Транзисторы теория Часть 1
Транзисторы - это полупроводниковые устройства, разработанные для усиления, генерации и преобразования электрических сигналов. Они обеспечивают возможность контролировать ток в электрической цепи.
v/gDbwciQCVNsClHh
В этой статье и видеоуроке мы постараемся просто и понятно рассказать о сложных компонентах - транзисторах.
Сегодня транзисторы можно найти почти на каждой печатной плате и во всех электронных устройствах - от мобильных телефонов и радиоприемников до компьютеров и другой электроники. Они являются основой для создания логических схем, памяти, микропроцессоров и многого другого. Давайте разберемся, что такое транзистор, как он работает и почему его применение настолько широко распространено.
Транзистор - это электронный компонент, изготовленный из полупроводникового материала, обычно имеющий три вывода. Он позволяет управлять током с помощью входного сигнала.
Многие считают, что транзистор увеличивает силу входного сигнала. Однако, я должен вас разочаровать, так как транзисторы сами по себе, без внешнего источника питания, не могут его усилить (все ещё действует закон сохранения энергии). Транзистор может быть использован для создания усилителя, но это лишь одно из его применений, и для получения усиленного сигнала требуется специальная схема, которая разрабатывается и настраивается для конкретных условий, а также необходим источник питания.
Сам транзистор способен только управлять током.
Что следует знать о самом важном? Транзисторы можно разделить на две основные группы: биполярные и полевые. Эти две группы отличаются своей структурой и принципом работы, поэтому мы рассмотрим каждую из них отдельно.
Итак, первая группа - биполярные транзисторы.
Эти транзисторы состоят из трёх слоёв полупроводника и делятся на два типа по структуре: pnp и npn. Первый тип (pnp) иногда называют транзисторами с прямой проводимостью, а второй тип (npn) - транзисторами с обратной проводимостью.
Что означают эти буквы и в чем различия между этими транзисторами?
Почему два типа проводимости?
Ответ на эти вопросы находится ближе, чем кажется. "Всё гениальное - просто".
N - negative (англ.) - отрицательный.
P - positive (англ.) - положительный.
Эти буквы обозначают типы проводимости полупроводниковых слоёв, из которых состоят транзисторы. "Положительный" слой полупроводника имеет "дырочную" проводимость (в нём основные носители заряда имеют положительный знак), а "отрицательный" слой полупроводника обладает "электронной" проводимостью (в нём основные носители заряда имеют отрицательный знак).
На схемах справа показана структура и обозначение биполярных транзисторов.
У каждого вывода есть свое название:
Э - эмиттер,
К - коллектор,
Б - база.
Как определить базовый вывод на схеме?
Это просто. База обозначается площадкой, на которую прилегают коллектор и эмиттер.
А как узнать эмиттер?
Опять же, это легко - это вывод с стрелочкой. Оставшийся вывод является коллектором. Стрелочка на эмиттере всегда указывает направление тока. Следовательно, для транзисторов npn - ток втекает через коллектор и базу, а вытекает из эмиттера, для транзисторов pnp - наоборот, ток втекает через эмиттер, а вытекает через коллектор и базу.
Глубже погружаясь в теорию... В транзисторе три слоя полупроводника образуют два pn-перехода. Один переход находится между эмиттером и базой и называется эмиттерным, второй - между коллектором и базой и называется коллекторным.
Каждый из двух pn-переходов может быть прямо или обратно смещен, что определяет четыре основных режима работы транзистора в зависимости от смещения pn-переходов (помните, что если напряжение на стороне p-типа больше, чем на стороне n-типа, то это прямое смещение pn-перехода, а если наоборот, то обратное). На рисунках, иллюстрирующих каждый режим, стрелочками показано направление от более высокого напряжения к более низкому (это не направление тока!). Так легче ориентироваться: если стрелочка направлена от "p" к "n", это прямое смещение pn-перехода, а если от "n" к "p", то это обратное смещение.
Режимы работы биполярного транзистора:
[*]Если pn-переход на эмиттере смещен прямо, а на коллекторе - обратно, то транзистор находится в активном режиме работы (иногда называемом просто "активным режимом"). В этом режиме ток коллектора зависит от тока базы и связан с ним следующим соотношением: Iк = Iб * β.
Активный режим широко используется при создании транзисторных усилителей.
2. Если на обоих переходах прямое смещение — транзистор находится в режиме насыщения. В этом случае ток коллектора перестает зависеть от тока базы, как указано в предыдущей формуле (с участием коэффициента β). Даже если продолжать увеличивать ток базы, ток коллектора больше не увеличивается. Это означает, что транзистор полностью открыт или просто открыт. По мере глубины погружения в область насыщения, зависимость Iк=Iб*β нарушается. Внешне это проявляется в уменьшении эффективности коэффициента β. Также существует понятие коэффициента насыщения, который определяется отношением текущего тока базы к току базы в граничном состоянии между активным режимом и насыщением.
3. Если оба pn-перехода обратно смещены, транзистор находится в режиме отсечки. В этом режиме ток не протекает через транзистор (за исключением очень незначительных токов утечки - обратных токов через pn-переходы). Говорят, что транзистор полностью закрыт или просто закрыт.
4. Если эмиттерный переход обратно смещен, а коллекторный переход прямо смещен, транзистор находится в инверсном активном режиме. Этот режим является редким и экзотическим, и редко используется. Несмотря на то, что на схемах эмиттер и коллектор выглядят одинаково и на первый взгляд могут быть взаимозаменяемыми (если поменять их местами, схема не изменится), на самом деле они имеют конструктивные отличия, такие как размеры, и не являются эквивалентными. Именно из-за этих отличий существует разделение на "нормальный активный режим" и "инверсный активный режим".
Иногда также выделяют пятый режим, называемый "барьерным режимом". В этом случае база транзистора короткозамкнута с коллектором. Фактически, это особый способ включения, а не отдельный режим работы. Режим здесь близок к граничному состоянию между активным режимом и насыщением. Его можно получить не только короткозамыканием базы и коллектора. В данном случае особенность заключается в том, что независимо от изменения напряжения питания или нагрузки, транзистор остается в этом граничном режиме. Следовательно, в этом случае транзистор эквивалентен диоду.
Хорошо, завершив раздел о теории, переходим к следующему этапу.
Биполярный транзистор регулируется с помощью тока. Для того, чтобы ток мог протекать между коллектором и эмиттером (или наоборот, в инверсном режиме), необходимо, чтобы ток протекал между эмиттером и базой. Таким образом, ток базы и максимальный ток коллектора (при данном токе базы) связаны постоянным коэффициентом β, известным как коэффициент передачи тока базы: Iб * β = Iк.
Помимо параметра β, существует ещё один коэффициент, известный как коэффициент передачи эмиттерного тока (α). Он определяется как отношение тока коллектора к току эмиттера: α = Iк / Iэ. Обычно значение этого коэффициента близко к единице, и чем ближе оно к единице, тем лучше. Коэффициенты α и β связаны между собой следующим соотношением: β = α / (1-α).
В отечественных справочниках часто вместо коэффициента β указывается коэффициент h21Э (коэффициент усиления по току в схеме с общим эмиттером), а в зарубежной литературе иногда вместо β можно встретить обозначение hFE. Но не стоит беспокоиться, обычно можно считать, что все эти коэффициенты равны и их часто просто называют "коэффициентом усиления транзистора".
Понравилась статья? Поделись с друзьями!
Страниц:
[1]