Три режима работы транзистора

Полярность напряжений и направление токов на схемах в табл. 6.1 справедливы для нормального активного режима работы транзистора. В этом режиме переход эмиттер-база открыт, а переход коллектор-база закрыт.

Различают ещё три режима работы транзистора: режим отсечки, режим насыщения и инверсный режим.

В режиме отсечки оба перехода транзистора закрыты. Для перевода транзистора в этот режим изменяют полярность напряжения U_ЭБ, подключая минус к эмиттеру, а плюс – к базе. Через закрытые переходы протекают только малые обратные токи I_э0 и I_к0. Эти токи создаются не основными носителями зарядов, а величина токов практически не зависит от напряжений U_ЭБ и U_КБ.

В режиме насыщения оба перехода транзистора открыты. Для перевода транзистора в этот режим изменяют полярность напряжения U_КБ, подключая плюс к коллектору, а минус – к базе. Напряжение на открытых переходах составляет 0,1…0,6 В. Не основные носители зарядов могут проходить через базу в обоих направлениях, а конкретное направление тока зависит от соотношения U_ЭБ и U_КБ.

В инверсном режиме переход эмиттер-база закрыт, а переход коллектор-база открыт. Для перевода транзистора в инверсный режим одновременно изменяют полярность источников питания U_ЭБ и U_КБ. Поскольку конструкция современных транзисторов несимметрична (толщина области коллектора больше толщины области эмиттера), на закрытый переход эмиттер-база нельзя подавать большое напряжение. Обычно U_ЭБ £ 5 В. В таком режиме коэффициенты передачи тока транзистора уменьшаются, поэтому инверсный режим в современной схемотехнике практически не используется.

Следует отметить, что зависимость тока коллектора от тока базы в схеме ОЭ и от тока эмиттера в схеме ОБ с учётом обратного тока закрытого коллекторного перехода I_к0 отличается от основного уравнения токов транзистора (6.1) и определяются формулами:

где I_к0 – обратный ток перехода база-коллектор при токе I_э = 0.

Рассмотрим пример, в котором учитывается эта зависимость.

Пример расчёта токов транзистора в нормальном активном режиме

Коэффициент передачи тока базы транзистора b = 50, обратный ток перехода коллектор-база I_к0 = 10 мкА. Рассчитать токи I_к, I_э, I_б при включении по схеме ОБ и ОЭ, если ток коллектора был одинаковый в обеих схемах, а соотношение токов I_э = 55×I_б. Как изменится ток эмиттера в схеме ОЭ при изменении тока базы на 50 мкА?

Решение. Воспользуемся формулами (6.4) и (6.5).

В соответствии с условиями задачи можно записать:

;

Решая эту систему относительно тока базы, находим 4×I_б = 490 мкА или I_б = 0,122 мА. Ток эмиттера в схеме ОБ I_э = 55×I_б = 6,7 мА. Ток коллектора можно найти по любому уравнению I_к = b(I_б + I_к0) = 50 (0,122 + 10) = 6,6 мА.

При изменении тока базы на DI_б = 50 мкА ток коллектора изменится на

а изменение тока эмиттера равно сумме изменений этих токов

Более подробные сведения о расчётах токов транзисторов приведены в литературе [20, 22].

1. Чем отличаются полевые и биполярные транзисторы?

2. По каким параметрам классифицируются биполярные транзисторы?

3. Расшифруйте обозначение КТ315А, ГТ404Б.

4. Нарисуйте схемы включения ОБ и ОЭ биполярного транзистора структуры p-n-p, работающего в нормальном активном режиме. Укажите полярность питающих напряжений и направление токов.

5. Нарисуйте схемы включения ОБ и ОЭ биполярного транзистора структуры n-p-n, работающего в нормальном активном режиме. Укажите полярность питающих напряжений и направление токов. В чём отличие от аналогичных схем транзистора структуры p-n-p?

6. Охарактеризуйте состояние переходов транзистора (открыт, закрыт) в режимах отсечки, насыщения и инверсном.

7. Как влияет обратный ток закрытого коллекторного перехода на величину коэффициентов передачи тока эмиттера и тока базы транзистора? Отличаются ли значение коэффициентов А и a, В и b и почему?

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:

Лучшие изречения: Для студентов недели бывают четные, нечетные и зачетные. 9163 – | 7338 – или читать все.

91.146.8.87 © studopedia.ru Не является автором материалов, которые размещены. Но предоставляет возможность бесплатного использования. Есть нарушение авторского права? Напишите нам | Обратная связь.

