Устройство и принцип работы транзистора биполярного

Содержание
  1. Устройство биполярного транзистора
  2. Простейший усилитель на биполярном транзисторе
  3. 1.Описание основных элементов цепи
  4. 2. Расчет входного тока базы Ib
  5. 2. Расчет выходного тока коллектора IС
  6. 3. Расчет выходного напряжения Vout
  7. 4. Анализ результатов
  8. Принципы работы биполярного транзистора — 2 варианта его использования в различных электронных устройствах
  9. Что такое электронный ключ на транзисторе и как он работает: 2 примера
  10. Простейший датчик протечки воды — схема и описание для чайника
  11. Схема управления насосом откачки воды для повторения своими руками
  12. Регулятор тока на биполярном транзисторе: как работает схема управления
  13. Физические процессы
  14. Биполярные транзисторы
  15. Режимы работы биполярных транзисторов
  16. Режим отсечки
  17. Активный инверсный режим
  18. Режим насыщения
  19. Какие параметры учитывают при выборе биполярного транзистора?
  20. 5 технических нюансов работы биполярных транзисторов, которые важно учитывать при проектировании и эксплуатации электронных ключей или регуляторов
  21. Как проверить биполярный транзистор: 2 доступные методики
  22. Как проверить биполярный транзистор мультиметром или тестером: подробная инструкция с фотографиями
  23. Основные характеристики биполярных транзисторов
  24. Принцип работы транзистора
  25. Проверка
  26. Схемы включения
  27. Включение с общей базой (ОБ)
  28. Включение с общим эмиттером (ОЭ)
  29. Включение с общим коллектором (ОК)

Устройство биполярного транзистора

Транзисторы — довольно сложные устройства. Для лучшего понимания рассмотрим только самый простой вид электронной составляющей, с которой радиолюбители имеют дело чаще всего.

Устройство на биполярных транзисторах состоит из монокристалла, разделенного на три зоны, которые имеют собственный выход:

биполярное транзисторное устройство Б — основа, очень тонкий внутренний слой.
Э — эмиттер, предназначенный для переноса заряженных частиц на базу.
K — коллектор, компонент, который имеет тот же тип проводимости, что и эмиттер, предназначенный для сбора зарядов, полученных эмиттером.

Мы расшифруем все эти определения и более подробно погрузимся в мир транзисторов из кремниевых (Si) полупроводников):

Каждый атом кремния образует связи с четырьмя соседними атомами кремния. Кремний имеет 4 электрона в валентной оболочке. И каждый электрон становится общим с ближайшим атомом кремния. Рассматриваемая связь называется ковалентной.

Чистый кремний отличается низкой электропроводностью. А чтобы кремний проводил электричество, электроны должны поглотить некоторую энергию и стать свободными электронами.

легирование кремниевых пластин
Легирование кремниевых пластин

Метод легирования используется для улучшения электропроводности полупроводников. Например, вводится пятивалентный фосфор (P) или сурьма (Sb): электрон будет свободен и сможет перемещаться в системе. Этот метод называется донорным легированием или легированием n-типа. Если ввести трехвалентный бор (B), образуется свободное пространство (дырка), которое может занять электрон. Соседний электрон может заполнить дыру в любой момент. Это движение электронов можно представить как движение дырок в противоположном направлении. Это называется акцепторным легированием или легированием р-типа.

При сверлении кремниевой пластины этими методами получается транзистор со следующими типами проводимости:

  • тип n — электроны являются носителями заряда.
  • тип p — носителями заряда являются положительно заряженные дырки.

Транзисторы по типу проводимости делятся на два типа — npn и pnp:

транзистор по типу проводимости

Разобравшись с легированием кремниевой пластины и определившись с типами проводимости, можно переходить к рассмотрению принципа работы транзистора.

Простейший усилитель на биполярном транзисторе

Рассмотрим подробнее принцип усиления сигнала в электрической плоскости на примере схемы. Заранее оговорюсь, что эта схема не совсем верна. Никто не подключает источник постоянного напряжения напрямую к источнику переменного тока. Но в этом случае будет проще и понятнее понять сам механизм усиления с помощью биполярного транзистора. Кроме того, тот же метод расчета в следующем примере несколько упрощен.

1.Описание основных элементов цепи

Итак, предположим, что у нас есть транзистор с коэффициентом усиления 200 (β = 200). Со стороны коллектора подключаем относительно мощный блок питания на 20В, за счет энергии которого будет происходить усиление. Со стороны базы транзистора подключите слабый источник питания 2 В. К нему последовательно подключаем источник синусоидального переменного напряжения с амплитудой колебаний 0,1В. Это будет сигнал, который нужно усилить. Резистор Rb возле базы нужен для ограничения тока от источника сигнала, который обычно слабый.

