Transistörün aktif modu nedir? Bipolar transistör nedir ve nasıl test edilir

bipolar transistörler Bunlar, farklı iletkenliğe sahip ardışık üç katmana bağlı üç elektrotlu yarı iletken cihazlardır. Bir tür yük taşıyan diğer transistörlerin aksine, aynı anda iki tür yük taşıma yeteneğine sahiptir.

Bipolar transistörlerin kullanıldığı bağlantı şemaları, yapılan işe ve iletim tipine bağlıdır. İletkenlik elektronik olabilir, delik.

Bipolar transistör çeşitleri

Bipolar transistörler, çeşitli kriterlere göre aşağıdakilere göre tiplere ayrılır:

• Üretim malzemesi: silikon veya galyum arsenit.
• frekans değeri: 3 MHz'e kadar - düşük, 30 MHz'e kadar - orta, 300 MHz'e kadar - yüksek, 300 MHz'den fazla - ultra yüksek.
• en yüksek güç dağılımı: 0-0,3W, 0,3-3W, 3W üzeri.
• Cihaz tipi: Sıralı iletim düzenine sahip 3 katmanlı yarı iletken.

Cihaz ve iş

Transistörün hem dahili hem de harici katmanları, taban, yayıcı ve toplayıcı şeklinde kendi adlarına sahip yerleşik elektrotlarla birleştirilir.

Kollektör ve yayıcı için iletkenlik türlerinde özel bir fark yoktur, ancak kollektördeki safsızlıkların dahil edilme yüzdesi çok daha düşüktür, bu da çıkışta izin verilen voltajı artırmayı mümkün kılar.

Yarı iletkenin orta tabakası (taban) hafif alaşımlı malzemeden yapıldığından yüksek direnç değerine sahiptir. Geniş bir alan üzerinde kollektör ile temas halindedir. Bu, geçişin diğer yönde yer değiştirmesinden ısının salınması nedeniyle gerekli olan ısı emiciyi artırmanıza olanak tanır. iyi temas toplayıcılı bazlar, azınlık taşıyıcıları olan elektronların kolay geçişine izin verir.

Geçiş katmanları aynı prensibe göre yapılır. Bununla birlikte, bipolar transistörler tek uçlu cihazlar olarak kabul edilir. Aynı iletkenliğe sahip yerlerde aşırı katmanları değiştirirken, benzer yarı iletken parametreleri oluşturmak imkansızdır.

Transistör bağlantı şemaları, onu hem kapalı hem de açık durumda sağlayabilecek şekilde tasarlanmıştır. -de aktif çalışma yarı iletken açıkken, yayıcı ileri yönde önyargılıdır. Bu tasarımı tam olarak anlamak için, besleme voltajını gösterilen şemaya göre bağlamanız gerekir.

Bu durumda kollektörün 2. bağlantı noktasındaki sınır kapalıdır, içinden akım geçmez. Uygulamada, bitişik geçişler, bunların birbirleri üzerindeki etkileri nedeniyle zıt fenomen oluşur. Pilin negatif kutbu yayıcıya bağlı olduğundan, açık tip geçiş elektronların ana taşıyıcı olan deliklerle yeniden birleştiği tabana geçmesini sağlar. Temel akım Ib görünür. Temel akım ne kadar yüksek olursa, çıkış akımı da o kadar büyük olur. Bu, amplifikatörlerin çalışma prensibidir.

Elektrik alanında iş olmadığından, tabandan yalnızca elektronların difüzyon hareketi akar. Bu katmanın küçük kalınlığı ve önemli parçacık gradyanı nedeniyle, tabanda olmasına rağmen neredeyse tamamı toplayıcıya girer. büyük direnç. Kavşakta ulaşımı teşvik eden ve onları çeken bir elektrik alanı vardır. Yayıcı ve toplayıcı akımları, tabandaki yeniden dağıtımdan kaynaklanan küçük bir şarj kaybı dışında aynıdır: ben e \u003d ben b + ben için.

Özellikler

• akım amplifikasyon faktörü β = ben / ben b.
• Voltaj Kazancı U eq / U olmak.
• Giriş direnci.
• Frekans özelliği - transistörün, geçiş işlemlerinin bir sinyal değişikliği için geç kaldığı belirli bir frekansa kadar çalışabilme yeteneği.

Çalışma modları ve şemaları

Devre tipi, iki kutuplu transistörün çalışma modunu etkiler. Sinyal kaldırılabilir ve iki yerde verilebilir farklı durumlar ve üç elektrot vardır. Bu nedenle, rastgele bir elektrot aynı anda hem çıkış hem de giriş olmalıdır. Tüm iki kutuplu transistörler bu prensibe göre bağlanır ve aşağıda ele alacağımız üç tip devreye sahiptirler.

Ortak Kollektör Devresi

Sinyal dirençten geçer RL, aynı zamanda kollektör devresine de dahildir.

Böyle bir bağlantı şeması, yalnızca bir akım yükselticisi oluşturmayı mümkün kılar. Böyle bir yayıcı izleyicinin avantajı, girişte önemli bir direnç oluşmasıdır. Bu, kazanç aşamalarını eşleştirmeyi mümkün kılar.

Ortak taban devresi

Devrede, küçük bir giriş direnci şeklinde bir dezavantaj bulabilirsiniz. Ortak taban devresi çoğunlukla bir osilatör olarak kullanılır.

Şema ile ortak yayıcı

Çoğu zaman, iki kutuplu transistörler kullanıldığında, ortak bir yayıcıya sahip bir devre gerçekleştirilir. Gerilim, yük direnci R L'den geçer, güç, yayıcıya negatif bir kutupla bağlanır.

sinyal değişken değer tabana ve yayıcıya gelir. Kollektör devresinde değeri büyür. Devrenin ana elemanları bir direnç, bir transistör ve bir güç kaynağına sahip bir amplifikatör çıkış devresidir. Ek çelik elemanlar: kapasite 1'den, akımın girişe geçmesine izin vermeyen, direnç R1, transistörün açılması nedeniyle.