Отключите adBlock!
и обновите страницу (F5)
очень нужно

Автор: Владимир Васильев · Опубликовано 9 сентября 2015 · Обновлено 29 августа 2018

Приветствую вас дорогие друзья! Сегодня речь пойдет о биполярных транзисторах и информация будет полезна прежде всего новичкам. Так что, если вам интересно что такое транзистор, его принцип работы и вообще с чем его едят, то берем стул по удобнее и подходим поближе.

Продолжим, и у нас тут есть содержание, будет удобнее ориентироваться в статье 🙂

Виды транзисторов

Транзисторы бывают в основном двух видов: биполярные транзисторы и полевые транзисторы. Конечно можно было рассмотреть все виды транзисторов в одной статье, но мне не хочется варить кашу у вас в голове. Поэтому в этой статье мы рассмотрим исключительно биполярные транзисторы а о полевых транзисторах я расскажу в одной из следующих статей. Не будем все мешать в одну кучу а уделим внимание каждому, индивидуально.

Биполярный транзистор

Биполярный транзистор это потомок ламповых триодов, тех что стояли в телевизорах 20 -го века. Триоды ушли в небытие и уступили дорогу более функциональным собратьям — транзисторам, а точнее биполярным транзисторам.

Триоды за редким исключением применяют в аппаратуре для меломанов.

Биполярные транзисторы выглядеть могут так.

Как вы можете видеть биполярные транзисторы имеют три вывода и конструктивно они могут выглядеть совершенно по разному. Но на электрических схемах они выглядят простенько и всегда одинаково. И все это графическое великолепие, выглядит как-то так.

Это изображение транзисторов еще называют УГО (Условное графическое обозначение).

Причем биполярные транзисторы могут иметь различный тип проводимости. Есть транзисторы NPN типа и PNP типа.

Отличие n-p-n транзистора от p-n-p транзистора состоит лишь в том что является «переносчиком» электрического заряда (электроны или «дырки» ). Т.е. для p-n-p транзистора электроны перемещаются от эмиттера к коллектору и управляются базой. Для n-p-n транзистора электроны идут уже от коллектора к эмиттеру и управляются базой. В итоге приходим к тому, что для того чтобы в схеме заменить транзистор одного типа проводимости на другой достаточно изменить полярность приложенного напряжения. Или тупо поменять полярность источника питания.

У биполярных транзисторов есть три вывода: коллектор, эмиттер и база. Думаю, что по УГО будет сложно запутаться, а вот в реальном транзисторе запутаться проще простого.

Обычно где какой вывод определяют по справочнику, но можно просто прозвонить транзистор мультиметром. Выводы транзистора звонятся как два диода, соединенные в общей точке (в области базы транзистора).

Слева изображена картинка для транзистора p-n-p типа, при прозвонке создается ощущение (посредством показаний мультиметра ), что перед вами два диода которые соединены в одной точке своими катодами. Для транзистора n-p-n типа диоды в точке базы соединены своими анодами. Думаю после экспериментов с мультиметром будет более понятно.

Принцип работы биполярного транзистора

А сейчас мы попробуем разобраться как работает транзистор. Я не буду вдаваться в подробности внутреннего устройства транзисторов так как эта информация только запутывает. Лучше взгляните на этот рисунок.

Это изображение лучше всего объясняет принцип работы транзистора. На этом изображении человек посредством реостата управляет током коллектора. Он смотрит на ток базы, если ток базы растет то человек так же увеличивает ток коллектора с учетом коэффициента усиления транзистора h21Э. Если ток базы падает, то ток коллектора также будет снижаться — человек подкорректирует его посредством реостата.

Эта аналогия не имеет ничего общего с реальной работой транзистора, но она облегчает понимание принципов его работы.

Для транзисторов можно отметить правила, которые призваны помочь облегчить понимание. (Эти правила взяты из книги П. Хоровица У.Хилла «Искусство схемотехники»).

1. Коллектор имеет более положительный потенциал , чем эмиттер
2. Как я уже говорил цепи база — коллектор и база -эмиттер работают как диоды
3. Каждый транзистор характеризуется предельными значениями, такими как ток коллектора, ток базы и напряжение коллектор-эмиттер.
4. В том случае если правила 1-3 соблюдены то ток коллектора Iк прямо пропорционален току базы Iб. Такое соотношение можно записать в виде формулы.

Из этой формулы можно выразить основное свойство транзистора — небольшой ток базы управляет большим током коллектора.

