Проверка биполярного транзистора — Основы электроники

Приветствую всех любителей электроники, и сегодня в продолжение темы применение цифрового мультиметра мне хотелось бы рассказать, как проверить биполярный транзистор с помощью мультиметра.

Биполярный транзистор представляет собой полупроводниковый прибор, который предназначен для усиления сигналов. Так же транзистор может работать в ключевом режиме.

Транзистор состоит из двух p-n переходов, причем одна из областей проводимости является общей. Средняя общая область проводимости называется базой, крайние эмиттером и коллектором. Вследствие этого разделяют n-p-n и p-n-p транзисторы.

Итак, схематически биполярный транзистор можно представить следующим образом.

Рисунок 1. Схематическое представление транзистора а) n-p-n структуры; б) p-n-p структуры.

Для упрощения понимания вопроса p-n переходы можно представить в виде двух диодов, подключенных друг к другу одноименными электродами (в зависимости от типа транзистора).

Рисунок 2. Представление транзистора n-p-n структуры в виде эквивалента из двух диодов, включенных анодами друг к другу.

Рисунок 3. Представление транзистора p-n-p структуры в виде эквивалента из двух диодов, включенных катодами друг к другу.

Конечно же для лучшего понимания желательно изучить как работает p-n переход, а лучше как работает транзистор в целом. Здесь лишь скажу, что чтобы через p-n переход тек ток его необходимо включить в прямом направлении, то есть на n – область (для диода это катод) подать минус, а на p-область (анод).

Это я вам показывал в видео для статьи «Как пользоваться мультиметром» при проверке полупроводникового диода.

Так как мы представили транзистор в виде двух диодов, то, следовательно, для его проверки необходимо просто проверить исправность этих самых «виртуальных» диодов.

Итак, приступим к проверке транзистора структуры n-p-n. Таким образом, база транзистора соответствует p- области, коллектор и эмиттер — n-областям. Для начала переведем мультиметр в режим проверки диодов.

В этом режиме мультиметр будет показывать падение напряжения на p-n переходе в милливольтах. Падение напряжения на p-n переходе для кремниевых элементов должно быть 0,6 вольта, а для германиевых – 0,2-0,3 вольта.

Сначала включим p-n переходы транзистора в прямом направлении, для этого на базу транзистора подключим красный (плюс) щуп мультиметра, а на эмиттер черный (минус) щуп мультиметра. При этом на индикаторе должно высветиться значение падения напряжения на переходе база-эмиттер.

Далее проверяем переход база-коллектор. Для этого

красный щуп оставляем на базе, а черный подключаем к коллектору, при этом прибор покажет падение напряжения на переходе.

Здесь необходимо отметить, что падение напряжения на переходе Б-К всегда будет меньше падения напряжения на переходе Б-Э. Это можно объяснить меньшим сопротивлением перехода Б-К по сравнению с переходом Б-Э, что является следствием того, что область проводимости коллектора имеет большую площадь по сравнению с эмиттером.

По этому признаку можно самостоятельно определить цоколевку транзистора, при отсутствии справочника.

Так, половина дела сделана, если переходы исправны, то вы увидите значения падения напряжения на них.

Теперь необходимо включить p-n переходы в обратном направлении, при этом мультиметр должен показать «1», что соответствует бесконечности.

Подключаем черный щуп на базу транзистора, красный на эмиттер, при этом мультиметр должен показать «1».

Теперь включаем в обратном направлении переход Б-К, результат должен быть аналогичным.

Осталось последняя проверка – переход эмиттер-коллектор. Подключаем красный щуп мультиметра к эмиттеру, черный к коллектору, если переходы не пробитые, то тестер должен показать «1».

Меняем полярность (красный-коллектор, черный— эмиттер) результат – «1».

Если в результате проверки вы обнаружите не соответствие данной методике, то это значит, что транзистор неисправен.

Эта методика подходит для проверки только биполярных транзисторов. Перед проверкой убедитесь, что транзистор не является полевым или составным. Многие изложенным выше способом пытаются проверить именно составные транзисторы, путая их с биполярными (ведь по маркировки можно не правильно идентифицировать тип транзистора), что не является правильным решением. Правильно узнать тип транзистора можно только по справочнику.

При отсутствии режима проверки диодов в вашем мультиметра, осуществить проверку транзистора можно переключив мультиметр в режим измерения сопротивления на диапазон «2000». При этом методика проверки остается неизменной, за исключением того, что мультиметр будет показывать сопротивление p-n переходов.

А теперь по традиции поясняющий и дополняющий видеоролик по проверке транзистора:

Биполярный транзистор / Хабр

1. Основные сведения

Биполярным транзистором называется трехэлектродный усилительный полупроводниковый прибор, имеющий трехслойную p-n-p, либо n-p-n структуру с двумя взаимодействующими (ключевое слово) p-n переходами.

Свое имя «TRANSferresISTOR» (дословно – «переходное сопротивление») этот полупроводниковый прибор получил в 1948 году от Уильяма Шокли. Термин «биполярный» подчеркивает тот факт, что принцип действия транзистора основан на взаимодействии с электрическим полем частиц обоих знаков —  как дырок, так и электронов.

Рис. 1. Упрощенный вид внутреннего устройства биполярного транзистора p-n-p структуры.

На рис. 1 показан упрощенный вид внутренней структуры объемного маломощного биполярного p-n-p транзистора. Крайнюю слева р⁺ область называют эмиттером. Промежуточная n область называется базой. Крайняя p область справа – коллектор. Электронно-дырочный переход между эмиттером и базой называют эмиттерным, а между базой и коллектором – коллекторным.

• Расстояние между металлургическими границами переходов называется физической толщиной базы «L» .

• Расстояние между обедненными зонами называется эффективной толщиной базы «W».

Для того, чтобы уменьшить интенсивность процессов рекомбинации дырок в базе, необходимо выполнить условие , то есть физическая толщина базы должна быть меньше диффузионной длины. Это означает автоматическое выполнение условия , что обуславливает взаимодействие переходов.

Эмиттер предназначен для инжекции дырок в базу. Область эмиттера имеет небольшие размеры, но большую степень легирования –  концентрация акцепторной примеси N_A в эмиттере кремниевого транзистора достигает ~ 10¹⁷ – 10¹⁸ ат/см³ (этот факт обозначен символом р⁺).   Область базы легирована нормально – концентрация донорной примеси N_D в ней составляет ~ 10¹³ – 10¹⁴ ат/cм³.  В этом случае эмиттерный переход получается резко несимметричным, поскольку обедненная зона располагается, в основном, в базе. Диффузия носителей становится односторонней, так как резко уменьшается встречный поток электронов из базы в эмиттер, что также уменьшает интенсивность процессов рекомбинации дырок в базе.

Теперь выделим еще раз особенности структуры, которые обеспечивают хорошие усилительные свойства транзистора, уменьшая интенсивность процессов рекомбинации:

• тонкая база — ;

• односторонняя диффузия (несимметичный эмиттерный переход)

Область коллектора имеет наибольшие размеры, поскольку в его функцию входит экстракция носителей, диффундировавших через базу.   Кроме того, на коллекторе рассеивается большая мощность, что требует эффективного отвода тепла. 

Биполярные транзисторы, как правило, изготавливаются из кремния, германия или арсенида галлия. По технологии изготовления биполярные транзисторы делятся на сплавные, диффузионные и эпитаксиальные.

Биполярные транзисторы являются усилительными приборами и, поэтому, применяются для построения схем усилителей, генераторов и преобразователей электрических сигналов в широком диапазоне частот (от постоянного тока до десятков гигагерц) и мощности (от десятков милливатт до сотен ватт). В соответствии с этим биполярные транзисторы делятся на группы по частоте:

1. низкочастотные­ не более 3 МГц;

2. средней частоты — от 3 МГц до 30МГц;

3. высокочастотные- от 30 МГц до 300 МГц;

4. сверхвысокочастотные — более 300 МГц

По мощ­ности выделяют следующем образом:

• маломощные — не более 0,3 Вт;

• средней мощности — от 0,3 Вт до1,5 Вт;

• большой мощности — более 1,5 Вт.

В настоящее время парк биполярных транзисторов очень разнообразен. Сюда входят как обычные транзисторы, которые работают в самых различных аналоговых, импульсных и цифровых устройствах, так и специальные, например, лавинные тран­зисторы, предназначенные для формирования мощных импульсов наносе­кундного диапазона. Следует упомянуть многоэмиттерные, а также составные биполярные транзисторы (транзисторы Дарлингтона), обладающие очень высоким коэффициентом передачи тока.

2. Принцип действия

Рассмотрим активный режим работы транзистора, когда эмиттерный переход открыт прямым смещением U_эб, а коллекторный закрыт обратным смещением U_кб. Для этого воспользуемся одномерной моделью транзистора, которая показана на рис. 2. Модель характерна тем, что все физические величины зависят только от продольной координаты, поперечные же размеры бесконечны. Стрелками на рисунке обозначены положительные направления токов (от «+» к «–»), дырки обозначены открытыми, а электроны – закрытыми кружками.   Сокращения: ЭП – эмиттерный переход, КП – коллекторный переход.

Рис. 2. Иллюстрация принципа действия биполярного транзистора p-n-p структуры.

Предположим, что в начальный момент времени ключ «К» разомкнут. Эмиттерный переход закрыт, поскольку потенциальный барьер в обедненной области перехода запрещает диффузию носителей, несмотря на огромный градиент концентраций на переходе – дырок слева 10¹⁷см^-3, а справа 10⁶см^-3. Это режим отсечки. Транзистор закрыт, существует только небольшой обратный тепловой ток обратно смещенного коллекторного перехода.

Теперь замкнем ключ «К». Потенциальный барьер понижается вследствие частичной компенсации внутреннего электрического поля встречно направленным внешним электрическим полем источника U_эб. Начинается процесс диффузии, вследствие огромного градиента концентраций дырок между эмиттером и базой. Дырки диффундируют или инжектируются из эмиттера в базу, где меняют статус – становятся неосновными. Для неосновных носителей нет потенциального барьера, другими словами, диффундируя через базу в направлении коллекторного перехода, они попадают во втягивающее поле коллекторного перехода и экстрагируются в область коллектора. В цепи коллектора эти дырки создают дрейфовый ток, пропорциональный току эмиттера:

(2.1)

где α – доля дырок, достигших коллектора, или коэффициент передачи тока эмиттера.  Поскольку небольшая часть дырок, инжектированных из эмиттера в базу, все же успевает рекомбинировать, то всегда α <1. При достаточно тонкой базе α может доходить до 0,99 и более. Уменьшение концентрации электронов в базе в результате рекомбинации восполняется потоком электронов от внешнего источника U_эб через внешний вывод базы. Таким образом внутренний ток рекомбинации, являющийся дырочным, полностью компенсируется электронным током через электрод базы:

(2. 2)

В цепи коллектора кроме управляемого тока протекает неуправляемый дрейфовый обратный ток I_кб0, обусловленный, в основном, тепловой генерацией электронно-дырочных пар в объеме перехода. Этот ток очень мал, он не зависит от напряжения U_кб, а зависит только от температуры.  Обратный ток коллектора I_кб0 измеряется при разомкнутой цепи эмиттера, о чем говорит индекс «0» (ноль).

Полный ток, протекающий во внешней цепи коллектора, имеет дырочный характер и равен

                                         (2.3)

В нормальных условиях работы поэтому с хорошей точностью полагают, что ток во внешней цепи коллектора равен

                                               (2.4)

а ток во внешней цепи базы имеет электронный характер и равен

                                       (2. 5)

Согласно первому закону Кирхгофа,

                                         (2.6)

Для удобства, формально, вводят коэффициент передачи тока базы

                                            (2.7)

Коэффициент связан с коэффициентом соотношением

                                              (2.8)

3. Режимы работы и способы включения

Рис. 3.1. Условное обозначение на схеме биполярного транзистора p-n-p структуры и n-p-n структуры .