Kolektör devresinde transistör voltajı ve direnci EMF değerine eşittir: E= IkRk+Vke.

Bunu, küçük bir Ec sinyalinin, transistör dönüştürücünün değişken çıkışındaki potansiyel farkını değiştirme kuralını belirlediği izler. Böyle bir devre, giriş akımının yanı sıra voltaj ve gücün de kat kat arttırılmasını mümkün kılar.

Böyle bir devrenin dezavantajları arasında girişte düşük direnç (1 kOhm'a kadar) sayılabilir. Sonuç olarak, kaskadların oluşumunda sorunlar ortaya çıkar. Çıkış direnci 2 ila 20 kOhm arasındadır.

Ele alınan şemalar, iki kutuplu bir transistörün hareketini göstermektedir. Çalışması, sinyalin frekansından ve aşırı ısınmadan etkilenir. Bu sorunu çözmek için ek ayrı önlemler uygulanır. Verici topraklaması çıkışta bozulma yaratır. Devrenin güvenilirliğini sağlamak için filtreler bağlanır, geri bildirim vesaire. Bu tür önlemlerden sonra devre daha iyi çalışır ancak kazanç azalır.

Çalışma modları

Transistörün hızı, bağlı voltajın değerinden etkilenir. Dikkate almak farklı modlar iki kutuplu transistörlerin ortak bir yayıcıya bağlandığı bir devre örneği üzerinde çalışın.

ayırmak

Bu mod, V BE voltajı 0,7 volta düştüğünde oluşur. Bu durumda emitör bağlantısı kapanır ve tabanda elektron olmadığı için toplayıcıda akım olmaz ve transistör kapalı kalır.

aktif mod

Transistörü açmaya yetecek kadar bir voltaj tabana uygulandığında küçük bir giriş akımı ve büyük bir çıkış akımı oluşur. Kazancın boyutuna bağlıdır. Bu durumda, transistör bir amplifikatör olarak çalışır.

Doygunluk modu

Bu çalışmanın aktif moddan kendi farklılıkları vardır. Yarı iletken sonuna kadar açılır, kollektör akımı ulaşır en büyük değer. Artışı, yalnızca yükü veya çıkış devresinin EMF'sini değiştirerek elde edilebilir. Taban akımının ayarlanması kollektör akımını değiştirmez. Doygunluk modu, transistörün tamamen açık olması ve bir anahtar gibi çalışması gibi özelliklere sahiptir. Bipolar transistörlerin doygunluk ve kesme modlarını birleştirirseniz, anahtarlar oluşturabilirsiniz.

Çıkış karakteristik özellikleri modları etkiler. Bu grafikte gösterilmiştir.

Koordinat eksenlerinde en yüksek kollektör akımı ve gerilim boyutuna karşılık gelen segmentler çizildiğinde ve ardından uçları birbiriyle birleştirildiğinde, kırmızı bir yük çizgisi oluşur. Grafik, temel akımda bir artışla birlikte yük hattı boyunca akım ve gerilim noktalarının yukarı doğru kayacağını göstermektedir.

Taralı çıkış karakteristiği ile Vke ekseni arasındaki alan kesme işidir. Bu durumda transistör kapalıdır ve akımın tersi küçüktür. Üstteki A noktasındaki karakteristik, yükle kesişir, bundan sonra, I V'de müteakip bir artışla, kollektör akımı artık değişmez. Grafikte doygunluk alanı, Ik ekseni ile en dik grafik arasındaki gölgeli kısımdır.

Çeşitli modlarda bipolar transistörler

Transistör sinyallerle etkileşime girer farklı şekiller içinde giriş devresi. Temel olarak, transistör amplifikatörlerde kullanılır. Giriş AC sinyali çıkış akımını değiştirir. Bu durumda, ortak bir emitör veya toplayıcıya sahip devreler kullanılır. Çıkış devresinde sinyalin bir yüke ihtiyacı vardır.

Çoğu zaman bu, kollektör çıkış devresinde kurulu olan direnç kullanılarak yapılır. Ne zaman doğru seçim, çıkıştaki voltaj değeri giriştekinden çok daha yüksek olacaktır.

Darbe sinyalinin dönüştürülmesi sırasında mod, sinüzoidal sinyallerle aynı kalır. Harmoniklerdeki değişimin kalitesi, yarı iletkenlerin frekans özelliklerine göre belirlenir.

Anahtar modu

Transistör anahtarları temassız anahtarlama için kullanılır. elektrik devreleri. Bu çalışma, yarı iletkenin direnç değerinin aralıklı olarak ayarlanmasından oluşur. Bipolar transistörler en çok anahtarlama cihazlarında uygulanabilir.

Sinyal değiştiren devrelerde yarı iletkenler kullanılır. Onların evrensel çalışma ve geniş bir sınıflandırma, transistörlerin performans yeteneklerini belirleyen çeşitli devrelerde kullanılmasını mümkün kılar. Kullanılan ana devreler yükseltici ve anahtarlama devreleridir.

Tünaydın arkadaşlar!

Bugün bilgisayar donanımının elektronik "tuğlalarını" tanımaya devam edeceğiz. Sizinle zaten nasıl olduğunu düşündük FET'ler, her birinde bulunması gereken anakart bilgisayar.

Rahatça oturun - şimdi entelektüel bir çaba harcayacağız ve nasıl olduğunu anlamaya çalışacağız.

iki kutuplu transistör

Bipolar transistör yarı iletken cihaz dahil olmak üzere elektronik ürünlerde yaygın olarak kullanılan bilgisayar blokları beslenme.

"Transistör" (transistör) kelimesi, "direnç dönüştürücü" anlamına gelen "çevir" ve "direnç" olmak üzere iki İngilizce kelimeden oluşur.

"Bipolar" kelimesi, cihazdaki akımın, negatif (elektronlar) ve pozitif ("delikler" olarak adlandırılan) olmak üzere iki kutuplu yüklü parçacıklardan kaynaklandığını gösterir.