-коэффициент усиления по току.

Его также обозначают как

Исходы из выше сказанного транзистор может работать в четырех режимах:

1. Режим отсечки транзистора — в этом режиме переход база-эмиттер закрыт, такое может произойти когда напряжение база-эмиттер недостаточное. В результате ток базы отсутствует и следовательно ток коллектора тоже будет отсутствовать.
2. Активный режим транзистора — это нормальный режим работы транзистора. В этом режиме напряжение база-эмиттер достаточное для того, чтобы переход база-эмиттер открылся. Ток базы достаточен и ток коллектора тоже имеется. Ток коллектора равняется току базы умноженному на коэффициент усиления.
3. Режим насыщения транзистора — в этот режим транзистор переходит тогда, когда ток базы становится настолько большим, что мощности источника питания просто не хватает для дальнейшего увеличения тока коллектора. В этом режиме ток коллектора не может увеличиваться вслед за увеличением тока базы.
4. Инверсный режим транзистора — этот режим используется крайне редко. В этом режиме коллектор и эмиттер транзистора меняют местами. В результате таких манипуляций коэффициент усиления транзистора очень сильно страдает. Транзистор изначально проектировался не для того, чтобы он работал в таком особенном режиме.

Для понимания того как работает транзистор нужно рассматривать конкретные схемные примеры, поэтому давайте рассмотрим некоторые из них.

Транзистор в ключевом режиме

Транзистор в ключевом режиме это один из случаев транзисторных схем с общим эмиттером. Схема транзистора в ключевом режиме применяется очень часто. К этой транзисторной схеме прибегают к примеру когда нужно управлять мощной нагрузкой посредством микроконтроллера. Ножка контроллера не способна тянуть мощную нагрузку, а транзистор может. Получается контроллер управляет транзистором, а транзистор мощной нагрузкой. Ну а обо всем по порядку.

Основная суть этого режима заключается в том, что ток базы управляет током коллектора. Причем ток коллектора гораздо больше тока базы. Здесь невооруженным взглядом видно, что происходит усиление сигнала по току. Это усиление осуществляется за счет энергии источника питания.

На рисунке изображена схема работы транзистора в ключевом режиме.

Для транзисторных схем напряжения не играют большой роли, важны лишь токи. Поэтому, если отношение тока коллектора к току базы меньше коэффициента усиления транзистора то все окей.

В этом случае даже если к базе у нас приложено напряжение в 5 вольт а в цепи коллектора 500 вольт, то ничего страшного не произойдет, транзистор будет покорно переключать высоковольтную нагрузку.

Главное чтобы эти напряжения не превышали предельные значения для конкретного транзистора (задается в характеристиках транзистора).

Чтож, теперь давайте попробуем рассчитать значение базового резистора.

На сколько мы знаем, что значение тока это характеристика нагрузки.

Мы не знаем сопротивления лампочки, но мы знаем рабочий ток лампочки 100 мА. Чтобы транзистор открылся и обеспечил протекание такого тока, нужно подобрать соответствующий ток базы. Ток базы мы можем корректировать меняя номинал базового резистора.

Так как минимальное значение коэффициента усиления транзистора равно 10, то для открытия транзистора ток базы должен стать 10 мА.

Ток который нам нужен известен. Напряжение на базовом резисторе будет Такое значение напряжения на резисторе получилось из-зи того, что на переходе база-эмиттер высаживается 0,6В-0,7В и это надо не забывать учитывать.

В результате мы вполне можем найти сопротивление резистора

Осталось выбрать из ряда резисторов конкретное значение и дело в шляпе.

Теперь вы наверное думаете, что транзисторный ключ будет работать так как нужно? Что когда базовый резистор подключается к +5 В лампочка загорается, когда отключается -лампочка гаснет? Ответ может быть да а может и нет.

Все дело в том, что здесь есть небольшой нюанс.

Лампочка в том случае погаснет, когда потенциал резистора будет равен потенциалу земли. Если же резистор просто отключен от источника напряжения, то здесь не все так однозначно. Напряжение на базовом резисторе может возникнуть чудесным образом в результате наводок или еще какой потусторонней нечисти 🙂

Чтобы такого эффекта не происходило делают следующее. Между базой и эмиттером подключают еще один резистор Rбэ. Этот резистор выбирают номиналом как минимум в 10 раз больше базового резистора Rб (В нашем случае мы взяли резистор 4,3кОм).

Когда база подключена к какому-либо напряжению, то транзистор работает как надо, резистор Rбэ ему не мешает. На этот резистор расходуется лишь малая часть базового тока.