биполярный усилитель на транзисторной схеме

2. Расчет входного тока базы Ib

Теперь давайте рассчитаем базовый ток Ib. Поскольку мы имеем дело с переменным напряжением, мы должны рассчитать два значения тока: при максимальном напряжении (Vmax) и минимальном (Vmin). Эти значения тока мы называем соответственно Ibmax и Ibmin.

Также для расчета тока базы необходимо знать напряжение база-эмиттер VBE. Между базой и эмиттером имеется PN переход. Получается, что ток базы «встречает» на своем пути полупроводниковый диод. Напряжение, при котором полупроводниковый диод начинает проводить, составляет примерно 0,6 В. Мы не будем вдаваться в подробности вольт-амперной характеристики диода и для простоты расчета возьмем примерную модель, согласно которой напряжение на токоведущем диоде всегда равно 0,6 В. Это означает, что напряжение между базой а эмиттер VBE = 0,6V. А поскольку эмиттер заземлен (VE = 0), напряжение база-земля также составляет 0,6 В (VB = 0,6 В).

Мы рассчитываем Ibmax и Ibmin по закону Ома:

2. Расчет выходного тока коллектора IС

Теперь, зная коэффициент усиления (β = 200), можно легко рассчитать максимальное и минимальное значения тока коллектора (Icmax и Icmin).

3. Расчет выходного напряжения Vout

Осталось рассчитать напряжение на выходе нашего усилителя Vout. В этой схеме это напряжение коллектора VC.

Коллекторный ток протекает через резистор Rc, который мы уже рассчитали. Осталось заменить значения:

4. Анализ результатов

Как видно из результатов, VCmax меньше VCmin. Это связано с тем, что напряжение на резисторе VRc вычитается из напряжения питания VCC. Однако в большинстве случаев это не имеет значения, поскольку нас интересует переменная составляющая сигнала — амплитуда, которая увеличилась с 0,1 В до 1 В. Частота и форма синусоиды не изменились. Конечно, десятикратное соотношение Vout / Vin — далеко не лучшее значение для усилителя, но можно проиллюстрировать процесс усиления.

схема усилителя на биполярном транзисторе

Итак, резюмируем принцип работы усилителя на биполярном транзисторе. Через базу протекает ток Ib, несущий постоянную и переменную составляющие. Постоянная составляющая требуется для того, чтобы PN-переход между базой и эмиттером начал «открываться». Фактически, переменная составляющая — это сам сигнал (полезная информация). Ток коллектор-эмиттер внутри транзистора является результатом умножения тока базы на коэффициент усиления. В свою очередь, напряжение на резисторе Rc над коллектором является результатом умножения усиленного тока коллектора на номинал резистора.

Таким образом, на вывод Vout поступает сигнал с большей амплитудой колебаний, но с той же формой и частотой. Важно отметить, что транзистор получает питание для усиления от источника питания VCC. При недостаточном питающем напряжении транзистор не сможет полноценно функционировать и выходной сигнал может быть искажен.

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

Обычно такие процессы обычно объясняют движением носителей заряда внутри полупроводников: дырок и электронов. В этом случае токи создаются приложенными источниками ЭДС, циркулирующими через выводы коллектора и эмиттера.

Они зависят от приложенных напряжений Ueb и Ucb, что показывает вольт-амперная характеристика.

При малых значениях ЭДС переходы не могут пропускать через себя электрический ток. В этом случае говорят, что электронный ключ закрыт. Чтобы его открыть, нужно подать управляющий сигнал. Это определенное напряжение, приложенное между базой и эмиттером.

Первым назначением биполярного транзистора является функционирование электронного переключателя, когда он блокирует прохождение электрического тока через себя без команды, а когда он поступает, он передает нагрузку.

Позвольте мне более подробно объяснить практическое применение этой функции.

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

На практике создано множество устройств, работающих на основе транзисторного ключа. Я покажу вам два, которые легко повторить своими руками даже начинающему мастеру, владеющему навыками использования паяльника.

Простейший датчик протечки воды — схема и описание для чайника

Устройство, которое помещается в спичечный коробок и автоматически оповещает хозяина о появлении влаги на полу под раковиной или ванной, собирается из следующих пяти частей:

  1. датчик влажности — пластиковая изолированная пластина с двумя токопроводящими контактными площадками (клееный металлический лист). Они отделены друг от друга воздушным пространством. Желательно надеть кусок марли или ваты, хорошо впитывающий пролитую воду;
  2. марка транзистора 2Н5551 или его аналог;
  3. светодиод VD1;
  4. любой пьезоэлемент СП1 — звуковой преобразователь электрического сигнала, который может быть снят с отслуживших свой срок электронных часов;
  5. батарея 3 В: литиевая батарея типа «таблетка» подходит для часов, калькуляторов и подобных устройств.

Этот электронный ключ замкнут в сухом состоянии, потому что выводы его транзисторного перехода база-коллектор разомкнуты. Когда вода выходит, возникает электрический контакт между подушечками датчика влажности.