Условные обозначения биполярного транзистора на схеме, показаны на рис. 3.1, а показано условное графическое обозначение биполярного транзистора по ГОСТ для формата листа А4. Стрелка на выводе эмиттера всегда направлена от «p» к «n», то есть указывает направление прямого тока открытого перехода. Кружок обозначает корпус дискретного транзистора. Для транзисторов в составе интегральных схем он не изображается. На рис. 3.1, б и в показаны структуры p-n-p и n-p-n соответственно. Принцип действия транзисторов обеих структур одинаков, а полярности напряжений между их электродами разные. Поскольку в транзисторе два перехода (эмиттерный и коллекторный) и каждый из них может находиться в двух состояниях (открытом и закрытом), различают четыре режима работы транзистора.

• Активный режим, когда эмиттерный переход открыт, а коллекторный закрыт. Активный режим работы является основным и используется в усилительных схемах.

• Режим насыщения— оба перехода открыты.

• Режим отсечки— оба перехода закрыты.

• Инверсный режим— эмиттерный переход закрыт, коллекторный — открыт.

В большинстве транзисторных схем транзистор рассматривается как четырехполюсник. Поэтому для такого включения один из выводов транзистора должен быть общим для входной и выходной цепей. Соответственно различают три схемы включения транзистора, которые показаны на рис. 3.2: а) с

общей базой (ОБ), б) общим эмиттером (ОЭ) и в) общим коллектором (ОК).  На рисунке указаны положительные направления токов, а полярности напряжений соответствуют активному режиму работы.

Рис. 3.2. Схемы включения транзистора слева направо: схема с ОБ, ОЭ и ОК.

В схеме ОБ входную цепь является цепь эмиттера, а выходной – цепь коллектора.  Эта схема наиболее проста для анализа, поскольку напряжение U_эб прикладывается к эмиттерному переходу, а напряжение U_кб – к коллекторному, причем источники имеют разные знаки.

В схеме ОЭ входной цепью является цепь базы, а выходной – цепь коллектора. Напряжение U_бэ> 0 прикладывается непосредственно к эмиттерному переходу и открывает его. Напряжение U_кэ той же полярности распределяется между обоими переходами: U_кэ = U_кб + U_бэ.

Для того чтобы коллекторный переход был закрыт, необходимо выполнить условие U_кб = U_кэ —  U_бэ> 0, что обеспечивается неравенством U_кэ> U_бэ> 0.

В схеме ОК входной цепью является цепь базы, а выходной – цепь эмиттера.

4. Статические вольт-амперные характеристики

Транзистор, как любой четырехполюсник, можно охарактеризовать четырьмя величинами — входными и выходными напряжениями и токами: U_вх = U₁, U_вых = U₂, I_вх = I₁, I_вых = I₂. Функциональные зависимости между этими постоянными величинами называются статическими характеристиками транзистора. Чтобы установить функциональные связи между указанными величинами, необходимо две из них взять в качестве независимых аргументов, а две оставшиеся выразить в виде функций этих независимых аргументов. Как правило, применительно к биполярному транзистору в качестве независимых аргументов выбирают входной ток и выходное напряжение.   В этом случае

                                              (4.1)

Обычно соотношения (4.1) представляют в виде функций одного аргумента. Для этого второй аргумент, называемый параметром характеристики, фиксируют. В основном, используют два типа характеристик транзистора:

                                       (4.2)

                                     (4.3)

Следует отметить, что общепринято представление вольт-амперной характеристики как функции тока от напряжения, поэтому входная характеристика используется в виде обратной функции

                                    (4.4)

 Статические характеристики транзистора могут задаваться аналитическими выражениями, но в большинстве случаев их представляют графически в виде семейства характеристик, которые и приводятся в справочниках.

4.1. Статические характеристики в схеме с ОБ

В схеме с ОБ (рис. 3.2.а) входным током является ток эмиттера I_э, а выходным – ток коллектора I_к, соответственно, входным напряжением является напряжение U_эб, а выходным – напряжение U_кб.

Входная характеристика в схеме ОБ представлена зависимостью

                                       (4.5)

которая, в свою очередь, является прямой ветвью вольт-амперной характеристики эмиттерного перехода. Семейство входных характеристик кремниевого n-p-n транзистора показано на рис. 4.1, а. Зависимость I_э от U_кб как от параметра связана с эффектом Эрли: увеличение обратного смещения коллекторного перехода U_кб уменьшает эффективную толщину базы W, что приводит к некоторому росту I_э. Это проявляется в смещении входной характеристики в сторону меньших значений . Режиму отсечки формально соответствует обратное напряжение U_эб> 0, хотя реально эмиттерный переход остается закрытым () и при прямых напряжениях .

Выходная характеристика транзистора в схеме ОБ представляет собой зависимость

                                    (4.6)

Семейство выходных характеристик n-p-n транзистора показано на рис. 4.1, б. Форма кривых в активной области соответствует форме обратной ветви вольт-амперной характеристики коллекторного перехода.

Рис. 4.1. Семейства входных (а) и выходных (б) характеристик биполярного транзистора в схеме с ОБ.

Выражение для идеализированной выходной характеристики в активном режиме имеет вид

                                             (4.7)

Отсюда следует, что ток коллектора определяется только током эмиттера и не зависит от напряжения U_кб, т. е. характеристики в активном режиме расположены параллельно оси абсцисс. На практике же при увеличении U_кб имеет место небольшой рост I_к, связанный с эффектом Эрли, характеристики приобретают очень незначительный наклон. Кроме того, в активном режиме характеристики практически эквидистантны (расположены на одинаковом расстоянии друг от друга), и лишь при очень больших токах эмиттера из-за уменьшения α кривые несколько приближаются друг к другу.

При I_э = 0 транзистор находится в режиме отсечки и в цепи коллектора протекает только неуправляемый тепловой ток (I_к = I_кб0).

В режиме насыщения на коллекторном переходе появляется открывающее его прямое напряжение U_кб, большее порогового значения U_{кб пор}, и возникает прямой диффузионный ток навстречу нормальному управляемому току I_к.  Этот ток называют инверсным.  Инверсный ток резко увеличивается с ростом , в результате чего  I_к очень быстро уменьшается и, затем, меняет знак.

 

4.2. Статические характеристики в схеме с ОЭ

В схеме с ОЭ (рис. 3.2, б) входным током является ток базы I_б, а выходным – ток коллектора I_к. Соответственно, входным напряжением является напряжение U_бэ, а выходным – U_кэ. 

Рис. 4.2. Семейства входных (а) и выходных характеристик (б) биполярного транзистора в схеме с ОЭ.

Входная характеристика в схеме с ОЭ представляет собой зависимость

                                     (4.8)

что, как и в схеме с ОБ, соответствует прямой ветви вольт-амперной характеристики эмиттерного перехода.

Семейство входных характеристик кремниевого n-p-n транзистора показано на рис. 4.2, а. Зависимость тока базы I_б от напряжения на коллекторе U_кэ, как и в предыдущем случае, обусловлена эффектом Эрли. Уменьшение эффективной ширины базы W с ростом U_кэ приводит к уменьшению тока рекомбинации, а, следовательно, тока базы в целом. В результате, характеристики смещаются в сторону больших значений U_бэ. Следует отметить, что I_б = 0 при некотором значении U_пор> 0, когда рекомбинационный ток (1-α)I_э становится равным тепловому току I_кэ0. При U_бэ <U_пор, I_б = — I_кэ0, что соответствует режиму отсечки.

 При U_кэ <U_бэ открывается коллекторный переход, и транзистор переходит в режим насыщения. В этом режиме вследствие двойной инжекции в базе накапливается очень большой избыточный заряд электронов, интенсивность рекомбинации которых с дырками резко возрастает, и ток базы стремительно растет.  

Выходная характеристика в схеме с ОЭ представляет собой зависимость

                                     (4.9)

Семейство выходных характеристик показано на рис. 7.6б.  Для получения идеализированной выходной характеристики в активном режиме из соотношения (2. 2), учитывая (2.6), исключим ток эмиттера. Тогда

                            (4.10)

Ток I_кэ0 называют сквозным тепловым током транзистора, причем, как видно из (4.11),

                                           (4.11)

Семейство выходных характеристик целиком расположено в первом квадранте. Данный факт обусловлен тем, что в схеме с ОЭ напряжение U_кэ распределено между обоими переходами.  При U_кэ <U_бэ напряжение на коллекторном переходе меняет знак и становится прямым. В результате транзистор переходит в режим насыщения при U_кэ> 0. В режиме насыщения характеристики сливаются в одну линию, т.е. I_к становится неуправляемым и не зависит от тока базы.

Как видно из рис. 4.2 .б, в активном режиме кривые проходят под углом к оси абсцисс, причем этот угол увеличивается с ростом тока базы.   Такое поведение кривых обусловлено эффектом Эрли. Однако рост I_к при увеличении U_кэ выражен значительно ярче, чем в схеме с ОБ, поскольку в активном режиме эмиттерный переход приоткрыт падением напряжения на материале базы в результате протекания коллекторного тока. Это приводит к дополнительному увеличению коллекторного тока I_к с ростом напряжения U_кэ. Этим же объясняется отсутствие эквидистантности и наличие в β раз большего, чем I_кб0, сквозного теплового тока I_кэ0 (4.11). 

Как проверить транзистор | Электрик

Часто в ремонте разной электронной техники возникает подозрение в неисправности биполярных или полевых (Mosfet) транзисторов. Помимо специализированных приборов и пробников для проверки транзисторов, существуют способы доступные всем, из минимума нам подойдет самый простой тестер или мультиметр.

Как мы знаем транзисторы, в основном, бывают двух разновидностей: биполярные и полевые, принцип работы их похож но способы проверки существенно отличаются, поэтому мы рассмотрим разные методы проверки для каждых транзисторов по отдельности.

Проверка биполярных транзисторов

Способы проверки биполярных транзисторов достаточно просты и для удобства нужно помнить что биполярный транзистор условно представляет из себя два диода с точкой по середине, по сути из двух p-n переходов.

Биполярные транзисторы существуют двух типов проводимости: p-n-p и  n-p-n что необходимо помнить и учитывать при проверке.

А диод как мы знаем, пропускает ток только в одну сторону, что мы и будем проверять.
Если так получится что ток проходит в обе стороны перехода то это явно указывает на то что транзистор «пробит» но это все условности, в реальности же при замере сопротивления ни в какой из позиций проверяемых переходов не должно быть «нулевого» сопротивления — поэтому это и есть самый простой способ выявления поломки транзистора.
Ну а теперь рассмотрим более достоверные способы проверки и поподробней.

И так выставляем тестер или мультиметр в режим прозвонки (проверка диодов), дальше нужно убедится в том что щупы вставлены в правильные разъемы (красный и черный), а на дисплее нет значка «разряжен».

На дисплее должна быть единица а при замыкание щупов должны высветится нули (или близкие к нулям значения), также должен прозвучать звуковой сигнал. И так мы убедились в выборе правильного режима мультиметра, можем приступать к проверке.

И так поочередно проверяем все переходы транзистора:

• База — Эмиттер — исправный переход будит вести себя как диод, то есть проводить ток только в одном направление.

• База — Коллектор — исправный переход будит вести себя как диод, то есть проводить ток только в одном направление.

• Эмиттер — Коллектор — в исправном состояние сопротивление перехода должно быть «бесконечное», то есть переход не должен пропускать ток или прозваниватmся ни в одном из положений полярности.

В зависимости от полярности транзистора (p-n-p или n-p-n) будит зависить лишь направление «прозвонки» переходов база-эмиттер и база-коллектор, с разной полярностью транзисторов направление будет противоположное.