В случае, когда напряжение к базе не приложено, происходит подтяжка базы к потенциалу земли, что избавляет нас от всяческих наводок.

Вот в принципе мы разобрались с работой транзистора в ключевом режиме, причем как вы могли убедиться ключевой режим работы это своего рода усиление сигнала по напряжению. Ведь мы с помощью малого напряжения в 5В управляли напряжением в 12 В.

Эмиттерный повторитель

Эмиттерный повторитель является частным случаем транзисторных схем с общим коллектором.

Отличительной чертой схемы с общим коллектором от схемы с общим эмиттером (вариант с транзисторным ключем) является то, что эта схема не усиливает сигнал по напряжению. Что вошло через базу, то и вышло через эмиттер, с тем же самым напряжением.

Действительно допустим приложили к базе мы 10 вольт, при этом мы знаем что на переходе база-эмиттер высаживается где-то 0,6-0,7В. Выходит что на выходе (на эмиттере, на нагрузке Rн) будет напряжение базы минус 0,6В.

Получилось 9,4В, одним словом почти сколько вошло столько и вышло. Убедились, что по напряжению эта схема нам сигнал не увеличит.

«В чем же смысл тогда таком включении транзистора?»- спросите вы. А вот оказывается эта схема обладает другим очень важным свойством. Схема включения транзистора с общим коллектором усиливает сигнал по мощности. Мощность это произведение тока на напряжение, но так как напряжение не меняется то мощность увеличивается только за счет тока! Ток в нагрузке складывается из тока базы плюс ток коллектора. Но если сравнивать ток базы и ток коллектора то ток базы очень мал по сравнению с током коллектора. Получается ток нагрузки равен току коллектора. И в результате получилась вот такая формула.

Теперь я думаю понятно в чем суть схемы эмиттерного повторителя, только это еще не все.

Эмиттерный повторитель обладает еще одним очень ценным качеством — высоким входным сопротивлением. Это означает, что эта транзисторная схема почти не потребляет ток входного сигнала и не создает нагрузки для схемы -источника сигнала.

Для понимания принципа работы транзистора этих двух транзисторных схем будет вполне достаточно. А если вы еще поэкспериментируете с паяльником в руках то прозрение просто не заставит себя ждать, ведь теория теорией а практика и личный опыт ценнее в сотни раз!

Где транзисторы купить?

Как и все другие радиокомпоненты транзисторы можно купить в любом ближайшем магазине радиодеталей. Если вы живете где-нибудь на окраине и о подобных магазинах не слышали (как я раньше) то остается последний вариант — заказать транзисторы в интернет- магазине. Я сам частенько заказываю радиодетали через интернет-магазины ведь в обычном оффлайн магазине может чего-нибудь просто не оказаться.

Впрочем если вы собираете устройство чисто для себя то можно не париться а добыть из старой, отслужившей свое техники и так сказать вдохнуть в старый радиокомпонет новую жизнь.

Чтож друзья, а на этом у меня все. Все, что планировал я сегодня вам рассказал. Если остались какие-либо вопросы, то задавайте их в комментариях, если вопросов нет то все равно пишите комментарии, мне всегда важно ваше мнение. Кстати не забывайте, что каждый кто впервые оставит комментарий получит подарок.

Также обязательно подпишитесь на новые статьи, потому что дальше вас ждет много интересного и полезного.

Желаю вам удачи, успехов и солнечного настроения!

Читайте также:

1. H-параметры биполярного транзистора имеют недостатки
2. H-параметры биполярного транзистора.
3. I I Исходные данные для выполнения работы
4. I. Перечень вопросов, требующих изучения для выполнения работы
5. I. Проведение контрольной работы.
6. I. ТЕМАТИКА КУРСОВОЙ РАБОТЫ
7. II. ОРГАНИЗАЦИЯ РАБОТЫ ОТДЕЛА
8. III. Специальные работы
9. III. Требования охраны труда во время работы 1 страница
10. III. Требования охраны труда во время работы 2 страница
11. III. Требования охраны труда во время работы 3 страница
12. IV. Критерии оценки работы судей юристами, включенными в реестр

В зависимости от того, в каких состояниях находятся переходы транзистора, различают режимы его работы. Поскольку в транзисторе имеется два перехода (эмиттерный и коллекторный), и каждый из них может находиться в двух состояниях (открытом и закрытом), различают четыре режима работы транзистора. Основным режимом являетсяактивный режим, при котором эмиттерный переход находится в открытом состоянии, а коллекторный – в закрытом. Транзисторы, работающие в активном режиме, используются в усилительных схемах. Помимо активного , выделяют инверсный режим, при котором эмиттерный переход закрыт, а коллекторный – открыт, режим насыщения, при котором оба перехода открыты, и режим отсечки, при котором оба перехода закрыты.