Напряжения, приложенного от источника питания к клеммам «В» и «К» ТН, достаточно для изменения состояния замкнутого перехода. Ключ открывается и ток в цепи эмиттера включает светодиод и активирует звуковое оповещение.

Более подробно работа этой схемы описана в отдельной статье. Ключ работает таким же образом в более позднем развитии.

Схема управления насосом откачки воды для повторения своими руками

Мы считаем, что перед нами стоит задача поддерживать объем воды в резервуаре между нижним допустимым горизонтом (L) и верхней отметкой (H) путем включения и выключения насоса. Для этого в емкость на указанной высоте помещаем три электрода.

Провода от них проводим к соответствующим входам электрической цепи управления. Питается от постоянного напряжения 12 вольт (блок питания или аккумулятор).

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

Последний подает напряжение на исполнительное реле KL1, которое своими контактами включает насос. Начните наполнять бак водой. Светодиод HL1 своим свечением указывает на работу насоса.

Когда вода достигает уровня L, VT1 открывается, но не влияет на состояние VT3. Напряжение на его базе поддерживается резистором R8.

Когда вода достигает верхнего уровня H, активируется ключ VT2, что дополнительно снижает напряжение на базе VT3 и, следовательно, VT4. Это отключит реле и насос. Светодиод гаснет.

Насос будет обесточен до тех пор, пока не будет достигнут нижний уровень воды в баке. При этом описанный алгоритм работы повторяется в одном цикле.

Обе диаграммы показывают работу транзисторного ключа. Управляется командой с контактных датчиков. В результате исполнительный орган активируется или деактивируется. Другие функции здесь не предусмотрены.

Регулятор тока на биполярном транзисторе: как работает схема управления

мне удобнее объяснять принцип работы регулятора следующей картинкой его открытого состояния.

По сути, он ничем не отличается от приведенного выше и демонстрирует, как работает биполярный транзистор. Но здесь более наглядно и наглядно проявляются процессы, протекающие по закону Ома.

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

  1. база-эмиттер, по которому циркулирует управляющий ток I1;
  2. эмиттер-коллектор с подключенной силовой цепью и током в нем I2.

Здесь действует важное правило: небольшой ток, протекающий через базу, управляет большой нагрузкой, подключенной к цепи эмиттер-коллектор.

И все это делается путем изменения напряжения между базой и эмиттером на такую ​​же разность потенциалов, приложенную к внешней цепи выводов коллектора и эмиттера.

Я попытался изобразить принцип регулирования тока коллектора в НН следующим изображением.

Надеюсь понятно, что при низком напряжении U1 маленький, при среднем — средний, а при более высоком — повышенный.

Следовательно: ток коллектора регулируется напряжением, приложенным к базе при одинаковом напряжении между эмиттером и коллектором.

Многие источники питания работают по этому принципу. Приведу пример одного из простых, конструкцию которого легко собрать своими руками.

Детали указаны сразу на схеме. Трансформатор можно взять от старого лампового телевизора или другой техники. Рассчитать и загрузить самостоятельно несложно. В любом случае он должен выдерживать нагрузку, которая будет проходить через него.

Защита от коротких замыканий и перегрузок выполняется простыми предохранителями. Подбираем диодный мост по нагрузке. В большинстве случаев можно обойтись и более старыми диодами D226.

В этом проекте нас в основном интересует принцип регулирования, выполняемый выходом BT KT815. Это происходит за счет изменения положения ползунка потенциометра R6, регулирующего потенциал по транзистору КТ315 (VT1).

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

Физические процессы

Возьмите транзистор NPN в режиме холостого хода, когда подключены только два постоянных напряжения питания E1 и E2. На стыке эмиттера напряжение прямое, на стыке коллектора — противоположное. Следовательно, сопротивление эмиттерного перехода невелико, и напряжения E1 в десятых долях вольта достаточно для получения нормального тока. Сопротивление коллекторного перехода высокое, а напряжение E2 обычно составляет десятки вольт.

Следовательно, как и раньше, маленькие темные кружки со стрелками — электроны, красные — дырки, большие кружки — положительно и отрицательно заряженные атомы доноров и акцепторов. Вольт-амперная характеристика эмиттерного перехода является характеристикой полупроводникового диода постоянного тока, а вольт-амперная характеристика коллекторного перехода аналогична вольт-амперной характеристике диода обратного тока.

Принцип работы транзистора следующий. Прямое напряжение перехода ub-эмиттер влияет на токи эмиттера и коллектора, и чем оно выше, тем больше эти токи. Изменения тока коллектора лишь немного меньше, чем изменения тока эмиттера. Оказывается, напряжение на переходе база-эмиттер, то есть входное напряжение, контролирует ток коллектора. На этом явлении основано усиление электрических колебаний с помощью транзистора. Основные биполярные транзисторы показаны в таблице ниже.

таблица основных биполярных транзисторов
Таблица характеристик биполярных транзисторов.

С увеличением прямого входного напряжения ub-e потенциальный барьер в эмиттерном переходе уменьшается и, как следствие, ток через этот переход i и увеличивается. Электроны этого тока инжектируются эмиттером в базу и за счет диффузии проникают через базу в коллекторный переход, увеличивая ток коллектора. Поскольку коллекторный переход работает при обратном напряжении, в этом переходном пространстве появляются заряды (большие кружки на рисунке). Между ними возникает электрическое поле, которое способствует продвижению (извлечению) через коллекторный переход электронов, пришедших сюда от эмиттера, то есть они притягивают электроны в область коллекторного перехода.

Схема работы и устройство биполярного транзистора.

Если толщина базы достаточно мала и концентрация дырок в ней мала, то большая часть электронов, проходя через базу, не успевает рекомбинировать с дырками в базе и достигать коллекторного перехода. Лишь небольшая часть электронов рекомбинирует в дырочной основе. Это приводит к базовому току.

Базовый ток бесполезен и даже вреден. Желательно, чтобы он был как можно меньше. Поэтому основная область очень тонкая и концентрация дырок в ней мала. Тогда меньше электронов снова начнется с дырками и, опять же, базовый ток будет незначительным.

Когда на эмиттерный переход не подается напряжение, можно предположить, что в этом переходе нет тока. Следовательно, область коллекторного перехода имеет значительное сопротивление постоянному току, поскольку большинство носителей заряда удаляются от этого перехода, и обедненные области этих носителей создаются вдоль обеих границ. Через коллекторный переход протекает очень небольшой обратный ток, вызванный движением неосновных носителей заряда друг к другу.

Если под действием входного напряжения возникает значительный ток эмиттера, электроны инжектируются в базу со стороны эмиттера, для этой области они являются неосновными носителями. Они достигают стыка коллектора, не успевая воссоединиться с отверстиями при прохождении через основание.

Чем выше ток эмиттера, тем больше электронов попадает в коллектор, тем меньше становится его сопротивление, поэтому ток коллектора увеличивается. Подобные явления происходят и в транзисторе pnp-типа, необходимо только поменять местами электроны и дырки, а также полярность источников E1 и E2.

Как работает транзистор.
Как работает транзистор.

Помимо рассмотренных процессов, существует ряд других явлений. Рассмотрим модуляцию толщины базы: по мере увеличения напряжения на коллекторном переходе происходит умножение лавинного заряда, что в основном связано с ударной ионизацией.

Это явление и туннельный эффект могут вызывать электрические сбои, которые по мере увеличения тока могут переходить в тепловые сбои. Все происходит так же, как и с диодами, но в транзисторе с чрезмерным током коллектора возможен тепловой пробой без предварительного электрического пробоя.

Тепловой пробой может происходить без повышения напряжения коллектора до напряжения пробоя. При изменении напряжений на переходах коллектора и эмиттера изменяется их толщина, в результате чего изменяется толщина базы.
особенно важно учитывать напряжение базы коллектора, так как с увеличением толщины коллектора толщина базы уменьшается. При очень тонкой базе может возникнуть эффект замыкания (так называемое «просверливание» базы) — соединение коллекторного перехода с эмиттерным переходом. В этом случае область базы пропадает и транзистор перестает нормально работать.

По мере того, как инжекция носителей из эмиттера в базу увеличивается, неосновные носители заряда накапливаются в базе, то есть увеличивается концентрация и общий заряд этих носителей. Но с уменьшением инжекции концентрация и общий заряд этих же носителей в базе уменьшаются, и этот процесс получил название резорбции неосновных носителей заряда в базе.

И наконец, правило: при использовании транзисторов запрещается разрыв цепи базы, если цепь коллектора не запитана. Также необходимо включить цепь базы и, следовательно, цепь коллектора, но не наоборот.

Схема транзисторного устройства.
Схема транзисторного устройства.

Биполярные транзисторы

Биполярный транзистор — это полупроводниковый прибор, состоящий из трех чередующихся полупроводниковых областей с разными типами проводимости (ppp или ppp) с одним проводником от каждой области. Рассмотрим работу транзистора типа npn. Чередующиеся области образуют два pn перехода база-эмиттер (BE) и база-коллектор (BC).

На переход BE подается прямое напряжение EBE, под действием которого электроны из n-области эмиттера устремляются к базе, создавая ток эмиттера. Концентрация примесей в эмиттере сделана во много раз больше базы, а сама база максимально тонкая. Следовательно, только небольшая часть (1-5%) электронов, испускаемых эмиттером, рекомбинирует с дырками в базе.

Большинство электронов, прошедших узкую базовую область (доли микрон), «улавливаются» коллекторным напряжением Ek, которое представляет собой обратное напряжение для BC-перехода, и, бегая к плюсу внешнего источника Eк, создает коллекторный ток, протекающий через нагрузку Rн. Электроны, которые рекомбинируют с дырками в базе, составляют базовый ток IB.

В этом случае ток коллектора определяется током эмиттера за вычетом тока базы. Транзистор типа pnp работает аналогичным образом, отличаясь только тем, что его эмиттер испускает дыры в базе, а не электроны, поэтому полярности прямого и обратного напряжения Ek UEB, приложенного к нему, должны быть противоположны транзистору типа ppn.

На символе транзистора стрелка расположена на эмиттере и всегда направлена ​​от области p к области n. На рис. 1.8, б показано условное обозначение транзистора ppp, а на рис. 1.9, б — ppp. Кружок вокруг транзистора означает, что транзистор выполнен в независимом корпусе, а отсутствие кружка означает, что транзистор выполнен за одно целое с другими элементами на полупроводниковой пластине интегральной микросхемы.

стрелку эмиттера удобно рассматривать как индикатор полярности прямого напряжения, приложенного между базой и эмиттером, которое «открывает» (как выпрямительный диод) транзистор. При использовании транзистора в электронных устройствах требуются два контакта для входного сигнала и два для выходного сигнала.

Поскольку у транзистора всего три контакта, один из них должен быть общим, принадлежащим как входной, так и выходной цепи. Возможны три варианта коммутации транзисторов: с общей базой, с общим эмиттером и общим коллектором.

Переход в биполярном транзисторе.
Переход в биполярном транзисторе.

Режимы работы биполярных транзисторов

Режим отсечки

Ступени закрыты, устройство не работает. Этот режим достигается повторным подключением к внешним источникам. Через оба перехода протекают небольшие обратные коллекторные и эмиттерные токи. Часто предполагается, что в этом режиме устройство разрывает цепь.

Активный инверсный режим

это промежуточное звено. Переход БК открыт, а база эмиттера закрыта. Базовый ток в этом случае намного меньше токов E и K. Усилительные характеристики биполярного транзистора в этом случае отсутствуют. Этот режим мало востребован.

Режим насыщения

Устройство полностью открыто. Оба перехода подключены к источникам тока в прямом направлении. Это снижает потенциальный барьер, ограничивающий проникновение носителей заряда. Токи, называемые «токами насыщения», начинают течь через эмиттер и коллектор».

Какие параметры учитывают при выборе биполярного транзистора?

  • Материал, из которого он сделан, — арсенид галлия или кремний.
  • Частота. Это может быть — сверхвысокий (более 300 МГц), высокий (30–300 МГц), средний — (3–30 МГц), низкий (менее 3 МГц).
  • Максимальная рассеиваемая мощность.

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

Особенность # 1

Электрические характеристики LV описываются сложными формулами. Их очень неудобно использовать на практике. Поэтому инженеры-электронщики работают с графиками, которые выражают взаимосвязь между входными и выходными параметрами.

Они делятся на два типа:

  1. статические, определяющие емкости полупроводниковых переходов по токам и напряжениям на входе и выходе в холостом режиме (режим холостого хода);
  2. output — зависимость тока через коллектор от приложенного выходного напряжения к определенному току через базу.

У каждого БТ есть свои индивидуальные особенности. Однако сейчас таких полупроводников производится так много, что практически любому из них нетрудно найти аналогичную замену даже от другого производителя.

Для работы транзисторов можно использовать один из следующих режимов:

  • активный (нормальный или реверсивный);
  • насыщенность;
  • резать;
  • барьер.

Особенность # 2

Любой БТ, созданный с помощью пакета pnp или npn, работает практически по одним и тем же алгоритмам, которые отличаются только направлением протекания положительного тока через переходы полупроводников.

Таким образом, для прямого и обратного транзисторов создаются индивидуальные схемы управления и нагрузка подключается к выходным цепям.

Для примера приведу еще одну схему простого зарядного устройства, собранного на транзисторном модуле с pnp переходами. Можете сравнить с предыдущей версией. Вы увидите почти такую ​​же структуру, но с противоположным направлением тока.

Здесь еще меньше деталей, а выходные значения регулируются путем изменения значения напряжения, подаваемого на вход электронного модуля. Используется обычный потенциометр.

Особенность # 3

Когда он открыт, переход входного полупроводника в режим отсечки низкого напряжения имеет небольшое падение напряжения. В одном конкретном случае это около 0,7 вольт. Чтобы привлечь ваше внимание к этой проблеме, я специально нарисовал картинку — считается, что так лучше всего работает человеческая память.

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

Особенность # 4

Ток коллектора НН определяется как базовый ток, умноженный на очень большое количество постоянных значений.

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

Для этого был введен коэффициент h21. Его суть демонстрирует следующее изображение.

Если сохранить номиналы, указанные для данной тестовой схемы (10 вольт на источнике ЭДС и 100 кОм на сопротивлении), то показания амперметра в миллиамперах просто умножаются на 10. Получаем значение коэффициента h21.

Подобные алгоритмы встроены в цифровые мультиметры и аналоговые тестеры, позволяющие измерять коэффициент h21 при проверке БТ.

Особенность # 5

В открытом состоянии потенциал внутреннего полупроводникового перехода коллектора низкого напряжения выше, чем у эмиттера. В моем конкретном случае это 0,3 вольта.

Здесь открытый транзистор работает как обычный переключатель, но не идеально. Его внутренняя схема имеет падение напряжения 0,3 В. Однако в большинстве случаев это не критично.

Предположим, что в цепи коллектора появилось дополнительное сопротивление. Изменение тока через этот резистор вызовет падение напряжения на нем.

Однако более высокий потенциал коллектора в сочетании с более высоким базовым током может стабилизировать выходные характеристики. В этом случае силовые токи сохраняют свое значение.

Как проверить биполярный транзистор: 2 доступные методики

Для подбора транзисторов с одинаковым коэффициентом h21 существуют специальные пробники. Теперь они поставляются с традиционными цифровыми мультиметрами. В молодости их ставили только на дорогие аналоговые тестеры.

Есть два метода оценки исправности транзисторов:

  1. с помощью мультиметра или тестера измерить сопротивление между всеми выводами (самый распространенный и дешевый способ);
  2. расчет коэффициента h21 с помощью встроенного щупа.

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

Если мы вернемся к конструкции полупроводниковых переходов, то сразу заметим, что наш транзистор вполне правомерно представлять два диода, соединенных одними и теми же полюсами (pon) со своими выводами. Общая точка для них будет работать за основу.

Теперь вспомним, как проверяется диод: по нему пропускают электрический ток в обоих направлениях, а внутреннее сопротивление перехода оценивается по его прохождению. Если он соответствует стандарту, полупроводник в порядке. Другой образ — брак.

Тот же принцип включен в проверку BT. Просто через каждую пару контактов необходимо пропустить ток в обоих направлениях и от его изменения, чтобы судить о функциональности проверяемого объекта.

Для проверки нам понадобятся:

  1. уточнить возможности вашего мультиметра или тестера;
  2. используйте приведенные ниже справочные данные;
  3. принять меры.

Что учитывать в вашем счетчике

У моего старого тестера Ц4324 на шкале есть обозначения, на которые нужно обращать внимание.

Будем работать по шкале кОм. Рядом с разъемом для подключения измерительного провода есть значок -кОм, который указывает отрицательный потенциал этого контактного разъема. Плюс находится на противоположной левой стороне.

Эта информация поможет нам определить направление тока, который будет течь через полупроводниковые переходы.

В роли вольтметра постоянного тока он имеет «плюс» на той же правой клемме. Зная это, проверяю полярность мультиметра переключением в режим измерения или непрерывности Ω, а тестером — вольт.

На представленном фото тестер измерял напряжение мультиметром, а последний измерял сопротивление вольтметра. Но сейчас нас интересует другая информация:

  1. положительный полюс мультиметра находится на его красном щупе;
  2. минус — черный.

Справочные данные — вкратце

Сразу замечаю, что указанные здесь параметры являются приблизительными. Однако они позволяют оценить характеристики полупроводниковых переходов.

БТ, работающий в цепи базового коллектора и базового эмиттера в одном направлении (в зависимости от прямой или обратной проводимости), имеет сопротивление в пределах Ом, например 50-1200 Ом.

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

При измерении учитываем:

  1. положительный датчик устанавливается на выходе, соответствующем токовому входу, а отрицательный — на выходе;
  2. значок ∞ означает, что при заданном пределе измерения мультиметром не удалось определить сопротивление — оно больше (вполне возможен обрыв цепи);
  3. результат около 0 Ом при измерении током через базу означает пробой перехода;
  4. значение сопротивления между коллектором и эмиттером оценивается знаком ∞.

Как снять мерки

Можно работать тестером или мультиметром. Разницы практически нет. Покажу все на примере своего кармана Mestek MT-102. Просто мне сложнее все объяснить про старый Ц4324, а вам сложнее разобраться.

Если у вас есть другой прибор и вы с трудом осваиваете его, то у меня есть статья, в которой изложены и подробно описаны принципы измерений любым цифровым мультиметром. Вы можете войти и использовать это.

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

Поставил мультиметр в режим набора (можно омметр), закрепил один конец крокодилом на корпусе и вторым щупом обнаружил соответствующий вывод. Измерение показывает ноль.

Чтобы вам было удобнее отслеживать мои действия по фотографиям, я выделил результат чисто случайным образом:

  1. на булавку надеть короткий кусок батиста;
  2. на втором — длинные;
  3. третий остался голым (коллекционер).

Я тестировал силовой транзистор P213A с толстыми контактами. На них удобно только сажать крокодилов, фотографировать. То же самое и с мелкими предметами и тонкими ножками. Открытыми должны быть только щупы, избегайте ненужных контактов.

Знак P213A четко обозначен на корпусе. Позволяет изучить каталог, определить вывод по изображению в нем, узнать технические характеристики, в том числе проводимость: прямая или обратная.

На практике этого часто не происходит: маркировка нечитаема, товар «без названия». Именно этой сложной техники я буду придерживаться, так как приходится делать чаще.

Выбираю один из контактов (кембриком не отмечен) и вставляю в него щуп, например красный. Присоединяю черный конец к произвольной секунде (длинный батист). Замечу чтение: 196 Ом.

Переношу черный конец на короткую булавку из батиста. Я вижу большое сопротивление.

Меняю концы в точках: на неизолированный провод кладу черный щуп, а на длинный — красный. Я вижу высокое сопротивление.

Красный конец перекладываю на короткую булавку из батиста. Измеряю 72 Ом.

Осталось два измерения. Красный щуп оставляю на прежнем месте, а черный присоединяю к розетке длинным батистом. Результат 198 Ом.

Меняю концы местами. Голая булавка не задействована. Я вижу большое сопротивление.

Теперь осталось проанализировать полученные результаты.

Мы знаем, что базовый вывод является общим для обоих составных диодов. Оба перехода следует вызвать к нему со значением Ом. Это меры №:

  • 1 (больший или красный щуп на голой булавке, минус на длинном батисте);
  • 4 (меньше на голой булавке, больше на коротком батите);
  • 5 (короче, короче).

Замечу, что общий вывод для двух измерений (1 и 5) из трех отмечен длинным батистом. С двух сторон к нему течет ток. Итак, это основа.

Два других контакта — это эмиттер и коллектор. Мы должны как-то их различать. Методика заключается в следующем: сопротивление базы коллектора всегда ниже сопротивления базы эмиттера. (Коллекторный ток неизбежно самый большой). Сравните 196 Ом в первом случае и 198 Ом в пятом.

Получаем, что коллекционер ничем не помечен, что подтверждается фото его композиции на футляре. Остающийся выход с коротким батистом — эмиттер.

Обратите внимание на направление токов к базе. Они идут от внешнего к внутреннему переходам (прямое направление: структура pnp). В обратном направлении токи не проходят: полупроводники целы.

Теперь важное замечание: транзисторы малой мощности имеют очень высокое сопротивление между эмиттером и коллектором при измерении тока в обоих направлениях.

В мощных моделях BT между этими концами измеряется несколько Ом в одном направлении (в зависимости от проводимости), как показано на Рисунке No. 4.

А теперь покажу вам характеристики проверенного P213A, взятые из интернет-магазина. Они помогут вам оценить результаты моей проверки.

Учтите, что эта методика позволяет определять исправность транзисторов прямо на схеме, не распаивая их. Бывают просто случаи, когда полупроводниковые переходы отклоняются резисторами с низким сопротивлением.

Они будут звучать в обоих направлениях с низким сопротивлением. Тогда БТ придется разобрать. Но обычно они не пьяны: из-за лишних телодвижений.

Работайте аккуратно и аккуратно. Не прикасайтесь пальцами к металлической части зонда. Это изменит результат измерения и приведет к ошибке.

Основные характеристики биполярных транзисторов

Основные характеристики BT:

  1. Я зарабатываю.
  2. Вход и выход Р.
  3. Ик-э инверс.
  4. Время включения.
  5. Частота передачи Ib.
  6. Обратный ик.
  7. Максимальное значение I.

Принцип работы транзистора

Чтобы понять, как работает транзистор, необходимо понять, что происходит с электронами его базового элемента (диода). Диод образуется, если одна часть кремния легирована примесью p-типа, а другая — примесью n-типа. На границе этих частей произойдет следующее:

Многочисленные электроны на стороне n будут стремиться занять дырки, расположенные на стороне p. В этом случае край стороны p будет иметь небольшой отрицательный заряд, а заряд стороны n будет положительным.
Электрическое поле, возникающее в результате этого процесса, будет препятствовать дальнейшему естественному движению электронов.
Если внешний источник питания подключен к диоду определенным образом, электроны и дырки будут притягиваться к нему, и в этом случае ток будет невозможен.
Однако если поменять стороны подключения источника питания, ситуация изменится.
Предположим, что у источника питания достаточно напряжения, чтобы преодолеть потенциальный барьер. Сразу можно заметить, что электроны будут отталкиваться от отрицательного полюса. Когда электроны пересекают потенциальный барьер, они теряют энергию и легко занимают дырки в p-области. Но из-за притяжения к положительному полюсу эти электроны теперь могут перемещаться к соседним дыркам в p-области и перемещаться по внешней границе. Это явление называется прямой поляризацией диода.

Зная изложенный выше принцип работы, можно легко понять, как устроен транзистор. Действительно, транзистор состоит из двух зеркально соединенных диодов с очень тонким и слаболегированным p-слоем. Следовательно, независимо от того, как подключен источник питания, диод всегда будет иметь обратное смещение и предотвращать протекание тока. Это означает, что транзистор выключен. Посмотрим, как это выглядит на схеме:

Транзистор в закрытом состоянии

Подключаем второй источник питания (см. Схему). Его напряжение должно быть достаточным для преодоления потенциального барьера. У нас получается обычный диод с прямым смещением и большое количество электронов будет перемещаться из области n. Некоторые электроны займут свободные дырки и, двигаясь по соседним свободным дыркам, будут двигаться к основанию. Но в p-области движется гораздо больше электронов. А оставшиеся электроны будут притягиваться к положительному полюсу первого источника энергии и двигаться дальше.

Схема подключения второго источника энергии:

Принцип работы транзистора

Стоит отметить, что p-область транзистора очень узкая и обеспечивает отсутствие потока оставшихся электронов к положительному полюсу второго источника энергии. То есть слабый базовый ток усиливается по направлению к коллектору. Если вы увеличите базовый ток, ток коллектора увеличится пропорционально. Это простой пример усиления тока с помощью биполярного транзистора (β = Ic ⁄ Ib).

Проверка

Самый простой способ измерить h21e биполярных силовых транзисторов — это воспроизвести их с помощью мультиметра. Для открытия полупроводникового триода pnp на базу подается отрицательное напряжение. Для этого мультиметр переходит в режим омметра на -2000 Ом. Стандарт для колебаний сопротивления от 500 до 1200 Ом.

Для управления другими участками необходимо приложить к основанию положительное сопротивление. Во время этой проверки индикатор должен показывать большее сопротивление, иначе триод неисправен.

Иногда выходные сигналы прерываются резисторами, установленными для уменьшения сопротивления, но сейчас эта технология шунтирования используется редко. Чтобы проверить характеристики сопротивления импульсных npn-транзисторов, необходимо подключить положительный знак к базе и отрицательный знак к выводам эмиттера и коллектора.

Схемы включения

шема беполярного транзистора

Для правильного использования и подключения БТ необходимо знать их классификацию и тип. Классификация биполярных транзисторов:

  1. Материал изготовления: германий, кремний и арсенидогаллий.
  2. Особенности изготовления.
  3. Рассеиваемая мощность: низкая мощность (до 0,25 Вт), средняя (0,25–1,6 Вт), высокая мощность (более 1,6 Вт).
  4. Частота среза: низкая частота (до 2,7 МГц), средняя частота (2,7-32 МГц), высокая частота (32-310 МГц), сверхвысокая частота (более 310 МГц).
  5. Функциональное назначение.

По функциональному назначению БТ делятся на следующие виды:

  1. Усилитель низкой частоты с нормированным и нестандартным коэффициентом шума (НННКШ).
  2. Высокочастотное усиление с НиННКШ.
  3. Сверхвысокочастотное усиление с NiNNKSH.
  4. Мощное усиление высокого напряжения.
  5. Генераторные установки с высокими и очень высокими частотами.
  6. Коммутационные устройства высокого и низкого напряжения с низким энергопотреблением.
  7. Мощный импульс для высоких значений U.

Также существуют такие типы биполярных транзисторов:

  1. П-нп.
  2. Npn.

Посмотрите это видео на YouTube
Что такое биполярный транзистор и какие бывают схемы переключения

Существует 3 схемы включения биполярного транзистора, каждая из которых имеет свои достоинства и недостатки:

  1. Генерал Б.
  2. Генерал Э.
  3. Генерал К.

Включение с общей базой (ОБ)

Схема применена к высоким частотам, что позволяет оптимально использовать частотную характеристику. При подключении БТ по схеме с OE, а затем с OB, его рабочая частота увеличится. Такая схема подключения используется в усилителях антенного типа. Снижается уровень высокочастотного шума.

Преимущества:

  1. Оптимальные значения температуры и широкий диапазон частот (f).
  2. Высокое значение Uк.

Недостатки:

  1. Низкое усиление по I.
  2. Низкий вход R.

Включение с общим эмиттером (ОЭ)

При подключении по этой схеме усиление происходит в U и I. Схема может питаться от одного источника. Часто используется в усилителях мощности (P).

Преимущества:

  1. Высокий заработок для I, U, P.
  2. Источник питания.
  3. Выходная переменная U инвертируется по отношению к входной.

Имеет существенные недостатки: меньшая температурная стабильность и хуже частотные характеристики, чем при подключении к OB.

Включение с общим коллектором (ОК)

Вход U полностью передается обратно на вход, и Ki аналогичен при подключении к OE, но низкий в U.

Этот тип переключения используется для согласования каскадов на транзисторах или с источником входного сигнала с высоким выходным сопротивлением R (конденсаторный микрофон или звукосниматель). К достоинствам можно отнести следующие: высокий входной и низкий выход R. Недостатком является низкий коэффициент усиления U.

Оцените статью
Блог для радиолюбителей