"Delik" bir jargon değil, oldukça bilimsel bir terimdir. Bir "delik", telafi edilmemiş bir pozitif yük veya başka bir deyişle, bir yarı iletkenin kristal kafesinde bir elektronun olmamasıdır.

Bipolar transistör, değişken tipte yarı iletkenlere sahip üç katmanlı bir yapıdır.

Pozitif (pozitif, p-tipi) ve negatif (negatif, n-tipi) olmak üzere iki tür yarı iletken olduğundan, böyle bir yapının iki türü olabilir - p-n-p ve n-p-n.

Böyle bir yapının orta bölgesi taban, uç bölgeleri ise yayıcı ve toplayıcı olarak adlandırılır.

Diyagramlarda, iki kutuplu transistörler belirli bir şekilde belirtilmiştir (şekle bakınız). Transistörün esasen evet olduğunu görüyoruz. Pn kavşağı seri olarak bağlanır.

Dolgu sorusu - neden transistörü iki diyotla değiştirmiyorsunuz? Sonuçta, her birinin bir p-n bağlantısı var, değil mi? Seri olarak iki diyot açtım - ve çantada!

HAYIR! Gerçek şu ki, üretim sırasında transistördeki taban çok ince yapılmıştır ve bu, iki ayrı diyot bağlanarak elde edilemez.

Bipolar transistörün çalışma prensibi

Kollektör akımının temel akıma oranı, akım kazancı olarak adlandırılır ve birkaç birimden birkaç yüze kadar değişebilir.

Düşük güçlü transistörler için bunun genellikle güçlü olanlardan daha yüksek olduğunu (düşünülebileceği gibi tersi değil) not etmek ilginçtir.

Fark, FET geçidinden farklı olarak, kontrol sırasında temel akımın her zaman mevcut olmasıdır, yani. biraz güç her zaman kontrol için harcanır.

Yayıcı ile taban arasındaki voltaj ne kadar büyük olursa, taban akımı o kadar büyük ve buna bağlı olarak kollektör akımı da o kadar büyük olur. Bununla birlikte, herhangi bir transistör, yayıcı ile taban arasında ve yayıcı ile toplayıcı arasında izin verilen maksimum bir gerilime sahiptir. Bu parametreleri aşmak için yeni bir transistör ile ödeme yapmanız gerekecektir.

Çalışma modunda, temel emitör bağlantısı genellikle açıktır ve taban toplayıcı bağlantısı kapalıdır.

Bir röle gibi iki kutuplu bir transistör de bir anahtar modunda çalışabilir. Tabana yeterli miktarda akım uygularsanız (S1 düğmesini kapatın), transistör iyi açık olacaktır. Lamba yanacaktır.

Bu durumda emitör ile kollektör arasındaki direnç küçük olacaktır.

Verici-toplayıcı bölümündeki voltaj düşüşü voltun birkaç onda biri kadar olacaktır.

Daha sonra tabana akım sağlamayı bırakırsanız (S1'i açın), transistör kapanacaktır, yani. verici ve toplayıcı arasındaki direnç çok yüksek olacaktır.

Lamba kapanacaktır.

Bipolar transistör nasıl test edilir?

Bipolar bir transistör iki p-n bağlantısından oluştuğundan, dijital bir test cihazı ile kontrol etmek oldukça basittir.

Test cihazı çalıştırma anahtarını, bir sondayı tabana, ikincisini de yayıcıya ve kollektöre sırayla bağlayarak konuma ayarlamak gerekir.

Özünde, sadece sırayla kontrol ediyoruz servis kolaylığı geçişler.

Böyle bir geçiş açık veya kapalı olabilir.

Ardından probların polaritesini değiştirmeniz ve ölçümleri tekrarlamanız gerekir.

Bir durumda test cihazı emitör-taban ve toplayıcı-temel bağlantı noktalarında 0,6 - 0,7 V'luk bir voltaj düşüşü gösterecektir (her iki geçiş de açıktır).

İkinci durumda, her iki geçiş de kapatılacak ve test cihazı bunu kaydedecektir.

Çalışma modunda, çoğu zaman transistör bağlantılarından birinin açık ve ikincisinin kapalı olduğuna dikkat edilmelidir.

Bipolar transistörün akım transfer katsayısının ölçülmesi

Test cihazı akım transfer katsayısını ölçme yeteneğine sahipse, transistör çıkışlarını uygun soketlere takarak transistörün çalışabilirliğini kontrol edebilirsiniz.

Akım transfer oranı, kollektör akımının taban akımına oranıdır.

Aktarım katsayısı ne kadar büyük olursa, diğer her şey eşit olmak üzere kollektör akımı taban akımı tarafından o kadar büyük kontrol edilebilir.

Pin çıkışı (pinlerin adı) ve diğer veriler ilgili transistör için veri sayfalarından (referans veriler) alınabilir. Veri sayfaları, arama motorları aracılığıyla çevrimiçi olarak bulunabilir.

Test cihazı, referans verilerle karşılaştırılması gereken mevcut transfer (amplifikasyon) oranını ekranda gösterecektir.

Düşük güçlü transistörlerin akım aktarım katsayısı birkaç yüze ulaşabilir.

Güçlü transistörler için önemli ölçüde daha azdır - birkaç birim veya onlarca.

Ancak, vardır güç transistörleri birkaç yüz veya binlerce iletim faktörü ile. Bunlar sözde Darlington çiftleridir.

Bir Darlington çifti iki transistördür. Birinci transistörün çıkış akımı, ikinci transistörün giriş akımıdır.

Toplam akım transfer katsayısı, birinci ve ikinci transistörlerin katsayılarının ürünüdür.

Bir Darlington çifti ortak bir pakette yapılır, ancak iki ayrı transistörden de yapılabilir.

Entegre diyot koruması

Bazı transistörler (güç ve yüksek voltaj) ters akım yerleşik diyot.

Bu nedenle, test cihazı problarını diyot test modunda vericiye ve toplayıcıya bağlarsanız, aynı 0,6 - 0,7 V'yi (diyot ileri yönde önyargılıysa) veya "kilitli diyot" (diyot ters yönde önyargılıysa) gösterecektir.

Test cihazı her iki yönde de hafif bir voltaj gösteriyorsa, o zaman transistör kesinlikle bozuk ve değiştirilmesi gerekiyor. Direnç ölçüm modunda bir kısa devre de belirlenebilir - test cihazı düşük bir direnç gösterecektir.

Transistörlerin "ortalama" bir arızası (neyse ki, oldukça nadiren) vardır. Bu, başlangıçta çalıştığı zamandır ve bir süre sonra (veya ısındıktan sonra) parametrelerini değiştirir veya tamamen başarısız olur.

Böyle bir transistörü çözer ve bir test cihazı ile kontrol ederseniz, problar bağlanmadan önce soğuması için zamanı olacaktır ve test cihazı bunun normal olduğunu gösterecektir. Cihazdaki "şüpheli" transistörü değiştirerek bunu doğrulamak en iyisidir.

Sonuç olarak, bipolar transistörün elektronikteki ana "demir parçalarından" biri olduğunu söylüyoruz. Bu “demir parçalarının” “canlı” olup olmadığını öğrenmeyi öğrenmek güzel olurdu. Tabii ki, sevgili okuyucular, size çok basitleştirilmiş bir resim verdim.

Aslında, bir iki kutuplu transistörün çalışması birçok formülle açıklanır, bunların birçok çeşidi vardır, ancak bu karmaşık bir bilimdir. Daha derine inmek isteyenler için Horowitz ve Hill'in harika kitabı The Art of Circuitry'yi önerebilirim.

Deneyleriniz için transistörler satın alınabilir

Blogda görüşmek üzere!

transistör

Bir transistör, izin veren yarı iletken bir cihazdır. zayıf sinyal daha güçlü bir sinyal sürün. Bu özellik nedeniyle, genellikle bir transistörün bir sinyali yükseltme yeteneği hakkında konuşurlar. Aslında hiçbir şeyi yükseltmemesine rağmen, sadece büyük bir akımı çok daha zayıf akımlarla açıp kapatmanıza izin verir. Transistörler elektronikte çok yaygındır, çünkü herhangi bir denetleyicinin çıkışı nadiren 40 mA'den fazla bir akım üretebilir, bu nedenle 2-3 düşük güçlü LED bile artık doğrudan mikro denetleyiciden güç alamaz. Transistörlerin kurtarmaya geldiği yer burasıdır. Makale, ana transistör tiplerini, P-N-P ve P-N-P arasındaki farkları tartışıyor. N-P-N iki kutuplu transistörler, N-kanallı alan etkili transistörlerden P-kanalı, transistörleri bağlamanın ana incelikleri ele alınır ve uygulamalarının kapsamı ortaya çıkar.

Bir transistörü bir röle ile karıştırmayın. Röle basit bir anahtardır. İşinin özü, metal kontakların kapatılması ve açılmasıdır. Transistör daha karmaşıktır ve çalışması bir elektron deliği geçişine dayanır. Bununla ilgili daha fazla bilgi edinmek istiyorsanız, bir transistörün işleyişini basitten karmaşığa doğru yönlendiren mükemmel bir videoyu izleyebilirsiniz. Videonun yapım yılı kafanızı karıştırmayın - o zamandan beri fizik yasaları değişmedi ve malzemenin bu kadar yüksek kalitede sunulduğu daha yeni bir video bulunamadı:

transistör türleri

iki kutuplu transistör

Bipolar transistör, hafif yükleri (düşük güçlü motorlar ve servolar gibi) sürmek için tasarlanmıştır. Her zaman üç çıktısı vardır:

Toplayıcı (İng. Toplayıcı) - görev yaptı yüksek voltaj transistörün kontrol ettiği

• Baz (İngiliz tabanı) - transistörü açmak veya kapatmak için akım sağlanır veya kapatılır

Verici (İngilizce yayıcı) - transistörün "son" çıkışı. Akım, toplayıcı ve tabandan içinden akar.

Bipolar transistör akım tarafından kontrol edilir. Tabana ne kadar fazla akım uygulanırsa, toplayıcıdan yayıcıya o kadar fazla akım akacaktır. Vericiden toplayıcıya geçen akımın transistörün tabanından geçen akıma oranına kazanç denir. olarak belirlenmiş hfe (İngiliz edebiyatında kazanç denir).

Örneğin, eğer hfe= 150 ve tabandan 0,2 mA geçerse, transistör kendi içinden maksimum 30 mA geçirecektir. 25 mA çeken bir bileşen (örneğin bir LED) bağlanırsa, 25 mA ile sağlanır. 150 mA çeken bir bileşen bağlanırsa, ona yalnızca maksimum 30 mA sağlanacaktır. Kontak belgeleri, izin verilen maksimum akım ve gerilim değerlerini gösterir. baz-> verici Ve kolektör -> verici . Bu değerlerin aşılması transistörün aşırı ısınmasına ve arızalanmasına yol açar.

Komik Resimler:

NPN ve PNP çift kutuplu transistörler

2 tip polar transistör vardır: NPN Ve PNP. Katmanların değişiminde farklılık gösterirler. N (negatif - negatiften) fazla negatif yük taşıyıcısına (elektron) sahip bir katmandır, P (artıdan - pozitife) fazla pozitif yük taşıyıcıya (delikler) sahip bir katmandır. Yukarıdaki videoda elektronlar ve delikler hakkında daha fazla bilgi edinin.

Transistörlerin davranışı, katmanların değişmesine bağlıdır. Yukarıdaki animasyon gösteriyor NPN transistör. İÇİNDE PNP transistör kontrolü tersine çevrilir - taban topraklandığında akım transistörden akar ve tabandan akım geçtiğinde bloke edilir. diyagramda PNP Ve NPN ok yönünde farklılık gösterir. Ok her zaman geçişe işaret eder. Nİle P:

Diyagramda NPN (sol) ve PNP (sağ) transistörlerin tanımı

NPN transistörler, daha verimli oldukları için elektronikte daha yaygındır.

FET

Alan etkili transistörler bipolardan farklıdır dahili cihaz. MOS transistörler amatör elektronikte en yaygın olanlardır. MOS, metal oksit iletkeninin kısaltmasıdır. İngilizce'de aynı: Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor, MOSFET olarak kısaltılır. MOS transistörler, nispeten küçük bir transistör boyutuyla büyük güçleri kontrol etmenize izin verir. Transistör akımla değil voltajla çalıştırılır. Transistör bir elektrik tarafından kontrol edildiğinden alan, transistör adını aldı - alan uluma

Alan etkili transistörlerin en az 3 çıkışı vardır:

Tahliye - kontrol etmek istediğiniz yüksek voltaj uygulanır

Kapı (İngiliz kapısı) - transistörü kontrol etmek için voltaj uygulanır

Kaynak (İngilizce kaynak) - transistör "açık" olduğunda akım, drenajdan akar

Alan etkili transistörlü bir animasyon olmalı ama transistörlerin kendilerinin şematik gösterimi dışında hiçbir şekilde bipolardan farklı olmayacak, bu nedenle animasyon olmayacak.

N kanalı ve P kanalı FET'leri

Alan etkili transistörler de cihaza ve davranışa bağlı olarak 2 tipe ayrılır. N kanalı(N kanal) kapıya enerji verildiğinde açılır ve kapanır. voltaj olmadığında. P kanalı(P kanalı) ise tam tersi şekilde çalışır: kapıda voltaj olmadığı sürece akım transistörden akar. Kapıya voltaj uygulandığında akım durur. Diyagramda, alan etkili transistörler biraz farklı şekilde gösterilmiştir:

Bipolar transistörlere benzer şekilde, alan etkili transistörler polarite bakımından farklılık gösterir. N-Kanal transistörü yukarıda tarif edilmiştir. Onlar en yaygın olanlarıdır.

P-Kanalı belirtildiğinde ok yönünde farklılık gösterir ve yine "ters çevrilmiş" bir davranışa sahiptir.

Bir FET'in sürebileceğine dair bir yanlış kanı var. alternatif akım. Bu yanlış. Alternatif akımı kontrol etmek için bir röle kullanın.

Darlington transistörü

Darlington transistörü, ayrı bir transistör tipine atıfta bulunmak için tamamen doğru değildir. Ancak bu yazıda onlardan bahsetmemek mümkün değil. Darlington transistörü, çoğunlukla birkaç transistör içeren bir mikro devre şeklinde bulunur. Örneğin, ULN2003. Darlington transistörü, hızlı bir şekilde açılıp kapanma (bu, onunla çalışmanıza izin verdiği anlamına gelir) ve aynı zamanda yüksek akımlara dayanma özelliği ile karakterize edilir. Bu bir tür kompozit transistördür ve iki veya nadiren daha fazla transistörün kademeli bir bağlantısıdır, öyle ki önceki aşamanın yayıcısındaki yük, bir sonraki aşamanın transistörünün taban yayıcı geçişi olacak, yani transistörler toplayıcılar tarafından bağlanır ve giriş transistörünün yayıcısı çıkışın tabanına bağlanır. Ek olarak, önceki transistörün yayıcısının dirençli yükü, kapanmayı hızlandırmak için devrenin bir parçası olarak kullanılabilir. Bir bütün olarak böyle bir bağlantı, transistörler aktif moddayken akım kazancı yaklaşık olarak tüm transistörlerin kazançlarının ürününe eşit olan tek bir transistör olarak kabul edilir.

transistör bağlantısı

Arduino kartının çıkışa 40 mA'ya kadar maksimum akımla 5 V'luk bir voltaj sağlayabildiği bir sır değil. Bu akım, güçlü bir yükü bağlamak için yeterli değildir. Örneğin, doğrudan çıkışa bağlanmaya çalışırken LED şerit veya bir motor, Arduino'nun çıkışına zarar vermeniz garanti edilir. Tüm kurulun başarısız olması mümkündür. Ek olarak, bazı eklenti bileşenlerinin çalışması için 5V'tan daha fazlası gerekebilir. Bu sorunların her ikisi de transistör tarafından çözülür. Arduino çıkışından küçük bir akım kullanarak, ayrı bir güç kaynağından gelen güçlü bir akımı kontrol etmeye veya daha büyük bir voltajı kontrol etmek için 5 V'luk bir voltaj kullanmaya yardımcı olacaktır (en zayıf transistörlerin bile nadiren 50 V'un altında bir voltaj limiti vardır). Örnek olarak, bir motor bağlamayı düşünün:

Yukarıdaki şemada, motor ayrı bir güç kaynağına bağlanmıştır. Motor pimi ile motorun güç kaynağı arasına, herhangi bir Arduino dijital pimi kullanılarak kontrol edilecek bir transistör yerleştirdik. Denetleyici çıkışından denetleyici çıkışına YÜKSEK bir sinyal uygulandığında, transistörü açmak için çok küçük bir akım alacağız ve transistörden büyük bir akım akacak ve denetleyiciye zarar vermeyecektir. Arduino çıkışı ile transistörün tabanı arasına takılan dirence dikkat edin. Mikrodenetleyici - transistör - toprak yolu boyunca akan akımı sınırlamak ve önlemek için gereklidir. kısa devre. Daha önce de belirtildiği gibi, bir Arduino pininden çekilebilecek maksimum akım 40mA'dır. Bu nedenle en az 125 ohm'luk (5V / 0.04A = 125 ohm) bir dirence ihtiyacımız var. 220 ohm'luk bir direnci güvenle kullanabilirsiniz. Aslında direnç, transistör üzerinden gerekli akımı elde etmek için tabana uygulanması gereken akım dikkate alınarak seçilmelidir. İçin doğru seçim direnç, kazancı hesaba katmanız gerekir ( hfe).

ÖNEMLİ!! Ayrı bir güç kaynağından güçlü bir yük bağlarsanız, fiziksel olarak yük güç kaynağının toprağını (“eksi”) ve Arduino'nun toprağını (“GND” pimi) bağlamanız gerekir. Aksi takdirde, transistörü kontrol edemezsiniz.

Bir FET kullanırken, kapıda akım sınırlayıcı bir direnç gerekli değildir. Transistör yalnızca voltajla çalıştırılır ve kapıdan akım geçmez.

Bipolar transistör en eski fakat en iyi bilinen transistör tiplerinden biridir ve modern elektronikte hala kullanılmaktadır. Yeterince sürmeniz gerektiğinde transistör vazgeçilmezdir güçlü yük, kontrol cihazının yeterli akımı sağlayamadığı. Bunlar farklı tip ve güç, gerçekleştirilen görevlere bağlı olarak. Transistörler hakkında temel bilgileri ve formülleri bu yazımızda bulabilirsiniz.

giriiş

Derse başlamadan önce, bir transistörü açmanın tek bir yolunu tartıştığımız konusunda hemfikir olalım. Bir transistör, bir amplifikatörde veya bir alıcıda kullanılabilir ve genellikle her bir transistör modeli, belirli özelliklerle üretilir ve bu da onu daha yüksek düzeyde özelleştirir. Daha iyi iş belirli bir ayarda.

Transistörün 3 terminali vardır: taban, toplayıcı ve yayıcı. Bunların hangisinin girdi hangisinin çıktı olduğunu kesin olarak söylemek mümkün değil çünkü hepsi birbiriyle bağlantılı ve bir şekilde birbirini etkiliyor. Transistör anahtar modunda (yük kontrolü) açıldığında, şu şekilde davranır: temel akım, transistörün tipine bağlı olarak kollektörden emitöre veya tam tersi akımı kontrol eder.

İki ana transistör türü vardır: NPN ve PNP. Bunu anlamak için bu iki tip arasındaki temel farkın elektrik akımının yönü olduğunu söyleyebiliriz. Bu, akımın yönünün belirtildiği şekil 1.A'da görülebilir. Bir NPN transistöründe, bir akım tabandan transistöre akar ve başka bir akım toplayıcıdan yayıcıya akarken, bir PNP transistöründe bunun tersi olur. İşlevsel açıdan bakıldığında, bu iki tip transistör arasındaki fark, yük voltajıdır. Resimde gördüğünüz gibi NPN transistör açıkken 0V verirken PNP 12V veriyor. Bunun neden transistör seçimini etkilediğini daha sonra göreceksiniz.

Basitlik için, sadece NPN transistörlerini inceleyeceğiz, ancak tüm bunlar, tüm akımların tersine çevrildiğini dikkate alarak PNP için geçerlidir.

Aşağıdaki şekil, bir anahtar (S1) ile bir transistör anahtarı arasındaki analojiyi göstermektedir; burada, taban akımın toplayıcıdan yayıcıya giden akım yolunu kapattığını veya açtığını görebilirsiniz:

Transistörün özelliklerini tam olarak bilerek, ondan en iyi şekilde yararlanabilirsiniz. Ana parametre, transistörün kazancına göre doğru akım, genellikle H fe veya β ile gösterilir. Transistörün maksimum akımını, gücünü ve voltajını bilmek de önemlidir. Bu parametreler, transistörün belgelerinde bulunabilir ve aşağıda açıklanan tabandaki direncin değerini belirlememize yardımcı olurlar.

Bir NPN transistörünü anahtar olarak kullanma

Şekil, bir NPN transistörünün anahtar olarak dahil edilmesini göstermektedir. Çeşitli analizleri yaparken bu kapsama çok sık rastlayacaksınız. elektronik devreler. Transistörü seçilen modda nasıl çalıştıracağımızı, temel direnci, transistörün akım kazancını ve yük direncini nasıl hesaplayacağımızı inceleyeceğiz. En basitini ve en fazlasını sunuyorum kesin yol bunun için.

1. Transistörün doyum modunda olduğunu varsayalım: nerede matematiksel model transistör çok basitleşir ve Vc noktasındaki gerilimi biliriz. Her şeyin doğru olacağı temel direncin değerini bulacağız.

2. Kollektör doyma akımının belirlenmesi: Kollektör ile emitör arasındaki voltaj (V ce) transistör dokümantasyonundan alınmıştır. Yayıcı sırasıyla GND'ye bağlanır, V ce = V c - 0 = V c . Bu değeri öğrendikten sonra, kollektör doyma akımını aşağıdaki formülü kullanarak hesaplayabiliriz:

Bazen, yük direnci R L, bir röle sargısının direnci gibi bilinmez veya doğru olamaz; Bu durumda röleyi çalıştırmak için gereken akımı bilmek yeterlidir.
Yük akımının, transistörün maksimum kollektör akımını aşmadığından emin olun.

3. Gerekli temel akımın hesaplanması: Kollektör akımını bilmek, aşağıdaki formülü kullanarak bu kollektör akımını elde etmek için gereken minimum temel akımı hesaplayabilir:

Bundan şu çıkar:

4. İzin verilen değerlerin aşılması: Temel akımı hesapladıktan sonra ve belgelerde belirtilenden daha düşük olduğu ortaya çıkarsa, hesaplanan temel akımı örneğin 10 kat çarparak transistörü aşırı yükleyebilirsiniz. Böylece, transistör anahtarı çok daha kararlı olacaktır. Yani yük artarsa ​​transistörün performansı düşecektir. Dikkatli olun, belgelerde belirtilen maksimum taban akımını aşmamaya çalışın.

5. Gerekli Rb değerinin hesaplanması: 10 kez aşırı yük göz önüne alındığında, Rb direnci aşağıdaki formül kullanılarak hesaplanabilir:

burada V 1, transistör kontrol voltajıdır (bkz. şekil 2.a)

Ancak emitör toprağa bağlıysa ve temel emitör voltajı biliniyorsa (çoğu transistör için yaklaşık 0,7V) ve V 1 = 5V varsayılırsa, formül aşağıdaki gibi basitleştirilebilir:

Aşırı yük dikkate alınarak taban akımının 10 ile çarpıldığı görülebilir.
Rb'nin değeri bilindiğinde, transistör, "doyma ve kesme modu" olarak da adlandırılan bir anahtar görevi görecek şekilde "ayarlanır"; burada "doyma", transistörün tamamen açık olduğu ve akımı ilettiği ve "kesme", kapalı olduğu ve akımı iletmediği zamandır.

Not: derken kollektör akımının olması gerektiğini söylemiyoruz. Basitçe, transistörün kollektör akımının bu seviyeye çıkabileceği anlamına gelir. Akım, tıpkı herhangi bir elektrik akımı gibi Ohm yasalarını izleyecektir.

yük hesaplama

Transistörün doyum modunda olduğunu düşündüğümüzde bazı parametrelerinin değişmediğini varsaydık. Bu tamamen doğru değil. Aslında, bu parametreler esas olarak kollektör akımı artırılarak değiştirilmiştir ve bu nedenle aşırı yük için daha güvenlidir. Dokümantasyon, aşırı yük sırasında transistörün parametrelerinde bir değişiklik olduğunu gösterir. Örneğin, Şekil 2.B'deki tablo önemli ölçüde değişen iki parametreyi göstermektedir:

H FE (β), kollektör akımı ve gerilimi V CEsat ile değişir. Ancak VCEsat'ın kendisi, aşağıdaki tabloda gösterildiği gibi toplayıcı ve taban akımına göre değişir.

Tüm parametreler yakından ve girift bir şekilde birbirine bağlı olduğundan, hesaplama çok karmaşık olabilir, bu nedenle en kötü değerleri almak daha iyidir. Onlar. en küçüğü H FE, en büyüğü V CEsat ve V CEsat'tır.

Tipik transistör anahtarı uygulaması

Modern elektronikte, 200 mA'ya kadar tüketen elektromanyetik röleleri kontrol etmek için bir transistör anahtarı kullanılır. Bir röleyi mantık çipi veya mikrodenetleyici ile kontrol etmek istiyorsanız, o zaman transistör vazgeçilmezdir. Şekil 3.A'da röle için gerekli olan akıma bağlı olarak taban direncinin direnci hesaplanmıştır. Diyot D1, transistörü bobinin kapatıldığında ürettiği darbelerden korur.

2. Açık kollektör transistör bağlantısı:

8051 mikrodenetleyici ailesi gibi birçok aygıtta açık kollektör bağlantı noktaları bulunur. Harici transistörün taban direncinin direnci, bu makalede anlatıldığı gibi hesaplanır. Bağlantı noktalarının daha karmaşık olabileceğini ve genellikle çift kutuplular yerine FET'leri kullanabileceğini ve açık tahliye çıkışları olarak adlandırıldığını, ancak her şeyin Şekil 3.B'dekiyle tamamen aynı kaldığını unutmayın.

3. OR-NOT (NOR) mantıksal öğesinin oluşturulması:

Bazen bir devrenin tek bir kapı kullanması gerekir ve maliyet veya pano alanı nedeniyle 4 kapılı 14 pimli bir IC kullanmak istemezsiniz. Bir çift transistör ile değiştirilebilir. Dikkat frekans özellikleri bu tür elemanlar, transistörlerin özelliklerine ve türüne bağlıdır, ancak genellikle 100 kHz'in altındadır. Çıkış direncini (Ro) azaltmak, güç tüketimini artıracak ancak çıkış akımını artıracaktır.
Bu parametreler arasında bir uzlaşma bulmanız gerekir.

Yukarıdaki şekil, 2x 2N2222 transistör kullanılarak oluşturulmuş bir NOR geçidini göstermektedir. Bu üzerinde yapılabilir PNP transistörleri 2N2907, küçük değişikliklerle. Sadece her şeyi düşünmek zorundasın elektrik akımları sonra ters yönde akar.

Transistör devrelerinde hata bulma

Çok sayıda transistör içeren devrelerde bir sorun oluştuğunda, özellikle hepsi lehimlendiğinde hangisinin kötü olduğunu anlamak oldukça zor olabilir. Böyle bir devrede sorunu oldukça hızlı bir şekilde bulmanıza yardımcı olacak bazı ipuçları vereceğim:

1. Sıcaklık: Transistör çok ısınırsa, muhtemelen bir yerde bir sorun vardır. Sorunun sıcak transistörde olması gerekmez. Genellikle arızalı bir transistör ısınmaz bile. Sıcaklıktaki bu artış, kendisine bağlı başka bir transistörden kaynaklanıyor olabilir.

2. V CE transistörlerinin ölçümü: Hepsi aynı tipteyse ve hepsi çalışıyorsa, yaklaşık olarak aynı VCE'ye sahip olmaları gerekir. Farklı V CE'ye sahip transistörleri bulmak hızlı yol arızalı transistörlerin tespiti.

3. Temel direnç üzerindeki voltajın ölçülmesi: Temel direnç üzerindeki voltaj oldukça önemlidir (transistör açıksa). 5V kontrol cihazı için NPN transistörü, direnç üzerindeki voltaj düşüşü 3V'tan fazla olmalıdır. Direnç üzerinde voltaj düşüşü yoksa, transistör veya transistör sürücüsü arızalıdır. Her iki durumda da temel akım 0'dır.

Bir zamanlar transistörler yerini almaya geldi vakum tüpleri. Bunun nedeni, daha küçük boyutlara, yüksek güvenilirliğe ve daha ucuz üretim maliyetlerine sahip olmalarıydı. Şimdi, iki kutuplu transistörlertüm yükseltici devrelerdeki temel öğelerdir.

İki elektron deliği bağlantısı oluşturan üç katmanlı bir yapıya sahip yarı iletken bir elementtir. Bu nedenle, bir transistör arka arkaya iki diyot olarak temsil edilebilir. Ana yük taşıyıcıların ne olacağına bağlı olarak, pnp Ve n-p-n transistörler.

Temel- transistör tasarımının temeli olan bir yarı iletken katman.

verici işlevi, temel katmana yük taşıyıcıların enjeksiyonu olan bir yarı iletken katman olarak adlandırılır.

Kolektör işlevi taban katmanından geçen yük taşıyıcıları toplamak olan yarı iletken katman olarak adlandırılır.

Kural olarak, yayıcı çok fazla içerir büyük miktar tabandan daha büyük ücretler. Bu, transistörün çalışmasının ana koşuludur, çünkü bu durumda, yayıcı bağlantısının ileri bir önyargısıyla akım, yayıcının ana taşıyıcıları tarafından belirlenecektir. Verici ana işlevini yerine getirebilecek - taşıyıcıların taban katmanına enjeksiyonu. Ters yayıcı akımı genellikle mümkün olduğu kadar küçük olmaya çalışılır. Yayıcının çoğunluk taşıyıcılarında bir artış, yüksek safsızlık konsantrasyonu kullanılarak elde edilir.

Taban mümkün olduğu kadar ince yapılır. Bu, şarjların ömrü ile ilgilidir. Yük taşıyıcılar, toplayıcıya ulaşmak için tabanı geçmeli ve tabanın ana taşıyıcıları ile mümkün olduğunca az yeniden birleşmelidir.

Toplayıcının tabandan geçen taşıyıcıları daha eksiksiz toplayabilmesi için tabanı genişletmeye çalışıyorlar.

Transistörün çalışma prensibi

üzerinde düşünün p-n-p örneği transistör.

Harici gerilimlerin yokluğunda, katmanlar arasında bir potansiyel farkı kurulur. Geçişlerde potansiyel bariyerler kurulur. Ayrıca emitör ve kollektördeki deliklerin sayısı aynı ise potansiyel bariyerler aynı genişlikte olacaktır.

Transistörün düzgün çalışması için emitör bağlantısının ileri yönlü ve kollektör bağlantısının ters yönlü olması gerekir.. Bu, transistörün aktif moduna karşılık gelecektir. Böyle bir bağlantı kurmak için iki kaynağa ihtiyaç vardır. Ue gerilimli bir kaynak, yayıcıya bir pozitif kutup ve tabana bir negatif kutup ile bağlanır. Uk gerilimli bir kaynak, toplayıcıya negatif bir kutupla ve tabana pozitif olarak bağlanır. Ve Ue< Uк.

Ue geriliminin etkisi altında, yayıcı bağlantısı ileri yönde kaydırılır. Bilindiği gibi, elektron-boşluk geçişi ileri yönlü olduğunda, dış alan geçiş alanının tersine yönlendirilir ve bu nedenle onu azaltır. Ana taşıyıcılar geçişten geçmeye başlar, yayıcıda bunlar 1-5 delikleri ve baz elektronlarında 7-8'dir. Yayıcıdaki deliklerin sayısı tabandaki elektronların sayısından daha fazla olduğu için yayıcı akımı esas olarak onlardan kaynaklanır.

Yayıcı akımı, yayıcı akımın delik bileşeni ile tabanın elektronik bileşeninin toplamıdır.

Yalnızca delik bileşeni kullanışlı olduğu için elektronik bileşeni olabildiğince küçük yapmaya çalışırlar. Niteliksel özellik yayıcı bağlantısı enjeksiyon oranı.

Enjeksiyon katsayısını 1'e yaklaştırmaya çalışırlar.

Tabana geçen 1-5 arası delikler emitör bağlantısının sınırında birikir. Böylece, yayıcı yakınında yüksek bir delik konsantrasyonu ve kollektör bağlantısının yakınında düşük bir konsantrasyon oluşturulur, bunun sonucunda deliklerin yayıcıdan toplayıcı birleşim noktasına difüzyon hareketi başlar. Ancak kollektör kavşağının yakınında delik konsantrasyonu sıfır kalır çünkü delikler kavşağa ulaşır ulaşmaz iç alanı tarafından hızlandırılır ve toplayıcıya çekilir (çekilir). Elektronlar bu alan tarafından itilir.

Delikler taban tabakasını geçerken orada bulunan elektronlarla örneğin bir delik 5 ve bir elektron 6 olarak yeniden birleşirler. Ve delikler sürekli içeri girdiği için fazla pozitif yük oluştururlar, bu nedenle taban terminalinden çekilen ve taban akımı Ibr'yi oluşturan elektronların da içeri girmesi gerekir. Bu önemli koşul transistör çalışması – tabandaki deliklerin konsantrasyonu yaklaşık olarak elektronların konsantrasyonuna eşit olmalıdır. Başka bir deyişle tabanın elektriksel nötrlüğü sağlanmalıdır.

Kollektöre ulaşan deliklerin sayısı, emitörü terk eden deliklerin sayısından, tabandaki yeniden birleştirilen deliklerin miktarı kadar azdır. Yani, Kollektör akımı emiter akımından taban akımına göre farklılık gösterir.

buradan geliyor transfer katsayısı 1'e yaklaştırmaya çalıştıkları taşıyıcılar.

Transistörün toplayıcı akımı, delik bileşeni Icr ve toplayıcı ters akımından oluşur.

Ters kollektör akımı, kollektör bağlantısının ters polarmasının bir sonucu olarak meydana gelir, bu nedenle bir delik 9 ve bir elektron 10'un azınlık taşıyıcılarından oluşur. Ters akımın azınlık taşıyıcıları tarafından oluşturulması nedeniyle, yalnızca termal üretim sürecine, yani sıcaklığa bağlıdır. Bu nedenle, genellikle denir termik akım.

Transistörün kalitesi, termal akımın büyüklüğüne bağlıdır, ne kadar küçükse, transistör o kadar iyidir.

Kollektör akımı emitere bağlanır akım aktarım oranı.

Bir transistördeki akımlar aşağıdaki gibi temsil edilebilir.