Наряду с транзисторами n-p-n- структуры, существуют транзисторы с симметричной ей p-n-p-структурой, в которых используется поток дырок. Условные обозначения n-p-n- и p-n-p-транзисторов, используемые в электрических схемах, приведены на рис.3.2. Стрелка на выводе эмиттера показывает направление эмиттерного тока в активном режиме. Кружок, обозначающий корпус дискретного транзистора, в изображении бескорпусных транзисторов, входящих в состав интегральных микросхем, не используется. Принцип работы n-p-n- и p-n-p-транзисторов одинаков, а полярности напряжений между их электродами и направления токов в цепях электродов противоположны. В современной электронике наибольшее распространение получили транзисторы n-p-n-структуры, которые, благодаря более высоким значениям подвижности и коэффициента диффузии электронов по сравнению с дырками ( m _n> m _p; D_n>D_p) , обладают большим усилением и меньшей инерционностью, чем транзисторы p-n-p- структуры. Поэтому ниже рассматриваются именно n-p-n- транзисторы.

12) Характеристики, основные параметры, физические процессы в транзисторах
Транзистор применяется в:усилительных схемах, генераторах сигналов, электронных ключах. Транзисторы применяются в качестве активных (усилительных) элементов в усилительных и переключательных каскадах. Основные параметры биполярного транзистора: Коэффициент передачи по току, входное сопротивление, выходная проводимость, обратный ток коллектор-эмиттер, время включения, предельная частота коэффициента передачи тока базы, обратный ток коллектора, максимально допустимый ток .Основные параметры полевого транзистора: крутизна характеристики ,выходное сопротивление, коэффициент усиления, входное сопротивление, входная емкость между затвором и истоком которая является барьерной емкостью р-n-перехода. Физические процессы в транзисторе происходят следующим образом. При увеличении прямого входного напряжения понижается потенциальный барьер в эмиттерном переходе и соответственно возрастает ток через этот переход – ток эмиттера. Электроны этого тока инжектируются из эмиттера в базу и благодаря явлению диффузии проникают сквозь базу в область коллекторного перехода, увеличивая ток коллектора. Так как коллекторный переход работает при обратном напряжении, то в области этого перехода получаются объемные заряды. Между ними возникает электрическое поле. Оно способствует продвижению через коллекторный переход электронов, пришедших сюда из эмиттера, т. е. втягивает электроны в область коллекторного перехода.

13. Схемы включения биполярного транзистора ОЭ и ОБ
1.С общим эмиттером – в данной схеме включения происходит усиление по всем 3-ем параметрам эл.сигнала (ток, напряжение, мощность) это возможно при оптимальном подборе входного и выходного сопротивления.

Усилительные свойства транзистора включенные по схеме с общим эмиттером характеризуют 1 из главных его параметров – статический коф. усиления по току или коэф передачи тока. Обозначается В и показывает на сколько увеличивается ток. По сколько В должен характеризовать сам транзистор его определяют в режиме без нагрузки т.е. при постоянном напряжении участка коллектор-эмиттер.

Недостатки: худшие частотные и температурные характеристики, чем в схеме с общей базой.

; ; ; ; ; Pвх = Uвх Iвх

2.Схема с общей базой – дает гораздо меньше усиления чем схема с общим эмиттером, но имеет лучшие частотные и температурные характеристики. В этой схеме усиливается напряжение и мощность эл.сигнала. Сдесь маленькое входное и большое выходное напряжение.

Фазовый сдвиг между током и напряжением на выходе отсутствует, в отличие от схемы с общим эмиттером.

; ;

В этой схеме а меньше 1, и чем он ближе к 1, тем лучше.

3.Схема с общим коллектором – в этой схеме коллектор является общей точкой между входной и выходной цепями. Оно дает усиление только по току и мощности, а нагрузка включена в цепь эмитора.

Фазового сдвига нет между напряжениями. Это схема используется в генераторах тока т.е. там где необходимо обеспечить большое приращение тока. Эта схема позволяет стабилизировать основные параметры транзистора.

Дата добавления: 2015-05-06 ; Просмотров: 662 ; Нарушение авторских прав? ;

Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет