, можно считать, что в этом переходе тока нет. Тогда область коллекторного перехода имеет значительное сопротивление постоянному току, поскольку основные носители зарядов удаляются от этого перехода и по обе границы создаются области, обедненные этими носителями. Через коллекторный переход протекает очень небольшой обратный ток, вызванный перемещением навстречу друг другу неосновных носителей.

Будет интересно➡  Что такое полевые транзисторы?

Если же под действием входного напряжения возникает значительный ток эмиттера, то в базу со стороны эмиттера инжектируются электроны, для данной области являющиеся неосновными носителями. Они доходят до коллекторного перехода не успевая рекомбинировать с дырками при прохождении через базу.

Чем больше ток эмиттера, тем больше электронов приходит к коллектору, тем меньше становится его сопротивление, следовательно, ток коллектора увеличивается. Аналогичные явления происходят в транзисторе типа p-n-p, надо только местами поменять электроны и дырки, а также полярность источников E1 и E2.

Как устроен транзистор.
Как устроен транзистор.

Помимо рассмотренных процессов существует еще ряд явлений. Рассмотрим модуляцию толщины базы.При повышении напряжения на коллекторном переходе в нем происходит лавинное размножение заряда, обусловленное в основном ударной ионизацией.

Это явление и туннельный эффект могут вызвать электрический пробой, который при возрастании тока может перейти в тепловой пробой. Все происходит также, как у диодов, но в транзисторе при чрезмерном коллекторном токе тепловой пробой может наступить без предварительного электрического пробоя.

Тепловой пробой может наступить без повышения коллекторного напряжения до пробивного. При изменении напряжений на коллекторном и эмиттерном переходах изменяется их толщина, в результате чего изменяется толщина базы.

Что такое биполярный транзистор
Особенно важно учитывать напряжение коллектор-база, поскольку при этом толщина коллектора возрастает, толщина базы уменьшается. При очень тонкой базе может возникнуть эффект смыкания (так называемый “прокол” базы) – соединение коллекторного перехода с эмиттерным. При этом область базы исчезает и транзистор перестает нормально работать.

При увеличении инжекции носителей из эмиттера в базу происходит накопление неосновных носителей заряда в базе, т. е. увеличение концентрации и суммарного заряда этих носителей. А вот при уменьшении инжекции происходит уменьшение концентрации и суммарного заряда этих самых носителей в базе и сей процесс обозвали рассасыванием неосновных носителей зарядов в базе.

И напоследок одно правило: при эксплуатации транзисторов запрещается разрывать цепь базы, если не включено питание цепи коллектора. Надо также включать питание цепи базы, а потом цепи коллектора, но не наоборот.

Схема устройства транзистора.
Схема устройства транзистора.

Биполярные транзисторы

Биполярный транзистор – это полупроводниковый прибор, состоящий из трех чередующихся областей полупроводника с различным типом проводимости (р-п-р или п-р-п) с выводом от каждой области. Рассмотрим работу транзистора n-р-n-типа. Чередующиеся области образуют два р-п-перехода база–эмиттер (БЭ) и база–коллектор (БК).

К переходу БЭ прикладывают прямое напряжение EБЭ, под действием которого электроны n-области эмиттера устремляются в базу, создавая ток эмиттера. Концентрацию примесей в эмиттере делают во много раз больше, чем в базе, а саму базу по возможности тоньше. Поэтому лишь незначительная часть (1–5%) испущенных эмиттером электронов рекомбинирует с дырками базы.

Большая же часть электронов, миновав узкую (доли микрона) область базы, “собирается” коллекторным напряжением Ек, представляющим обратное напряжение для перехода БК, и, устремляясь к плюсу внешнего источника Eк, создает коллекторный ток, протекающий по нагрузке Rн. Электроны, рекомбинировавшие с дырками базы, составляют ток базы IБ.

Ток коллектора, таким образом, определяется током эмиттера за вычетом тока базы. Аналогично работает транзистор р-n-р-типа, отличаясь лишь тем, что его эмиттер испускает в базу не электроны, а дырки, поэтому полярности прикладываемых к нему прямого UЭБ и обратного Ек напряжений должны быть противоположны транзистору п-р-п-типа.

Важное по теме. Как прозвонить транзистор.

На условном обозначении транзисторов стрелка ставится на эмиттере и направлена всегда от р-области к n-области. На рис. 1.8, б приведено условное обозначение транзистора п-р-п, а на рис. 1.9, б – р-п-р. Кружок вокруг транзистора означает, что транзистор изготовлен в самостоятельном корпусе, а отсутствие кружка – что транзистор выполнен заодно с другими элементами на пластинке полупроводника интегральной микросхемы.

Будет интересно➡  Что такое симистор (триак)

Стрелку эмиттера удобно рассматривать как указатель полярности прямого напряжения, приложенного между базой и эмиттером, которое “открывает” (подобно выпрямительному диоду) транзистор. При использовании транзистора в электронных устройствах нужны два вывода для входного сигнала и два – для выходного.

Так как у транзистора всего лишь три вывода, один из них должен быть общим, принадлежащим одновременно и к входной, и к выходной цепи. Возможны три варианта схем включения транзисторов – с общей базой, общим эмиттером и с общим коллектором.

Переход в биполярном транзисторе.
Переход в биполярном транзисторе.

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

Особенность №1

Электрические характеристики БТ описываются сложными формулами. Ими очень неудобно пользоваться на практике. Поэтому электронщики работают с графиками, выражающими связи между входными и выходными параметрами.

Их разделяют на два вида:

  1. статические, определяющие возможности полупроводниковых переходов по токам и напряжениям на входе и выходе при отсутствии нагрузки (режим холостого хода);
  2. выходные — зависимость тока через коллектор от приложенного выходного напряжения при конкретном токе через базу.

Статические характеристики транзистора
Выходные характеристики транзистора

Каждому БТ присущи свои индивидуальные характеристики. Однако сейчас подобных полупроводников выпущено так много, что практически любому из них не сложно подобрать аналогичную замену даже от другого производителя.

Для работы транзисторов может быть использован один из следующих режимов:

  • активный (нормальный или инверсный);
  • насыщения;
  • отсечки;
  • барьерный.

Особенность №2

Любой БТ, созданный с корпусом p-n-p или n-p-n работает практически по одним и тем же алгоритмам, которые отличаются только направлением протекания положительного тока через полупроводниковые переходы.

Поэтому для прямых и обратных транзисторов создаются индивидуальные схемы управления и подключения нагрузки к выходным цепям.

В качестве примера приведу еще одну схему простого зарядного устройства, собранную на транзисторном модуле с p-n-p переходами. Можете ее сравнить с предыдущим вариантом. Увидите практически одинаковую конструкцию, но с обратным направлением тока.

Простое зарядное устройство

Здесь деталей еще меньше, а регулирование выходных величин осуществляется за счет изменения значения напряжения, подаваемого на вход электронного модуля. Используется обыкновенный потенциометр.

Особенность №3

При открытом состоянии входной полупроводниковый переход в режим отсечки БТ имеет небольшое падение напряжения. В частном случае он составляет порядка 0,7 вольта. Чтобы зафиксировать ваше внимание на этом вопросе специально нарисовал картинку — считается, что так лучше работает человеческая память.

Напряжение открытого транзистора

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

Особенность №4

Ток коллектора БТ определяется как ток базы, умноженный на определенно большое число постоянной величины.

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

С этой целью введен коэффициент h21. Его суть демонстрирует следующая картинка.

Коэффициент передачи тока

Если выдержать показанные номиналы у приведенной схемы проверки (10 вольт у источника ЭДС и 100 килоом у сопротивления), то показания амперметра в миллиамперах просто умножаем на число 10. Получим значение коэффициента h21.

Подобные алгоритмы заложены в цифровые мультиметры и аналоговые тестеры, которые позволяют измерять коэффициент h21 при проверках БТ.

Особенность №5

При открытом состоянии потенциал внутреннего полупроводникового перехода БТ коллектора выше, чем у эмиттера. В моем частном случае он составляет 0,3 вольта.

Напряжение эмиттер коллектор

Здесь открытый транзистор работает как обычный ключ, но он не идеален. На его внутренней схеме присутствует падение напряжения в 0,3 вольта. Однако в большинстве случаев это не критично.

Допустим, что в коллекторной цепи появилось дополнительное сопротивление. Изменение тока через этот резистор повлечет падение напряжения на нем.

Однако более высокий потенциал коллектора совместно с увеличенным током через базу могут стабилизировать выходные характеристики. В этом случае силовые токи сохраняют свое значение.

Как проверить биполярный транзистор: 2 доступные методики

Для подборки транзисторов с одинаковыми коэффициентами h21 существуют специальные пробники. Сейчас ими снабжаются обычные цифровые мультиметры. Во времена моей молодости они монтировались только на дорогих аналоговых тестерах.

Существует две методики оценки исправности транзисторов:

  1. с помощью мультиметра или тестера по замеру сопротивлений между всеми выводами (самый распространенный и доступный способ);
  2. посредством вычисления коэффициента h21 встроенным пробником.

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

Если вернуться к конструкции полупроводниковых переходов, то можно сразу заметить, что наш транзистор вполне допустимо представить двумя диодами, подключенными одноименными полюсами (p или n) со своими выводами. Общая точка у них будет работать базой.

p-n-p и n-p-n транзистор

Теперь вспомним как проверяется диод: через него пропускают электрический ток в оба направления, а по его прохождению оценивают внутреннее сопротивление перехода. Если оно укладывается в норматив, то полупроводник исправен. Иная картина — брак.

Этот же принцип заложен в проверку БТ. Просто через каждую пару контактов надо пропустить ток в обе стороны, а по его изменению судить об исправности проверяемого элемента.

Для проверки нам потребуется:

  1. уточнить возможности своего мультиметра или тестера;
  2. воспользоваться справочными данными, приведенной чуть ниже;
  3. выполнить измерения.

Что надо учитывать в своем измерительном приборе

Мой старенький тестер Ц4324 имеет обозначения на своей шкале, на которые необходимо обратить внимание.

Обозначения на шкале

Мы будем работать на шкале kΩ. Рядом с гнездом для подключения измерительного провода стоит значок —kΩ., указывающий на потенциал минуса этого контактного гнезда. Плюс находится на противоположной левой стороне.

Эти сведения помогут нам определиться с направлением тока, который будет протекать через полупроводниковые переходы.

В роли вольтметра постоянного тока у него «плюс» находится на этой же правой клемме. Зная это, проверяю полярность мультиметра, переключив его в режим измерения Ω или прозвонки, а тестер — вольт.

Проверка полярности мультиметра

На показанном фото тестер замерил напряжение мультиметра, а последний — сопротивление вольтметра. Но нас сейчас интересует другая информация:

  1. плюсовой вывод мультиметра находится на его красном щупе;
  2. минусовой — черный.

Справочные данные — кратко

Сразу замечу, что приведенные здесь параметры ориентировочные. Однако они позволяют оценивать работоспособность полупроводниковых переходов.

Исправный БТ в цепи база-коллектор и база-эмиттер в одну сторону (зависит от прямой или обратной проводимости) обладает сопротивлением на пределах омов, например, 50-1200.

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

При измерениях учитываем:

  1. плюсовой щуп ставится на вывод, соответствующий входу тока, а минусовой — выходу;
  2. значок ∞ обозначает, что на указанном пределе измерения мультиметр не смог определить сопротивление: оно больше (вполне возможен обрыв цепи);
  3. полученный результат около 0 Ом при замерах током через базу означает пробой перехода;
  4. величина сопротивления между коллектором и эмиттером оценивается значком ∞.

Как выполнить измерения

Работать можно тестером или мультиметром. Разницы практически особой нет. Я буду все показывать на примере своего карманного Mestek MT-102. Просто на стареньком Ц4324 мне сложнее все объяснять, а вам — разбираться.

Если у вас другой прибор и имеются затруднения с его освоением, то у меня есть статья, где обобщены и подробно изложены принципы замеров любыми цифровыми мультиметрами. Можете заходить и пользоваться.

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

Перевел мультиметр в режим прозвонки (можно омметра), один конец закрепил крокодилом на корпусе, а вторым щупом нашел соответствующий вывод. Замер показывает ноль.

Проверка коллектора

Чтобы вам было удобнее отслеживать мои действия по фотографиям обозначил вывода чисто случайным образом:

  1. на один штырек надел короткий отрезок кембрика;
  2. на второй — длинный;
  3. третий оставил голым (коллектор).

Я проверял силовой транзистор П213А с толстыми контактами. На них просто удобно садить крокодилы, делать фотографии. Работа с маленьким изделиями и тонкими ножками выполняется аналогично. Только щупы придется оголить и не допускать создания излишних контактов.

Маркировка П213А четко обозначена на корпусе. Она позволяет заглянуть в справочник, определить по картинке в нем вывода, узнать технические характеристики, включая проводимость: прямую или обратную.

На практике часто это не выполняется: маркировка не читаема, изделие «no name». Вот этой сложной методики я и буду придерживаться, как приходится поступать чаще всего.

Выбираю один из контактов (не помеченный кембриком) и ставлю на него щуп, например, красный. На второй произвольный (длинный кембрик) подключаю черный конец. Записываю показание —196 Ом.

Замер 1

Переношу черный конец на вывод с коротким кембриком. Вижу очень большое сопротивление.

Замер 2

Меняю концы местами: на голый вывод сажу черный щуп, а на длинный — красный. Вижу высокое сопротивление.

Замер 3

Переношу красный конец на вывод с коротким кембриком. Замеряю 72 Ома.

Замер 4

Осталось два замера. Красный щуп оставляю на прежнем месте, а черный подключаю на вывод с длинным кембриком. Результат — 198 Ом.

Замер 5

Меняю концы местами. Голый вывод не задействован. Наблюдаю очень большое сопротивление.

Замер 6

Теперь остается проанализировать полученные результаты.

Мы знаем, что вывод базы является общим для обоих составных диодов. На него должны прозваниваться с величиной омов оба перехода. Это замеры №:

  • 1 (плюс или красный щуп на голом выводе, минус — на длинном кембрике);
  • 4 (минус на голом выводе, плюс — на коротком кембрике);
  • 5 (минус на длинном, плюс на коротком).

Замечаю, что общий вывод для двух замеров (1 и 5) из трех помечен длинным кембриком. На него с двух сторон проходит ток. Значит это база.

Два остальных вывода: эмиттер и коллектор. Надо их как-то различить. Методика здесь следующая: сопротивление коллектор-база всегда меньше, чем эмиттер-база. (Коллекторный ток неизбежно самый большой). Сравниваем 196 Ом в первом случае и 198 в пятом.

Получаем, что коллектор у нас ничем не помечен, что и подтвердила фотография его прозвонки на корпус. Оставшийся вывод с коротким кембриком — эмиттер.

Обращаем внимание на направление токов на базу. Они идут снаружи вовнутрь переходов (направление прямое: структура p-n-p). В обратную сторону токи не проходят: полупроводники целые.

Теперь важное замечание: маломощные транзисторы имеют очень высокое сопротивление между эмиттером и коллектором при замерах током в обе стороны.

У мощных же моделей БТ между этими выводами в одну сторону (зависит от проводимости) замеряются какие-то Омы, что мы и имеем на картинке №4.

А теперь показываю характеристики проверяемого П213А, взятые из интернет-магазина. Они помогут вам оценить результаты моей проверки.

Транзистор П213А

Учтите, что эта методика позволяет определять исправность транзисторов прямо на монтажной плате без их выпаивания. Просто бывают случаи, когда полупроводниковые переходы зашунтированы низкоомными резисторами.

Они будут прозваниваться в обе стороны с низким сопротивлением. Тогда БТ придется демонтировать. Но обычно их не выпаивают: зачем лишние телодвижения.

Работайте внимательно и аккуратно. Нельзя касаться пальцами металлической части щупов. Это изменит результат замера, приведет к ошибке.

Основные характеристики биполярных транзисторов

Основные характеристики БТ:

  1. Коэффициент усиления по I.
  2. Входное и выходное R.
  3. Обратный Iк-э.
  4. Время включения.
  5. Частота передачи Iб.
  6. Обратный Iк.
  7. Максимальное значение I.

Какие параметры учитывают при выборе биполярного транзистора?

  • Материал, из которого он изготовлен, – арсенид галлия или кремний.
  • Частоту. Она может быть – сверхвысокая (более 300 МГц), высокая (30-300 МГц), средняя – (3-30 МГц), низкая (менее 3 МГц).
  • Максимальную рассеиваемую мощность.

color=»#ccc» size=»1″ style=»margin-bottom: 30px;»>

Схема с общей базой

При этом входное сопротивление очень мало, а выходное — велико.
Две схемы работы биполярного транзистора
Напомним, что реактивное сопротивление конденсатора Хс, Ом, можно вычислить по формуле: Для постоянного тока реактивное сопротивление конденсаторов стремится к бесконечности. В выходной цепи для сигнала требуется нагрузка. Кроме биполярных существуют униполярные полевые транзисторы, у которых используется лишь один тип носителей — электроны или дырки.
Две схемы работы биполярного транзистора
Активный режим транзистора — это нормальный режим работы транзистора. Самая верхняя характеристика в точке А пересекается с прямой нагрузки, после которой при дальнейшем увеличении IВ коллекторный ток уже не изменяется.
Две схемы работы биполярного транзистора
Это усиление осуществляется за счет энергии источника питания. Напряжение 0,6В это напряжение на переходе Б—Э, и при расчетах о нем не следует забывать!
Две схемы работы биполярного транзистора
Схемы включения биполярных транзисторов при объединении режимов отсечки и насыщения позволяют создавать с их помощью электронные ключи. Достоинства каскада по схеме с общим эмиттером: 1. Для того, чтобы лучше понять, как работает эмиттерная стабилизация, надо рассмотреть схему включения транзистора с общим коллектором ОК.

Схема включения биполярного транзистора с общим коллектором

Две схемы работы биполярного транзистора
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 схемы с общим коллектором применяют для согласования высокого выходного сопротивления источника сигнала с низким входным сопротивлением нагрузки. Быстродействие БТ зависит от толщины базового слоя БС. Теперь проследим саму работу данной схемы: источник питания 1.

Отсюда и большой разброс коэффициента усиления у транзисторов взятых даже из одной коробки читай одной партии. И модельный ряд постоянно увеличивается, позволяя решать практически все задачи, поставленные разработчиками. Рисунок 7. Следовательно, для усилителей постоянного тока нижняя граничная частота усиления равна нулю переходные конденсаторы не требуются, а для разделения каскадов необходимо предусматривать специальные меры. На рисунке изображена схема работы транзистора в ключевом режиме.

В эмиттерном повторителе используется схема включения транзистора с общим коллектором ОК. Мощность это произведение тока на напряжение, но так как напряжение не меняется то мощность увеличивается только за счет тока! База является управляющим электродом.
Биполярные транзисторы. Принцип действия.

Устройство биполярного транзистора

tranzistor1

Основой биполярного транзистора является небольшой кристалл, называемый базой (Б).

На нем с противоположных сторон кристалла находятся две спайки (области) из

индия, сплава олова с фосфором и др., которые называются эмиттером (Э) и

коллектором (К). При образовании спаек, между базой с эмиттером и коллектором,

образуются два p-n перехода. Эти области всегда имеют одинаковый тип

проводимости (p или n), а средняя область (база) — другого типа(n или р). Поэтому

биполярные транзисторы разделяются на типы: с р-n-p и n-p-n проводимостью.

Принцип действиия у них одинаковый, но имеют противоположную полярность питания.

tranzistor2

Коллекторный переход больше по площади эмиттерного и эти переходы

расположены на очень малом расстоянии мажду собой ( до десятков микрон).

Если взять отдельно Б-Э и Б-К переходы, то они представляют собой два

соединенных диода. Но соединив два отдельных диода мы не получим транзистора,

потому, что эти переходы находятся на двух отдельных кристаллах диодов.

А в биполярном транзисторе — на одном кристалле , где и происходит между ними взаимодействие —

транзисторный эффект, который и делает транзистор усилительным устройством.

Схема включения биполярного транзистора с общим коллектором

Биполярный транзистор включенный по схеме с общим коллектором.
Биполярный транзистор включенный по схеме с общим коллектором.

Вот так вот выглядит схема включения биполярного транзистора с общим коллектором. Ничего не напоминает? Если взглянуть на схему немного под другим углом, то мы узнаем тут нашего старого друга – эмиттерный повторитель. Про него была чуть ли не целая статья (вот она), так что все, что касается этой схемы мы уже там рассмотрели. А нас тем временем ждет наиболее часто используемая схема – с общим эмиттером.

Характеристики транзистора, включённого по схеме оэ:

Основные элементы схемы: транзистор, резистор RL и цепь выхода усилителя с внешним питанием.

Благодаря незначительной толщине слоя микроны и большой величине градиента концентрации отрицательно заряженных частиц, почти все из них попадают в область коллектора, хотя сопротивление базы достаточно велико. Где транзисторы купить? Транзисторы по праву считаются одним из великих открытий человечества.

При работе в активном режиме на эмиттерном переходе напряжение прямое, а на коллекторном — обратное. Его также обозначают как Исходы из выше сказанного транзистор может работать в четырех режимах: Режим отсечки транзистора — в этом режиме переход база-эмиттер закрыт, такое может произойти когда напряжение база-эмиттер недостаточное. Во — первых усиление каскада зависит от конкретного экземпляра транзистора: заменил транзистор при ремонте, — подбирай заново смещение, выводи на рабочую точку.

Ответ может быть да а может и нет. Поскольку ток коллектора в десятки раз больше тока базы, этим объясняется тот факт, что коэффициент усиления по току составляет десятки единиц. Схема с общим коллектором ОК Практические варианты схем включения транзисторов структуры п-р-п и р-п-р приведены на рис. В литературе такое название почему-то почти не встречается, а вот в кругу радиоинженеров и радиолюбителей используется повсеместно, всем сразу понятно, о чем идет речь.

Читайте также: Снип по прокладке кабеля в земле

Схемы включения биполярного транзистора

Ваш email:. Для того чтобы без расчетов первоначально оценить величины RC-элементов, входящих в состав схем рис. Поэтому плотность компоновки элементов в МОП- интегральных схемах значительно выше. Коллектор имеет более положительный потенциал , чем эмиттер Как я уже говорил цепи база — коллектор и база -эмиттер работают как диоды Каждый транзистор характеризуется предельными значениями, такими как ток коллектора, ток базы и напряжение коллектор-эмиттер.

Такое состояние называют рабочей точкой транзистора, в этом случае коэффициент усиления каскада максимален. Граница на втором коллекторном переходе при этом закрыта, и через нее ток протекать не должен. Такой режим работы транзистора рассматривался уже давно. Повышение частоты приводит к снижению реактивной ёмкости коллекторного перехода, что приводит к его существенному шунтированию и ухудшению усилительных свойств каскада. Выводы транзистора звонятся как два диода, соединенные в общей точке в области базы транзистора.

Источники

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

Оцените статью
Все об электрике