Как определяется «пробитый» переход?
Если мультиметр обнаружит что какой ли бо из переходов (Б-К или Б-Э) в обоих из включений полярности имеет «нулевое» сопротивление и пищит звуковая индикация то такой переход пробит и транзистор неисправен.

Как определить обрыв p-n перехода?
Если один из переходов в обрыве — он не будит пропускать ток и прозваниватся ни в одну из сторон полярности как бы вы не меняли при этом полярность щупов.

Думаю всем понятно как проверять переходы транзистора, суть проверки такая же как у диодов, черный (минусовой) щуп ставим например на коллектор, а красный щуп (плюсовой) на базу и смотрим показания на дисплее. Затем меняем щупы тестера местами и смотрим показания снова. В исправного транзистора в одном случае должно быть какое то значение, как правило больше 100, в другом случае на дисплее должна быть единица «1» что говорит о «бесконечном» сопротивление.

Проверка транзистора стрелочным тестером

Принцип проверки все тот же, мы проверяем переходы (как диоды)
Отличие лишь в том что такие «омметры» не имеют режима прозвонки диодов и «бесконечное» сопротивление у них находится в начальном состояние стрелки, а максимальное отклонение стрелки будит уже говорить о «нулевом» сопротивление. К этому нужно просто привыкнуть и помнить о такой особенности при проверке.
Измерения лучше всего производить в режиме «1Ом» (можно пробовать и до *1000Ом пределе).

Для проверки в схеме (не выпаивая) стрелочным тестером можно даже более точно определить сопротивление перехода если он в схеме зашунтирован низкоомным резистором, например показания сопротивления в 20 Ом будет уже указывать о том что сопротивление перехода не «нулевое» а значит большая вероятность что переход исправен. С мультиметром же в режиме прозвонки диодов будит такая картина что он попросту будет показывать «кз» и пищать (тоже конечно зависит от точности прибора).

Если не известно где база, а где эмиттер и коллектор. Цоколевка транзистора?

У транзисторов средней и большой мощности вывод коллектора всегда на корпусе который переиначенный для закрепления на радиатора, так что с этим проблем не будит. А уже зная расположение коллектора, найти базу и эмиттер будит намного проще.
Ну а если транзистор малой мощности в пластмассовом корпусе где все выводы одинаковы будим применять такой способ:
Все что нам нужно — поочередно замерить все комбинации переходов прикасаясь щупами поочередно к разным выводам транзистора.

Нам нужно найти два перехода которые покажут бесконечность «1». Например: мы нашли бесконечность между правим-левим и правим-среднем, то есть по сути мы нашли и измеряли обратное сопротивления двух p-n переходов (как диодов) из этого размещение базы стает очевидным — база справа.
Дальше ищем где коллектор а где эмиттер, для этого от базы уже измеряем прямое сопротивление переходов и здесь все стает ясно так как сопротивление перехода база-Коллектор всегда меньше по сравнению с переходом база-Эмиттер.

Быстрая точная проверка транзистора

Если под руками есть мультиметр с функцией тестирования коэффициента усиления транзисторов — замечательно, проверка займет несколько секунд, здесь лишь надо будет определить правильную цоколевку (если конечно она не известна).
У таких мультиметров проверочные гнезда состоят из двух отделов p-n-p и n-p-n, а кроме того каждый отдел имеет три комбинации как можно вставить туда транзистор, то есть вместе не более 6 комбинаций, и только лишь одна правильная которая должна показать коэффициент усиления транзистора, за условий что он исправен.

Простой пробник

В данной схеме транзистор будет работать как ключ, схема очень простая и удобная если нужно часто и много проверять транзисторы.

Если транзистор рабочий — при нажатие кнопки светодиод светится, при отпускание гаснет.
Схема представлена для n-p-n транзисторов, но она универсальна, все что нужно сделать, это поставить параллельно к светодиоду еще один светодиод в обратной полярности, а при проверке p-n-p транзистора — просто менять полярность источника питания.

Если по данной методике что то идет не так, задумайтесь, а транзистор ли перед вами и случайно быть может он не биполярный, а полевой или составной.
Часто бывает путают при проверке составные транзисторы пытаясь их проверить стандартным способом, но нужно в первую очередь смотреть справочник или «даташит» со всем описанием транзистора.

Как проверить составной транзистор Чтобы проверить такой транзистор его необходимо «запустить» то есть он должен как бы работать, для создания такого условия есть простой но интересный способ.
Стрелочным тестером, выставленным в режим проверки сопротивления (предел *1000?) подключаем щупы, плюсовой на коллектор, минусовой на эмиттер — для n-p-n (для p-n-p наоборот) — стрелка тестера не двинется сместа оставаясь в начале шкалы «бесконечность» (для цифрового мультиметра «1»)
Теперь если послюнявить палиц и замкнуть им прикоснувшысь к выводам базы и коллектора то стрелка сдвинется с места от того что транзистор немного приоткроется.
Таким же способом можно проверить любой транзистор даже не выпаивая з схемы.
Но следует помнить что некоторые составные транзисторы имеют в своем составе защитные диоды в переходе эмиттер-коллектор что дает им преимущество в работе с индукционной нагрузкой, например с электромагнитным реле.

Проверка полевых транзисторов

Здесь есть один отличительный момент при проверке таких транзисторов — они очень чувствительны к статическому электричеству которое способно вывести из строя транзистор если не соблюдать методы безопасности при проверке а также выпайке и перемещению. И в большей мере подвержены статике именно маломощные и малогабаритные полевые транзисторы.

Какие методы безопасности?
Транзисторы должны находится на столе на металлическом листе который подключен к заземлению. Для того чтобы снять с человека предельный статический заряд — применяют антистатический браслет который надевают на запястье.
Кроме того хранение и транспортировка особо чувствительных полевиков должна быть з закорочеными выводами, как правило выводы просто обматывают тонкой медной проволкой.

Полевой транзистор в отличие от биполярного управляется напряжением, а не током как у биполярного, поэтому прикладывая напряжение к его затвору мы его или открываем (для N-канального) или закрываем (для P-канального).

Проверить полевой транзистор можно как стрелочным тестером так и цифровым мультиметром.
Все выводы полевого транзистора должны показывать бесконечное сопротивление, независимо от полярности и напряжения на щупах.

Но если поставить положительный щуп тестера к затвору (G) транзистора N-типа, а отрицательный — к истоку (S), зарядится емкость затвора и транзистор откроется. И уже измеряя сопротивления между стоком (D) и истоком (S) прибор покажет некоторое значение сопротивления, которое зависит от ряда факторов, например емкости затвора и сопротивления перехода.

Для P-канального типа транзистора полярность щупов обратная. Также для чистоты эксперимента, перед каждой проверкой необходимо закорачивать выводы транзистора пинцетом чтобы снять заряд с затвора после чего сопротивление сток-исток должно снова стать «бесконечным» («1») — если это не так то транзистор скорее всего неисправен.

Особенностью современных мощных полевых транзисторов (MOSFET’ов) есть то что канал сток-исток прозванивается как диод, встроенный диод в канале полевого транзистора есть особенностью мощных полевиков (явление производственного процесса).
Чтобы не посчитать такую «прозвонку» канала за неисправность просто следует помнить о диоде.

В исправном состояние переход сток-исток MOSFETа должен в одну сторону звониться как диод а в другую показывать бесконечность (в закрытом состояние — после закорачивания выводов) Если переход прозваниваеться в обе стороны с «нулевым» сопротивлением то такой транзистор «пробит» и неисправен

Наглядный способ (экспресс проверка)

• Необходимо замкнуть выводы транзистора

• Тестером в режиме прозвонки (диод) ставим плюсовой щуп к истоку, а минусовой к стоку (исправный покажет 0. 5 — 0.7 вольта)

• Теперь меняем щупы местами (исправный покажет «1» или по другому говоря бесконечное сопротивление)

• Минусовой щуп ставим к истоку, а плюсовой на затвор (открываем транзистор)

• Минусовой щуп оставляем на истоке, а плюсовой сразу ставим на сток, исправный транзистор будет открыт и покажет 0 — 800 милливольт

• Теперь можем поменять плюсовой и минусовой щупы местами, в обратной полярности переход сток-исток должен иметь такое же сопротивление.

• Плюсовой щуп ставим к истоку, а минусовой на затвор — транзистор закроется

• Можем снова проверить переход сток-исток, он должен показывать снова «бесконечное» сопротивление так как транзистор уже закрыт (но помним про диод в обратной полярности)

Большая емкость затвора некоторых полевых транзисторов (особенно мощных) позволяет некоторое продолжительное время сохранять транзистор открытим, что позволяет нам открыв его проверять сопротивление сток-исток уже убрав плюсовой щуп с затвора. Но у транзисторов с малой емкостью затвора необходимо очень быстро перемещать щупы что бы зафиксировать правильную работу транзистора.

Примечание: для проверки P-канального полевого транзистора, процесс выглядит также но щупы мультиметра должны быть противоположной полярности. Для удобства можно перекинуть их местами (красный на минус, а черный на плюс) и использовать все туже описану выше инструкцию.

Проверяя транзистор по такой методике канал сток-исток можно открывать и закрывать даже пальцем, например чтобы открыть достаточно прикоснутся пальцем к затвору держась при этом второй рукой за плюс, а чтобы закрыть нужно все также прикоснутся к затвору но уже держась другим пальцем или второй рукой за минус. Интересный опыт который дает понимание того что транзистор управляется не током (как у биполярных) а напряжением.

Простая схема пробника для проверки полевых транзисторов

Можно собрать простую и эффективную схему проверки полевиков которая достаточно ясно даст понять о состояние транзистора, к тому же достаточно быстро можно перекидать транзисторы если их предстоит проверять часто и много. В некоторых схемах можно проверить транзистор даже полностью не выпаивая его с платы.

Схема универсальна как для P-канальных так и для N-канальных полевых транзисторов в ней присутствует два светодиода включенных в обратной полярности друг к другу (каждый для своего типа) и все что остается при смене типа проверяемого полевого транзистора — просто поменять полярность источника питания.

Проверка биполярного транзистора мультиметром

Добавлено 27 сентября 2017 в 07:35

Сохранить или поделиться

Биполярные транзисторы построены из трехслойного полупроводникового «сэндвича» либо NPN, либо PNP. Как таковые транзисторы при проверке мультиметром в режиме «сопротивление» или «проверка диода», как показано на рисунке ниже, показываются как два диода, соединенных друг с другом. Показания низкого сопротивления с черным отрицательным (-) выводом на базе соответствует N-типу материала в базе PNP транзистора. На условном обозначении на материал N-типа «указывает» стрелка перехода база-эмиттер, который в этом примере является базой. Эмиттер P-типа соответствует другому концу стрелки перехода база-эмиттер. Коллектор очень похож на эмиттер и так же является материалом P-типа PN-перехода.

Проверка PNP транзистора мультиметром: (a) прямое смещение переходов Б-Э и Б-К, сопротивление низкое; (b) обратное смещение переходов Б-Э, Б-К, сопротивление равно ∞

Здесь я предполагаю использовать мультиметр с единственной функцией измерения (сопротивление) для проверки PN-переходов. Некоторые мультиметры оснащены двумя отдельными функциями измерения: сопротивление и «проверка диода», каждая служит своей цели. Если у вашего мультиметра есть функция «проверка диода», используйте её, вместо измерения сопротивления, в этом случае мультиметр покажет прямое падение напряжения PN-перехода, а не только то, проводит ли он ток.

Разумеется, показания мультиметра будут совершенно противоположными для NPN транзистора, причем оба PN-перехода будут направлены в противоположную сторону. Показания низкого сопротивления с красным (+) выводом на базе являются «противоположным» состоянием для NPN транзистора.

Если в этом тесте используется мультиметр с функцией «проверка диода», будет установлено, что переход эмиттер-база имеет несколько большее прямое падение напряжения, чем переход коллектор-база. Эта разница прямых напряжений обусловлена несоответствием концентрации легирования между областями эмиттера и коллектора: эмиттер представляет собой кусок полупроводникового материала, гораздо более легированный, чем коллектор, в результате чего его переход с базой создает более высокое прямое падение напряжения.

Зная это, становится возможным определение назначение выводов на немаркированном транзисторе. Это важно, потому что корпуса, к сожалению, не стандартизированы. Разумеется, все биполярные транзисторы имеют три вывода, но расположение этих трех выводов на реальном физическом корпусе не имеет универсального стандартизированного порядка.

Предположим, что техник нашел биполярный транзистор и начинает измерять его проводимость с помощью мультиметра, установленного в режим «проверка диода». Измерения между парами выводов и запись значений, отображаемых мультиметром, дают ему следующие данные.

Неизвестный биполярный транзистор. Где здесь эмиттер, база, коллектор? Ниже приведены показания мультиметра.

Мультиметр подключен к выводу 1 (+) и 2 (-): “OL”
Мультиметр подключен к выводу 1 (-) и 2 (+): “OL”
Мультиметр подключен к выводу 1 (+) и 3 (-): 0.655 V
Мультиметр подключен к выводу 1 (-) и 3 (+): “OL”
Мультиметр подключен к выводу 2 (+) и 3 (-): 0.621 V
Мультиметр подключен к выводу 2 (-) и 3 (+): “OL”

Единственными комбинациями тестовых измерений, дающих на мультиметре показания, говорящие о проводимости, являются выводы 1 и 3 (красный щуп на выводе 1, черный щуп на выводе 3) и выводы 2 и 3 (красный щуп на выводе 2, черный щуп на выводе 3). Эти два показания должны указывать на прямое смещения перехода эмиттер-база (0,655 вольт) и перехода коллектор-база (0,621 вольт).

Теперь мы ищем один провод, общий для обоих показаний проводимости. Это должен быть вывод базы транзистора, поскольку база единственным слоем трехслойного устройства, общего для обоих PN-переходов (база-эмиттер и база-коллектор). В этом примере это провод номер 3, являющийся общим для комбинаций тестовых измерений 1-3 и 2-3. В обоих этих измерениях черный (-) щуп мультиметра касался к выводу 3, что говорит нам, что база этого транзистора изготовлена из полупроводникового материала N-типа (черный = отрицательный). Таким образом, это PNP-транзистор с базой на выводе 3, эмиттером на выводе 1 и коллектором на выводе 2, как показано на рисунке ниже.

Выводы биполярного транзистора определены с помощью мультиметра.

Обратите внимание, что вывод базы в этом примере не является средним выводом транзистора, как это можно было бы ожидать от трехслойной «сэндвичной» модели биполярного транзистора. Это довольно частый случай, и, как правило, это часто путает новых студентов. Единственный способ определить назначение выводов – это проверка мультиметром или чтение технического описания на конкретную модель транзистора.

Знание того, что биполярный транзистор при тестировании мультиметром в режиме проводимости ведет себя как два соединенных «спинами» диода, полезно для идентификации неизвестного транзистора только по показаниям мультиметра. Это также полезно для быстрой проверки работоспособности транзистора. Если техник измерит проводимость между тремя выводами в разных комбинациях, он или она сразу узнает, что транзистор неисправен (или что это не биполярный транзистор, а что-то еще – отличная возможность, если на детали нет маркировки для точной идентификации!). Однако модель «двух диодов» для транзистора не может объяснить, как и почему он действует как усилительное устройство.

Чтобы лучше проиллюстрировать этот парадокс, рассмотрим одну из схем транзисторных ключей, используя для представления транзистора физическую схему (как показано на рисунке ниже), а не условное обозначение. Так легче будет видеть два PN-перехода.

Небольшой ток базы, протекающий в прямо смещенном переходе база-эмиттер, обеспечивает большой ток через обратно смещенный переход база-коллектор (на рисунке показано направление движения потоков электронов, общепринятые направления электрических токов будут противоположными)

Диагональная стрелка серого цвета показывает направление потока электронов через переход эмиттер-база. Эта часть имеет смысл, так как электроны протекают от эмиттера N-типа к базе P-типа, очевидно прямое смещение перехода. Однако с переходом база-коллектор совсем другое дело. Обратите внимание, как толстая стрелка серого цвета указывает в направлении потока электронов (вверх) от базы к коллектору. С базой из материала P-типа и коллектором из материала N-типа, это направление потока электронов явно указывает на направление, противоположное тому, с каким ассоциируется PN-переход! Обычный PN-переход не позволил бы потоку электронов протекать в этом «обратном» направлении, по крайней мере, не без значительного сопротивления. Однако открытый (насыщенный) транзистор демонстрирует очень малое противодействие электронам на всем пути от эмиттера к коллектору, о чем свидетельствует свечение лампы!

Ясно, что здесь происходит что-то, что бросает вызов простой «двухдиодной» модели биполярного транзистора. Когда я впервые узнал о работе транзистора, я попытался построить свой собственный транзистор из двух диодов, включенных в противоположных направлениях, как показано на рисунке ниже.

Пара включенных в противоположных направлениях диода не действуют как транзистор!

Моя схема не работала, и я был озадачен. Однако полезное «двухдиодное» описание транзистора может использоваться для проверки, оно не объясняет, почему транзистор ведет себя как управляемый ключ.

То, что происходит в транзисторе, заключается в следующем: обратное смещение перехода база-коллектор предотвращает протекание тока коллектора, когда транзистор находится в режиме отсечки (закрыт, т.е. при отсутствии тока базы). Если переход база-эмиттер смещен в прямом направлении с помощью управляющего сигнала, нормально блокирующее поведение перехода база-коллектор изменяется, и ток через коллектор пропускается, несмотря на то, что электроны через этот PN-переход идут «неправильно». Это поведение зависит от квантовой физики полупроводниковых переходов и может иметь место только тогда, когда два перехода расположены правильно, и концентрации легирования этих трех слоев распределены правильно. Два диода, соединенных последовательно, не соответствуют этим критериям; верхний диод никогда не может «включиться», когда он смещен в обратном направлении, независимо от того, какая величина тока проходит через нижний диод в схеме через вывод базы. Для более подробной информации смотрите раздел «Биполярные транзисторы» главы 2.

То, что концентрации легирования играют решающую роль в особых способностях транзистора, еще раз подтверждается тем фактом, что коллектор и эмиттер не являются взаимозаменяемыми. Если транзистор просто рассматривается как два противоположно направленных PN-перехода или просто как N-P-N или P-N-P сэндвич материалов, может показаться, что любой конец этого сэндвича может служить в качестве коллектора или эмиттера. Это, однако, неверно. При «противоположном» включении транзистора в схему, ток база-коллектор не сможет управлять током между коллектором и эмиттером. Несмотря на то, что эти оба слоя (эмиттер и коллектор) биполярного транзистора имеют один и тот же тип легирования (либо N, либо P), коллектор и эмиттер определенно не одинаковы!

Ток через переход эмиттер-база позволяет протекать току через обратно смещенный переход база-коллектор. Действие тока базы можно рассматривать как «открывание клапана» для тока через коллектор. Более конкретно, любая заданная величина тока от эмиттера к базе допускает протекание ограниченной величины тока от базы к коллектору. На каждый электрон, который проходит через переход эмиттер-база и через вывод базы, через переход база-коллектор проходит определенное количество электронов и не более.

В следующем разделе это ограничение тока транзистора будет исследовано более подробно.

Подведем итоги:

• При проверке с помощью мультиметра в режимах «сопротивление» и «проверка диода» биполярный транзистор ведет себя как два встречно направленных PN-перехода (диода).
• PN-переход эмиттер-база имеет несколько большее прямое падение напряжения, чем PN-переход коллектор-база, из-за более сильного легирования полупроводникового слоя эмиттера.
• Обратно смещенный переход база-коллектор обычно блокирует любой ток через транзистор между эмиттером и коллектором. Однако этот переход начинает проводить ток, если протекает ток и через вывод базы. Ток базы можно рассматривать как «открывание клапана» для определенной, ограниченной величины тока через коллектор.

Оригинал статьи:

Теги

PN переходБиполярный транзисторМультиметрОбучениеЭлектроника

Сохранить или поделиться

Как проверить биполярный транзистор на пригодность обычным мультиметром, тестером.

Иногда возникает необходимость в проверке биполярного транзистора на его пригодность. Это легко можно сделать с помощью обычного мультиметра, электронного тестера даже самой простой модели типа DT830. Как известно, биполярный транзистор представляет собой полупроводник, имеющий три вывода – эмиттер, коллектор и база.

Электротехнически биполярный транзистор можно представить как два диода. Причем, при одной проводимости (n-p-n) эти диоды как бы соединены одними своими полярностями (плюсами, и это база), а при другой проводимости (p-n-p), противоположными полярностями (минусами, это также база). И по сути вся проверка биполярного транзистора сводится к двум типам измерения – это наличие нормальной полупроводимости у переходов база-эмиттер и база-коллектор, и наличие нужного коэффициента усиления данного транзистора.

Для тех кто не знает напомню, что основная функциональная задача транзистора является усиление тока. То есть, пропускание небольших токов через база-эмиттерный переход приводит к тому, что на переходе эмиттер-коллектор можно получить токи в десятки-тысячи раз больше. Причем имеется прямая зависимость, чем больше ток будет проходит через базу, тем больше тока мы получим на коллекторе. Но это усиление тоже не бесконечное.

У маломощных биполярных транзисторов коэффициент усиления может быть от десятков до тысяч раз. Чем мощнее транзистор, тем больший ток он может через себя пропустить, но при этом обычно жертвуя этим самым коэффициентом усиления. У мощных транзисторов этот коэффициент усиления обычно не превышает десятков, реже сотен раз.

Теперь вернемся к проверке биполярного транзистора обычным мультиметром. Первым вариантом будет просто проверить на транзисторе два полупроводящих перехода. Это переход база-эмиттер и база коллектор. Берем мультиметр, колесо выбора измерения переводим на диод и измеряем. Если Вы не знаете где какой вывод у транзистора, то без справочника тут не обойтись. Просто через поиск картинок в интернете набираете «цоколевка транзистора (пишем его название)» и смотрите результаты.

Когда вы знаете где, какие выводы, то еще нужно знать тип проводимости транзистора (n-p-n или p-n-p). Для тех кто не вкурсе – это, проще говоря, либо два диода направлены в одну сторону или же в противоположную. Опять же, через поиск в интернете набираем «проводимость транзистора (пишем его название)». Хотя можно просто, зная где у биполярного транзистор база, сначала одним щупом мультиметра прикоснутся к базе, а вторым к эмиттеру и коллектору. Если измерительный прибор ничего не показывает, то просто поменять местами щупы измерителя. Если транзистор работоспособен, то на экране электронного тестера должно отобразится падение напряжения перехода, которое равно около 600-700 милливольт. На переходах база-эмиттер и база коллектор эти значения падения напряжения могут немного отличаться, это нормально.

Теперь, что мы увидим на мультиметре в случае если транзистор неисправен. Возможен полный или частичный пробой. При полном пробое переходы либо вовсе перегорают (один или сразу два) или наоборот, становятся полными проводниками. То есть, в одном случае полупроводниковый переход разрывается, контакта нет, электронный тестер ничего не покажет. Во втором случае переход начинает проводит в обе стороны, превращаясь из полупроводника в полный проводник (хотя имеющее уже свое какое-то сопротивление). Тут мультиметр должен показать нули, или около того. Если же биполярный транзистор пробивается частично, то в этом случае мы на экране измерительного прибора можем увидеть не нормальное падение напряжения на переходах (значительно больше или меньше нормальных значений). Этот транзистор будет работать, но уже не так как нужно изначально. Его необходимо заменить на заведомо работоспособный.

Мультиметр также позволяет измерить коэффициент усиления биполярного транзистора. И это второй способ проверки биполярного транзистора на пригодность.   Для этого на электронном тестере предусмотрен специальный разъем. Для проверки нужно свой транзистор вставить в нужные гнезда (соблюдая цоколевку и тип проводимости). Переводим колесо выбора измерения мультиметра в положение hFE. Если биполярный транзистор рабочий, то на экране тестера мы увидим реальный коэффициент усиления данного элемента. Если же транзистор неисправен, то измерительный прибор ничего не покажет.

И еще одно замечание, которое следует учесть. Новичок может вначале подумать, что проверить транзисторные переходы база-эмиттер и база-коллектор можно через измерение по сопротивлению. По идее это логично. Но технически это сделать не получится (по крайней мере на тех мультиметрах, у которых измерение диода вынесено на отдельный селектор). Дело в том, что в самом электронном тестере при измерении малых сопротивлений на щупы подается всего лишь 0,5 вольта. Для открытия кремниевых полупроводников (которым и является транзистор, диод и т.д.) нужно не менее 0,6 вольта. И получается что измеряя даже рабочий полупроводник через сопротивление тестер нам ничего не покажет. Когда же мы проверяем полупроводники через диоды, то на щупы измерителя подается уже 2,5 вольта, что вполне хватает для проведения измерения. Так что учтите этот момент.

P.S. Как видно проверить биполярный транзистор не составляет большого труда. Хотя в высокоточных схемах даже работоспособный транзистор, который имеет значительные отклонения в своих параметра, может работать некорректно. И тут уж такая проверка мультиметром не выявит неисправность. В этом случае нужно искать дефективный элемент на самой схеме при ее работе или просто заменять подозрительные компоненты на запасные, заведомо исправные.

Биполярный транзистор

Биполярный транзистор — электронный полупроводниковый прибор, один из типов транзисторов, предназначенный для усиления, генерирования и преобразования электрических сигналов. Транзистор называется биполярный, поскольку в работе прибора одновременно участвуют два типа носителей заряда – электроны и дырки. Этим он отличается от униполярного (полевого) транзистора, в работе которого участвует только один тип носителей заряда.

Принцип работы обоих типов транзисторов похож на работу водяного крана, который регулирует водяной поток, только через транзистор проходит поток электронов. У биполярных транзисторов через прибор проходят два тока — основной «большой» ток, и управляющий «маленький» ток. Мощность основного тока зависит от мощности управляющего. У полевых транзисторов через прибор проходит только один ток, мощность которого зависит от электромагнитного поля. В данной статье рассмотрим подробнее работу биполярного транзистора.

Устройство биполярного транзистора.

Биполярный транзистор состоит из трех слоев полупроводника и двух PN-переходов. Различают PNP и NPN транзисторы по типу чередования дырочной и электронной проводимостей. Это похоже на два диода, соединенных лицом к лицу или наоборот.

У биполярного транзистора три контакта (электрода). Контакт, выходящий из центрального слоя, называется база (base). Крайние электроды носят названия коллектор и эмиттер (collector и emitter). Прослойка базы очень тонкая относительно коллектора и эмиттера. В дополнение к этому, области полупроводников по краям транзистора несимметричны. Слой полупроводника со стороны коллектора немного толще, чем со стороны эмиттера. Это необходимо для правильной работы транзистора.

Работа биполярного транзистора.

Рассмотрим физические процессы, происходящие во время работы биполярного транзистора. Для примера возьмем модель NPN. Принцип работы транзистора PNP аналогичен, только полярность напряжения между коллектором и эмиттером будет противоположной.

Как уже говорилось в статье о типах проводимости в полупроводниках, в веществе P-типа находятся положительно заряженные ионы — дырки. Вещество N-типа насыщено отрицательно заряженными электронами. В транзисторе концентрация электронов в области N значительно превышает концентрацию дырок в области P.

Подключим источник напряжения между коллектором и эмиттером V_КЭ (V_CE). Под его действием, электроны из верхней N части начнут притягиваться к плюсу и собираться возле коллектора. Однако ток не сможет идти, потому что электрическое поле источника напряжения не достигает эмиттера. Этому мешает толстая прослойка полупроводника коллектора плюс прослойка полупроводника базы.

Теперь подключим напряжение между базой и эмиттером V_BE, но значительно ниже чем V_CE (для кремниевых транзисторов минимальное необходимое V_BE — 0.6V). Поскольку прослойка P очень тонкая, плюс источника напряжения подключенного к базе, сможет «дотянуться» своим электрическим полем до N области эмиттера. Под его действием электроны направятся к базе. Часть из них начнет заполнять находящиеся там дырки (рекомбинировать). Другая часть не найдет себе свободную дырку, потому что концентрация дырок в базе гораздо ниже концентрации электронов в эмиттере.

В результате центральный слой базы обогащается свободными электронами. Большинство из них направится в сторону коллектора, поскольку там напряжение намного выше. Так же этому способствует очень маленькая толщина центрального слоя. Какая-то часть электронов, хоть гораздо меньшая, все равно потечет в сторону плюса базы.

В итоге мы получаем два тока: маленький — от базы к эмиттеру I_BE, и большой — от коллектора к эмиттеру I_CE.

Если увеличить напряжение на базе, то в прослойке P соберется еще больше электронов. В результате немного усилится ток базы, и значительно усилится ток коллектора. Таким образом, при небольшом изменении тока базы I_B, сильно меняется ток коллектора I_С. Так и происходит усиление сигнала в биполярном транзисторе. Cоотношение тока коллектора I_С к току базы I_B называется коэффициентом усиления по току. Обозначается β, hfe или h31e, в зависимости от специфики расчетов, проводимых с транзистором.

β = I_C / I_B

Простейший усилитель на биполярном транзисторе

Рассмотрим детальнее принцип усиления сигнала в электрической плоскости на примере схемы. Заранее оговорюсь, что такая схема не совсем правильная. Никто не подключает источник постоянного напряжения напрямую к источнику переменного. Но в данном случае, так будет проще и нагляднее для понимания самого механизма усиления с помощью биполярного транзистора. Так же, сама техника расчетов в приведенном ниже примере носит несколько упрощенный характер.

1.Описание основных элементов цепи

Итак, допустим в нашем распоряжении транзистор с коэффициентом усиления 200 (β = 200). Со стороны коллектора подключим относительно мощный источник питания в 20V, за счет энергии которого будет происходить усиление. Со стороны базы транзистора подсоединим слабый источник питания в 2V. К нему последовательно подсоединим источник переменного напряжения в форме синуса, с амплитудой колебаний в 0.1V. Это будет сигнал, который нужно усилить. Резистор Rb возле базы необходим для того, чтобы ограничить ток, идущий от источника сигнала, обычно обладающего слабой мощностью.

2. Расчет входного тока базы I

_b

Теперь посчитаем ток базы I_b. Поскольку мы имеем дело с переменным напряжением, нужно посчитать два значения тока – при максимальном напряжении (V_max) и минимальном (V_min). Назовем эти значения тока соответственно — I_bmax и I_bmin.

Также, для того чтобы посчитать ток базы, необходимо знать напряжение база-эмиттер V_BE. Между базой и эмиттером располагается один PN-переход. Получается, что ток базы «встречает» на своем пути полупроводниковый диод. Напряжение, при котором полупроводниковый диод начинает проводить — около 0.6V. Не будем вдаваться в подробности вольт-амперных характеристик диода, и для простоты расчетов возьмем приближенную модель, согласно которой напряжение на проводящем ток диоде всегда 0.6V. Значит, напряжение между базой и эмиттером V_BE = 0.6V. А поскольку эмиттер подключен к земле (V_E = 0), то напряжение от базы до земли тоже 0.6V (V_B = 0.6V).

Посчитаем I_bmax и I_bmin с помощью закона Ома:

2. Расчет выходного тока коллектора I

_С

Теперь, зная коэффициент усиления (β = 200), можно с легкостью посчитать максимальное и минимальное значения тока коллектора ( I_cmax и I_cmin).

3. Расчет выходного напряжения V

_out

Осталось посчитать напряжение на выходе нашего усилителя V_out. В данной цепи — это напряжение на коллекторе V_C.

Через резистор Rc течет ток коллектора, который мы уже посчитали. Осталось подставить значения:

4. Анализ результатов

Как видно из результатов, V_Cmax получился меньше чем V_Cmin. Это произошло из-за того, что напряжение на резисторе V_Rc отнимается от напряжения питания VCC. Однако в большинстве случаев это не имеет значения, поскольку нас интересует переменная составляющая сигнала – амплитуда, которая увеличилась c 0.1V до 1V. Частота и синусоидальная форма сигнала не изменились. Конечно же, соотношение V_out/V_in в десять раз — далеко на самый лучший показатель для усилителя, однако для иллюстрации процесса усиления вполне подойдет.

Итак, подытожим принцип работы усилителя на биполярном транзисторе. Через базу течет ток I_b, несущий в себе постоянную и переменную составляющие. Постоянная составляющая нужна для того чтобы PN-переход между базой и эмиттером начал проводить – «открылся». Переменная составляющая – это, собственно, сам сигнал (полезная информация). Сила тока коллектор-эмиттер внутри транзистора – это результат умножения тока базы на коэффициент усиления β. В свою очередь, напряжение на резисторе Rc над коллектором – результат умножения усиленного тока коллектора на значение резистора.

Таким образом, на вывод V_out поступает сигнал с увеличенной амплитудой колебаний, но с сохранившейся формой и частотой. Важно подчеркнуть, что энергию для усиления транзистор берет у источника питания VCC. Если напряжения питания будет недостаточно, транзистор не сможет полноценно работать, и выходной сигнал может получится с искажениями.

Режимы работы биполярного транзистора

В соответствии уровням напряжения на электродах транзистора, различают четыре режима его работы:

• Режим отсечки (cut off mode).
• Активный режим (active mode).
• Режим насыщения (saturation mode).
• Инверсный ражим (reverse mode ).

Режим отсечки

Когда напряжение база-эмиттер ниже, чем 0.6V — 0.7V, PN-переход между базой и эмиттером закрыт. В таком состоянии у транзистора отсутствует ток базы. В результате тока коллектора тоже не будет, поскольку в базе нет свободных электронов, готовых двигаться в сторону напряжения на коллекторе. Получается, что транзистор как бы заперт, и говорят, что он находится в режиме отсечки.

Активный режим

В активном режиме напряжение на базе достаточное, для того чтобы PN-переход между базой и эмиттером открылся. В этом состоянии у транзистора присутствуют токи базы и коллектора. Ток коллектора равняется току базы, умноженном на коэффициент усиления. Т.е активным режимом называют нормальный рабочий режим транзистора, который используют для усиления.

Режим насыщения

Иногда ток базы может оказаться слишком большим. В результате мощности питания просто не хватит для обеспечения такой величины тока коллектора, которая бы соответствовала коэффициенту усиления транзистора. В режиме насыщения ток коллектора будет максимальным, который может обеспечить источник питания, и не будет зависеть от тока базы. В таком состоянии транзистор не способен усиливать сигнал, поскольку ток коллектора не реагирует на изменения тока базы.

В режиме насыщения проводимость транзистора максимальна, и он больше подходит для функции переключателя (ключа) в состоянии «включен». Аналогично, в режиме отсечки проводимость транзистора минимальна, и это соответствует переключателю в состоянии «выключен».

Инверсный режим

В данном режиме коллектор и эмиттер меняются ролями: коллекторный PN-переход смещен в прямом направлении, а эмиттерный – в обратном. В результате ток из базы течет в коллектор. Область полупроводника коллектора несимметрична эмиттеру, и коэффициент усиления в инверсном режиме получается ниже, чем в нормальном активном режиме. Конструкция транзистора выполнена таким образом, чтобы он максимально эффективно работал в активном режиме. Поэтому в инверсном режиме транзистор практически не используют.

Основные параметры биполярного транзистора.

Коэффициент усиления по току – соотношение тока коллектора I_С к току базы I_B. Обозначается β, hfe или h31e, в зависимости от специфики расчетов, проводимых с транзисторов.

β — величина постоянная для одного транзистора, и зависит от физического строения прибора. Высокий коэффициент усиления исчисляется в сотнях единиц, низкий — в десятках. Для двух отдельных транзисторов одного типа, даже если во время производства они были “соседями по конвейеру”, β может немного отличаться. Эта характеристика биполярного транзистора является, пожалуй, самой важной. Если другими параметрами прибора довольно часто можно пренебречь в расчетах, то коэффициентом усиления по току практически невозможно.

Входное сопротивление – сопротивление в транзисторе, которое «встречает» ток базы. Обозначается R_in (R_вх). Чем оно больше — тем лучше для усилительных характеристик прибора, поскольку со стороны базы обычно находиться источник слабого сигнала, у которого нужно потреблять как можно меньше тока. Идеальный вариант – это когда входное сопротивление равняется бесконечность.

R_вх для среднестатистического биполярного транзистора составляет несколько сотен КΩ (килоом). Здесь биполярный транзистор очень сильно проигрывает полевому транзистору, где входное сопротивление доходит до сотен ГΩ (гигаом).

Выходная проводимость — проводимость транзистора между коллектором и эмиттером. Чем больше выходная проводимость, тем больше тока коллектор-эмиттер сможет проходить через транзистор при меньшей мощности.

Также с увеличением выходной проводимости (или уменьшением выходного сопротивления) увеличивается максимальная нагрузка, которую может выдержать усилитель при незначительных потерях общего коэффициента усиления. Например, если транзистор с низкой выходной проводимостью усиливает сигнал в 100 раз без нагрузки, то при подсоединении нагрузки в 1 КΩ, он уже будет усиливать всего в 50 раз. У транзистора, с таким же коэффициентом усиления, но с большей выходной проводимостью, падение усиления будет меньше. Идеальный вариант – это когда выходная проводимость равняется бесконечность (или выходное сопротивление R_out = 0 (R_вых = 0)).

Частотная характеристика – зависимость коэффициента усиления транзистора от частоты входящего сигнала. С повышением частоты, способность транзистора усиливать сигнал постепенно падает. Причиной тому являются паразитные емкости, образовавшиеся в PN-переходах. На изменения входного сигнала в базе транзистор реагирует не мгновенно, а с определенным замедлением, обусловленным затратой времени на наполнение зарядом этих емкостей. Поэтому, при очень высоких частотах, транзистор просто не успевает среагировать и полностью усилить сигнал.

Как проверить работоспособность разных видов биполярных транзисторов мультиметром? Как проверить биполярный транзистор

Опытные электрики и электронщики знают, что для полной проверки транзисторов существуют специальные пробники.

С помощью них можно не только проверить исправность последнего, но и его коэффициент усиления — h31э .

Необходимость наличия пробника

Пробник действительно нужный прибор, но, если вам необходимо просто проверить транзистор на исправность вполне подойдет и .

Устройство транзистора

Прежде, чем приступить к проверке, необходимо разобраться что из себя представляет транзистор.

Он имеет три вывода, которые формируют между собой диоды (полупроводники).

Каждый вывод имеет свое название: коллектор, эмиттер и база. Первые два вывода p-n переходами соединяются в базе.

Один p-n переход между базой и коллектором образует один диод, второй p-n переход между базой и эмиттером образует второй диод.

Оба диода подсоединены в схему встречно через базу, и вся эта схема представляет собой транзистор.

Ищем базу, эмиттер и коллектор на транзисторе

Как сразу найти коллектор.

Чтобы сразу найти коллектор нужно выяснить, какой мощности перед вами транзистор, а они бывают средней мощности, маломощные и мощные.

Транзисторы средней мощности и мощные сильно греются, поэтому от них нужно отводить тепло.

Делается это с помощью специального радиатора охлаждения, а отвод тепла происходит через вывод коллектора, который в этих типах транзисторов расположен посередине и подсоединен напрямую к корпусу.

Получается такая схема передачи тепла: вывод коллектора – корпус – радиатор охлаждения.

Если коллектор определен, то определить другие выводы уже будет не сложно.

Бывают случаи, которые значительно упрощают поиск, это когда на устройстве уже есть нужные обозначения, как показано ниже.

Производим нужные замеры прямого и обратного сопротивления.

Однако все равно торчащие три ножки в транзисторе могу многих начинающих электронщиков ввести в ступор.

Как же тут найти базу, эмиттер и коллектор?

Без мультиметра или просто омметра тут не обойтись.

Итак, приступаем к поиску. Сначала нам нужно найти базу.

Берем прибор и производим необходимые замеры сопротивления на ножках транзистора.

Берем плюсовой щуп и подсоединяем его к правому выводу. Поочередно минусовой щуп подводим к среднему, а затем к левому выводам.

Между правым и среднем у нас, к примеру, показало 1 (бесконечность), а между правым и левым 816 Ом.

Эти показания пока ничего нам не дают. Делаем замеры дальше.

Теперь сдвигаемся влево, плюсовой щуп подводим к среднему выводу, а минусовым последовательно касаемся к левому и правому выводам.

Опять средний – правый показывает бесконечность (1), а средний левый 807 Ом.

Это тоже нам ничего не говорить. Замеряем дальше.

Теперь сдвигаемся еще левее, плюсовой щуп подводим к крайнему левому выводу, а минусовой последовательно к правому и среднему.

Если в обоих случаях сопротивление будет показывать бесконечность (1), то это значит, что базой является левый вывод.

А вот где эмиттер и коллектор (средний и правый выводы) нужно будет еще найти.

Теперь нужно сделать замер прямого сопротивления. Для этого теперь делаем все наоборот, минусовой щуп к базе (левый вывод), а плюсовой поочередно подсоединяем к правому и среднему выводам.

Запомните один важный момент, сопротивление p-n перехода база – эмиттер всегда больше, чем p-n перехода база – коллектор.

В результате замеров было выяснено, что сопротивление база (левый вывод) – правый вывод равно 816 Ом, а сопротивление база – средний вывод 807 Ом.

Значит правый вывод — это эмиттер, а средний вывод – это коллектор.

Итак, поиск базы, эмиттера и коллектора завершен.

Как проверить транзистор на исправность

Чтобы проверить транзистор мультиметром на исправность достаточным будет измерить обратное и прямое сопротивление двух полупроводников (диодов), чем мы сейчас и займемся.

В транзисторе обычно существуют две структуру перехода p-n-p и n-p-n .

P-n-p – это эмиттерный переход, определить это можно по стрелке, которая указывает на базу.

Стрелка, которая идет от базы указывает на то, что это n-p-n переход.

P-n-p переход можно открыть с помощью минусовое напряжения, которое подается на базу.

Выставляем переключатель режимов работы мультиметра в положение измерение сопротивления на отметку «200 ».

Черный минусовой провод подсоединяем к выводу базы, а красный плюсовой по очереди подсоединяем к выводам эмиттера и коллектора.

Т.е. мы проверяем на работоспособность эмиттерный и коллекторный переходы.

Показатели мультиметра в пределах от 0,5 до 1,2 кОм скажут вам, что диоды целые.

Теперь меняем местами контакты, плюсовой провод подводим к базе, а минусовой поочередно подключаем к выводам эмиттера и коллектора.

Настройки мультиметра менять не нужно.

Последние показания должны быть на много больше, чем предыдущие. Если все нормально, то вы увидите цифру «1» на дисплее прибора.

Это говорит о том, что сопротивление очень большое, прибор не может отобразить данные выше 2000 Ом, а диодные переходы целые.

Преимущество данного способа в том, что транзистор можно проверить прямо на устройстве, не выпаивая его оттуда.

Хотя еще встречаются транзисторы где в p-n переходы впаяны низкоомные резисторы, наличие которых может не позволить правильно провести измерения сопротивления, оно может быть маленьким, как на эмиттерном, так и на коллекторном переходах.

В данном случае выводы нужно будет выпаять и проводить замеры снова.

Признаки неисправности транзистора

Как уже отмечалось выше если замеры прямого сопротивления (черный минус на базе, а плюс поочередно на коллекторе и эмиттере) и обратного (красный плюс на базе, а черный минус поочередно на коллекторе и эмиттере) не соответствуют указанным выше показателям, то транзистор вышел из строя.

Другой признак неисправности, это когда сопротивление p-n переходов хотя бы в одном замере равно или приближено к нулю.

Это указывает на то, что диод пробит, а сам транзистор вышел из строя. Используя данные выше рекомендации, вы легко сможете проверить транзистор мультиметром на исправность.

Радиолюбители знают, что зачастую много времени приходится тратить на поиск неисправностей, возникающих в электронных схемах по различным причинам. Если схема собирается самостоятельно, то заключительным этапом работы будет проверка её работоспособности. А начинать необходимо с подбора заведомо исправных электронных компонентов. В радиолюбительских конструкциях широкое применение находят полупроводниковые приборы. Проверка транзистора, как прозвонить транзистор мультиметром — это немаловажные вопросы.

Типы транзисторов

Разновидностей этого вида полупроводниковых приборов по мере развития электроники появляется всё больше и больше. Появление каждой новой группы обусловлено повышением требований, предъявляемых к работе электронных устройств и к их техническим характеристикам.

Биполярные приборы

Биполярные полупроводниковые транзисторы являются наиболее часто встречающимися элементами электронных схем. Даже если рассмотреть построение различных больших микросхем, можно увидеть огромное количество представителей полупроводников этого вида.

Определение «биполярные» произошло от видов носителей электрического тока, которые в них присутствуют. Этот ток определяется движением отрицательных и положительных зарядов в теле полупроводника.

Каждая область трёхслойной структуры имеет свой металлический вывод, с помощью которого прибор подключается к другим элементам электронной схемы. Эти выводы имеют свои названия: эмиттер, база, коллектор. Эмиттер и коллектор — это внешние области . Внутренняя область — база.

Биполярные транзисторы образуют две группы в зависимости от типа полупроводника. Они обозначаются «p — n — p» и «n — p — n» Области соприкосновения полупроводников различных типов носят название «p — n» переходов.

Область базы является самой тонкой. Её толщина определяет частотные свойства прибора, то есть максимальную частоту радиосигнала, на которой может работать транзистор в качестве усилительного элемента. Область коллектора имеет максимальную площадь, так как при больших токах необходимо отводить избыточную тепловую энергию с помощью внешнего радиатора для исключения перегрева прибора.

На схемах вывод эмиттера обозначается стрелкой , которая определяет направление основного тока через прибор. Основным является ток на участке коллектор — эмиттер (или эмиттер — коллектор, в зависимости от направления стрелки). Но он возникает только в случае протекания управляющего тока в цепи базы. Соотношение этих токов определяет усилительные свойства транзистора. Таким образом, биполярный транзистор — это токовый прибор.

Полевые транзисторы

Транзисторы этого типа существенно отличаются от биполярных приборов. Если последние являются устройствами, управляемыми слабым током базы определённой полярности, то полевым приборам для протекания тока через полупроводник требуется наличие управляющего напряжения (электрического поля).

Электроды имеют названия: затвор, исток, сток. А напряжение, открывающее канал «n» типа или «p» типа, прикладывается к области затвора и определяет интенсивность тока при правильной его полярности. Эти приборы ещё называют униполярными .

Проверка мультиметром

Транзисторы являются активными элементами электронной схемы. Их исправность определяет её правильную работу. Как проверить тестером транзистор — этот вопрос является важным. При знании принципов его работы эта задача не представляет большого труда.

Приборы биполярного типа

Их схему упрощённо можно представить в виде двух полупроводниковых диодов, включённых навстречу друг другу. Для приборов «p — n — p» проводимости соединены будут катоды, а для «n — p — n» структуры общую точку будут иметь аноды диодов. В любом случае точка соединения будет выводом электрода базы, а два других вывода, соответственно, эмиттером и коллектором.

Для структуры «p — n — p» на схеме стрелка эмиттера направлена к выводу базы. Соответственно, для проводимости «n — p — n» стрелка эмиттера изменит своё направление на противоположное. Для определения состояния полупроводникового транзистора большое значение имеет информация о его типе и, соответственно, о маркировке его электродов. Эту информацию можно узнать из многочисленных справочников или из общения на тематических форумах.

Для биполярных приборов «p — n — p» проводимости открытому состоянию будет соответствовать подключение «минусового» (чёрного) щупа тестера к выводу базы. «Положительный» (красный) наконечник поочерёдно подключается к коллектору и эмиттеру. Это будет прямым включением «p — n» переходов.

При этом сопротивление каждого будет находиться в диапазоне (600−1200) Ом. Конкретное значение зависит от производителя электронных компонентов. Сопротивление коллекторного перехода будет иметь величину немного меньшую, чем эмиттерного.

Так как биполярный транзистор представлен в виде встречного включения двух полупроводниковых диодов с односторонней проводимостью, то при смене полярности щупов тестера сопротивления «p — n» переходов у нормально работающих транзисторов будет в идеале стремиться к бесконечности.

Такая же картина должна наблюдаться при измерении сопротивления между выводами эмиттера и коллектора. Причём это большое значение не зависит от смены полярности измерительных щупов. Всё это относится к исправным транзисторам.

Процесс проверки исправности (или неисправности) биполярного полупроводникового элемента с помощью мультиметра сводится к следующему:

• определение типа прибора и схемы его выводов;
• проверка сопротивлений его «p — n» переходов в прямом направлении;
• смена полярности щупов и определение сопротивлений переходов при таком подключении;
• проверка сопротивления «коллектор — эмиттер» в обоих направлениях.

Определение исправности приборов «n — p — n» структуры отличается только тем, что для прямого включения переходов к выводу базы необходимо подключить красный «положительный» провод мультиметра, а к выводам эмиттера и коллектора поочерёдно подсоединять чёрный (отрицательный). Картина с величинами сопротивлений для этой проводимости должна повториться.

К признакам неисправности биполярных транзисторов можно отнести следующие:

• «прозвонка» «p — n» переходов показывает слишком малые значения сопротивлений;
• «p — n» переход не «прозванивается» в обе стороны.

В первом случае можно говорить об электрическом пробое перехода, а то и вовсе о коротком замыкании.

Второй случай показывает внутренний обрыв в структуре прибора.

В обоих случаях данный экземпляр не может быть использован для работы в схеме.

Полевые транзисторы

Для проверки работоспособности этого элемента используем тот же мультиметр, что и для биполярного прибора. Необходимо помнить, что полевики могут быть n-канальными и p-канальными.

Для проверки элемента первого типа необходимо выполнить следующие действия:

Для определения сопротивления закрытого прибора с n-каналом производят касание красным проводом вывода «исток», а чёрным — «сток».

Открытие полевого прибора производится подачей на его «затвор» положительного потенциала (красный провод).

Для проверки открытого состояния транзистора повторно измеряется сопротивление участка «сток — исток» (чёрный провод — сток, красный — исток). Сопротивление приоткрытого n-канала немного уменьшается по сравнению с первым замером.

Закрытие прибора достигается подачей на его «затвор» отрицательного потенциала (чёрный провод мультиметра). После этого сопротивление участка «сток — исток» вернётся к своему первоначальному значению.

При проверке p-канального прибора повторяют все предыдущие действия, переменив полярность измерительных щупов тестера.

Необходимо перед проверками полевых приборов принять меры, защищающие от воздействия статических зарядов, которые могут внести значительные сложности в процесс проверки, а то и вовсе вывести проверяемое изделие из строя. К таким проверенным мерам можно отнести простое касание рукой батареи центрального отопления. Специалисты применяют браслет, обладающий антистатическими свойствами.

При проверках транзисторов большой мощности этого типа часто при полностью запертом полупроводниковом канале можно определить наличие сопротивления. Это означает, что между «истоком» и «стоком» включён защитный диод, встроенный в корпус прибора. Убедиться в этом помогает смена полярности выводов тестера.

Проверка приборов в схеме

Как мультиметром проверить транзистор, не выпаивая, как проверить полевой транзистор — эти вопросы возникают у радиолюбителей довольно часто. Извлечение полупроводникового прибора из схемы требует большой аккуратности и опыта работы. Необходимо иметь в своём арсенале низковольтный паяльник с тонким жалом, браслет, защищающий от статических разрядов. Проводники печатной платы в процессе работы можно перегреть, а то и случайно замкнуть между собой.

Хотя при наличии опыта в такой работе — задача вполне решаемая. Конечно, необходимо уметь читать электрические схемы и представлять работу каждого из её компонентов.

Оценка работоспособности биполярных транзисторов малой и средней мощности мало отличается от проверки этих элементов «на столе», когда все выводы прибора находятся в доступном для проверки положении.

Сложнее проходит проверка непосредственно в схеме приборов большой мощности, применяемых в схемах выходных каскадов усилителей, импульсных блоках питания. В этих схемах присутствуют элементы, защищающие транзисторы от выхода последних на максимально допустимые режимы. При проверке состояний «p — n» переходов в этих случаях можно получить абсолютно не верные результаты. Как выход — выпаивание вывода базы.

Проверка полевых приборов может дать результат, далёкий от реального положения дел. Причина — наличие в схемах большого количества элементов коррекции работы транзисторов, включая катушки индуктивности низкого сопротивления.

Существует ещё большое количество различных типов транзисторов, для оценки состояния которых приходится применять различные специальные пробники. Но это тема для отдельного материала.

Транзистор является наиболее популярным активным компонентом, входящим в состав электрических схем. У любого, кто интересуется электроникой, время от времени возникает необходимость проверить подобный элемент. Особенно часто проверку приходится делать начинающим радиолюбителям, которые в своих схемах используют транзисторы, бывшие в употреблении, например, выпаянные из старых плат. Для «прозвонки» можно использовать специальные приборы-тестеры, позволяющие измерять параметры транзисторов, чтобы потом их можно было сравнить их с указанными в справочнике. Однако для элементов, входящих в любительскую схему достаточно выполнить проверку по правилу: «исправен, неисправен». Эта статья рассказывает, как проверить транзистор мультиметром именно по такому методу тестирования.

Подготовка инструментов

У каждого современного радиолюбителя есть универсальный инструмент под названием цифровой мультиметр. Он позволяет измерять постоянные и переменные токи и напряжение, сопротивление элементов. Он также позволяет проверить работоспособность элементов схемы. Рядом с переключателем в режим «прозвонки», как правило, нарисован диод и динамик (см. фото на рис. 1).

Рисунок 1 – Лицевая панель мультиметра

Перед проверкой элемента необходимо убедиться в работоспособности самого мультиметра:

1. Батарея должна быть заряжена.
2. При переключении в режим проверки полупроводников дисплей должен отображать цифру 1.
3. Щупы должны быть исправны, т. к. большинство приборов – китайские, и разрыв провода в них является очень частым явлением. Проверить их нужно, прислонив кончики щупов друг к другу: в этом случае на дисплее отобразятся нули и раздастся писк – прибор и щупы исправны.
4. Щупы подключаются согласно цветовой маркировке: красный щуп — в красный разъем, черный – в черный разъем с надписью COM.

Технологии проверки

Биполярный

Структура биполярного транзистора (БТ) включает в себя 2 p-n или 2 n-p перехода. Выводы этих переходов называются эмиттером и коллектором. Вывод срединного слоя называется базой. Упрощенно БТ можно представить как два включенных встречно диода, как изображено на рисунке 2.

Проверить биполярный транзистор мультиметром не сложно, в чем Вы сейчас и убедитесь. Как известно основным свойством p-n перехода является его односторонняя проводимость. При подключении положительного (красный) щупа к аноду, а черного к катоду на дисплее мультиметра будет отображена величина прямого напряжения на переходе в милливольтах. Величина напряжения зависит от типа полупроводника: для германиевых диодов это напряжение будет порядка 200–300 мВ, а для кремниевых от 600 до 800 мВ. В обратном направлении диод ток не пропускает, поэтому если поменять щупы местами, то на дисплее будет отображена 1, свидетельствующая о бесконечно большом сопротивлении.

Если же диод «пробит», то скорей всего раздастся звуковой сигнал, причем в обоих направлениях. В случае если диод «в обрыве», то на индикаторе, так и будет отображаться единица.

Таким образом, суть проверки исправности транзистора заключается в «прозвонке» p-n переходов база-коллектор, база-эмиттер и эмиттер-коллектор в прямом и обратном включении:

• База-коллектор: Красный щуп подключается к базе, черный к коллектору. Соединение должно работать как диод и проводить ток только в одном направлении.
• База-эмиттер: Красный щуп остается подключенным к базе, черный подключается к эмиттеру. Аналогично предыдущему пункту соединение должно проводить ток только при прямом включении.
• Эмиттер-коллектор: У исправного перехода сопротивление данного участка стремится к бесконечности, о чем будет говорить единица на индикаторе.

При проверке работоспособности pnp типа «диодный» аналог будет выглядеть также, но диоды будут подключены наоборот. В этом случае черный щуп подключается к базе. Переход эмиттер-коллектор проверяется аналогично.

На видео ниже наглядно показывается проверка биполярного транзистора мультиметром:

Полевой

Полевые транзисторы (ПТ) или «полевики» используются в блоках питания, мониторах, аудио и видеотехнике. Поэтому с необходимостью проверки более часто сталкиваются мастера по ремонту аппаратуры. Самостоятельно проверить такой элемент в домашних условиях можно также с помощью обычного мультиметра.

На рисунке 3 представлена структурная схема ПТ. Выводы Gate (затвор), Drain (сток), Source (исток) могут располагаться по-разному. Очень часто производители маркируют их буквами. Если маркировка отсутствует, то необходимо свериться со справочными данными, предварительно узнав наименование модели.

Рисунок 3 – Структурная схема ПТ

Стоит иметь в виду, что при ремонте аппаратуры, в которой стоят ПТ, часто возникает задача проверки работоспособности и целостности без выпаивания элемента из платы. Чаще всего выходят из строя мощные полевые транзисторы, устанавливаемые в импульсные блоки питания. Также следует помнить, что «полевики» крайне чувствительны к статическим разрядам. Поэтому перед тем, как проверить полевой транзистор не выпаивая, необходимо надеть антистатический браслет и соблюдать технику безопасности.

Рисунок 4 – Антистатический браслет

Проверить ПТ мультиметром можно по аналогии с прозвонкой переходов биполярного транзистора. У исправного «полевика» между выводами бесконечно большое сопротивление вне зависимости от приложенного тестового напряжения. Однако, имеются некоторые исключения: если приложить положительный щуп тестера к затвору, а отрицательный – к истоку, то зарядится затворная емкость, и переход откроется. При замере сопротивления между стоком и истоком мультиметр может показать некоторое значение сопротивления. Неопытные мастера часто принимают подобное явление как признак неисправности. Однако, это не всегда соответствует реальности. Необходимо перед проверкой канала сток-исток замкнуть накоротко все выводы ПТ, чтобы разрядились емкости переходов. После этого их сопротивления снова станут большими, и можно повторно проверить работает транзистор или нет. Если подобная процедура не помогает, то элемент считается нерабочим.

«Полевики», стоящие в мощных импульсных блоках питания часто имеют внутренний диод на переходе сток-исток. Поэтому этот канал при проверке ведет себя как обычный полупроводниковый диод. Во избежание ложной ошибки необходимо перед тем, как проверить транзистор мультиметром, удостовериться в наличии внутреннего диода. Следует поменять местами щупы тестера. В этом случае на экране должна отобразиться единица, что свидетельствует о бесконечном сопротивлении. Если этого не происходит, то, скорее всего, ПТ «пробит».

Технология проверки полевого транзистора показана на видео:

Составной

Типовой составной транзистор или схема Дарлингтона изображена на рисунке 5. Эти 2 элемента расположены в одном корпусе. Внутри также находится нагрузочный резистор. У такой модели аналогичные выводы, что и у биполярного. Нетрудно догадаться, что проверить составной транзистор мультиметром можно точно также, как и БТ. Следует отметить, что некоторые типы цифровых мультиметров в режиме тестирования имеют на клеммах напряжение меньшее 1,2 В, что недостаточно для открывания р-n перехода, и в этом случае прибор показывает разрыв в цепи.

Перед тем как собрать какую-то схему или начать ремонт электронного устройства необходимо убедиться в исправности элементов, которые будут установлены в схему. Даже если эти элементы новые, необходимо быть уверенным в их работоспособности. Обязательной проверке подлежат и такие распространенные элементы электронных схем как транзисторы.

Для проверки всех параметров транзисторов существуют сложные приборы. Но в некоторых случаях достаточно провести простую проверку и определить годность транзистора. Для такой проверки достаточно иметь мультиметр.

В технике используются различные виды транзисторов – биполярные, полевые, составные, многоэмиттерные, фототранзисторы и тому подобные. В данном случае будут рассматриваться наиболее распространенные и простые — биполярные транзисторы.

Такой транзистор имеет 2 р-n перехода. Его можно представить как пластину с чередующимися слоями с разными типами проводимости. Если в крайних областях полупроводникового прибора преобладает дырочная проводимость (p), а в средней – электронная проводимость (n), то прибор называется транзистор р-n-p. Если наоборот, то прибор называется транзистором типа n-p-n. Для разных видов биполярных транзисторов меняется полярность источников питания, которые подключаются к нему в схемах.

Наличие в транзисторе двух переходов позволяет представить в упрощенном виде его эквивалентную схему как последовательное соединение двух диодов.

При этом для p-n-p прибора в эквивалентной схеме между собой соединены катоды диодов, а для n-p-n прибора – аноды диодов.

В соответствии с этими эквивалентными схемами и производится проверка биполярного транзистора мультиметром на исправность.

Порядок проверки устройства — следуем по инструкции

Процесс измерений состоит из следующих этапов:

• проверка работы измерительного прибора;
• определение типа транзистора;
• измерение прямых сопротивлений эмиттерного и коллекторного переходов;
• измерение обратных сопротивлений эмиттерного и коллекторного переходов;
• оценка исправности транзистора.

Перед тем, как проверить биполярный транзистор мультиметром, необходимо убедиться в исправности измерительного прибора. Для этого вначале надо проверить индикатор заряда батареи мультиметра и, при необходимости, заменить батарею. При проверке транзисторов важна будет полярность подключения. Надо учитывать, что у мультиметра на выводе «COM» имеется отрицательный полюс, а на выводе «VΩmA» – плюсовой. Для определенности к выводу «COM» желательно подключить щуп черного цвета, а к выводу «VΩmA» -красного.

Чтобы к выводам транзистора подключить щупы мультиметра правильной полярности, необходимо определить тип прибора и маркировку его выводов. С этой целью необходимо обратиться к справочнику или найти описание транзистора в Интернете.

На следующем этапе проверки переключатель операций мультиметра устанавливается в положение измерения сопротивлений. Выбирается предел измерения в «2к».

Перед тем, как проверить pnp транзистор мультиметром, надо минусовой щуп подключить к базе устройства. Это позволит измерить прямые сопротивления переходов радиоэлемента типа p-n-p. Плюсовой щуп подключается по очереди к эмиттеру и коллектору. Если сопротивления переходов равны 500-1200 Ом, то эти переходы исправны.

При проверке обратных сопротивлений переходов к базе транзистора подключается плюсовой щуп, а минусовой по очереди подключается к эмиттеру и коллектору.

Если эти переходы исправны, то в обоих случаях фиксируется большое сопротивление.

Проверка npn транзистора мультиметром происходит по такой же методике, но при этом полярность подключаемых щупов меняется на противоположную. По результатам измерений определяется исправность транзистора:

1. если измеренные прямое и обратное сопротивления перехода большие, то это значит, что в приборе имеется обрыв;
2. если измеренные прямое и обратное сопротивления перехода малы, то это означает, что в приборе имеется пробой.

В обоих случаях транзистор является неисправным.

Оценка коэффициента усиления

Характеристики транзисторов обычно имеют большой разброс по величине. Иногда при сборке схемы требуется использовать транзисторы, у которых имеется близкий по величине коэффициент усиления по току. Мультиметр позволяет подобрать такие транзисторы. Для этого в нем имеется режим переключения «hFE» и специальный разъем для подключения выводов транзисторов 2 типов.

Подключив в разъем выводы транзистора соответствующего типа можно увидеть на экране величину параметра h31.

Выводы :

1. С помощью мультиметра можно определить исправность биполярных транзисторов.
2. Для проведения правильных измерений прямого и обратного сопротивлений переходов транзистора необходимо знать тип транзистора и маркировку его выводов.
3. С помощью мультиметра можно подобрать транзисторы с желаемым коэффициентом усиления.

Видео о том, как проверить транзистор мультиметром

Как проверить биполярный транзистор мультиметром?

Биполярный транзистор состоит из двух . Существуют два вида биполярных транзисторов: PNP-транзистор и NPN-транзистор.

На рисунке ниже структурная схема PNP-транзистора:

Схематическое обозначение PNP-транзистора в схеме выглядит так:

где Э — это эмиттер, Б — база, К — коллектор.

Существует также другая разновидность биполярного транзистора: NPN-транзистор. Здесь уже материал P заключен между двумя материалами N.

Вот его схематическое изображение на схемах

Так как диод состоит из одного PN-перехода, а транзистор из двух, то значит можно представить транзистор, как два диода! Эврика!

Теперь же мы с вами можем проверить транзистор, проверяя эти два диода, из которых, грубо говоря, состоит транзистор. Как проверить диод мультиметром, можно прочитать .

Проверяем транзистор с помощью мультиметра

Ну что же, давайте на практике определим работоспособность нашего транзистора. А вот и наш пациент:

Внимательно читаем, что написано на транзисторе: С4106. Теперь открываем поисковик и ищем документ-описание на этот транзистор. По-английски он называется datasheet. Прямо так и вбиваем в поисковике «C4106 datasheet». Имейте ввиду, что импортные транзисторы пишутся английскими буквами.

Нас больше всего интересует распиновка контактов и какого он типа: NPN или PNP. То есть нам нужно узнать, какой вывод что из себя представляет. Для этого транзистора нам нужно узнать, где у него база, где эмиттер, а где коллектор.

А вот и схемка распиновки:

Теперь нам понятно, что первый вывод — это база, второй вывод — это коллектор, ну а третий — эмиттер.

Возвращаемся к нашему рисунку

Наш подопечный — это NPN-транзистор.

Ставим на прозвонку и начинаем проверять «диоды» транзистора. Для начала ставим «плюс» к базе, а «минус» к коллектору

Все ОК, прямой PN-переход должен обладать небольшим падением напряжения для кремниевых транзисторов 0,5-0,7 Вольт, а для германиевых 0,3-0,4 Вольта. На фото 543 милливольта или 0,54 Вольта.

Проверяем переход база-эмиттер, поставив на базу «плюс» , а на эмиттер «минус».

Видим снова падение напряжения прямого PN перехода. Все ОК.

Меняем щупы местами. Ставим «минус» на базу, а «плюс» на коллектор. Сейчас мы замеряем обратное падение напряжения на PN переходе.

Все ОК, так как видим единичку.

Проверяем теперь обратное падение напряжения перехода база-эмиттер.

Здесь у нас мультиметр также показывает единичку. Значит можно дать диагноз транзистору — здоров.

Давайте проверим еще один транзистор. Он подобен транзистору, который мы вами рассмотрели. Его распиновка (то есть положение и значение выводов) такая же, как у нашего первого героя. Также ставим мультиметр на прозвонку и цепляемся к нашему подопечному.

Нолики… Это не есть хорошо. Это говорит о том, что PN-переход пробит. Можно смело выкидывать такой транзистор в мусор.

Очень удобно проверять транзисторы, имея

Заключение

В заключении статьи, хотелось бы добавить, что лучше всегда находить даташит на проверяемый транзистор. Бывают так называемые составные транзисторы. Что это значит? Это значит, что в одном конструктивном корпусе транзистора могут быть вмонтированы два или даже больше транзисторов. Имейте также ввиду, что некоторые радиоэлементы имеют такой же корпус, как и транзисторы. Это могут быть тиристоры, стабилизаторы, преобразователи напряжения или даже какая-нибудь заморская микросхема. Поэтому, не ленитесь пользоваться интернетом.

Что такое транзистор? — Эмиттер, база и коллектор

Определение: Слово «транзистор» состоит из двух слов: « Trans fer» и «Var istor ». Это означает, что устройство, которое передает сопротивление с одного канала цепи на другой, называется транзистором. Это трехконтактное устройство с управлением по току , которое может работать либо как переключатель , либо как усилитель , обеспечивая небольшое напряжение сигнала.Это один из значимых типов активных устройств.

Значение и история транзистора

Вы наверное думаете зачем нужен транзистор???

Позвольте мне объяснить это с помощью истории. В начале 20 ^-го века, когда был изобретен вакуумный триод, это считалось значительным достижением в области электроники. Это потому, что такие устройства, как компьютеры, были полностью основаны на них.

Но проблема началась с их размера, который может захватить всю комнату.Теперь вы можете представить, что будет, если все помещение будет состоять из единой системы обработки. Очевидно, что работать с ним — трудоемкий процесс.

К счастью, в современном мире у нас есть компактные системы обработки данных. Но все это стало возможным с изобретением транзистора. В году 1947 , Джон Бардин вместе с Уильямом Шокли и Браттейном изобрели транзистор. Последствия вполне очевидны. Теперь все вычислительные устройства доступны в небольшом размере, который мы можем легко носить с собой куда угодно.

Строительство

Давайте обсудим конструктивные особенности транзистора, как формируется этот 3-контактный прибор. Диод представляет собой двухконтактное устройство, поэтому, если мы объединим два диода при условии, что один вывод является общим, в результате получится устройство, состоящее из трех выводов.

Так устроен транзистор. Мы можем использовать либо слой полупроводника P-типа, зажатый между двумя полупроводниками N-типа, либо слой N-типа, зажатый между двумя образцами полупроводника P-типа.Транзистор, образованный в первом случае, будет NPN-транзистор , а во втором случае будет PNP-транзистор.

Три терминала имеют следующие имена:

1. Излучатель
2. База
3. Коллектор

Мы обсудим функции этих трех выводов в работе транзистора.

Транзистор является полупроводниковым устройством, поэтому полупроводниковым материалом, используемым в его конструкции, может быть либо германий , либо кремний, , но кремний предпочтительнее германия, поскольку он обладает в меньшим током отсечки.

Рабочий транзистор

Транзистор, как следует из его названия, передает сопротивление с одного канала на другие каналы. Таким образом, как есть три вывода транзистора, т.е. база, эмиттер и коллектор. Таким образом, есть два перехода транзисторов. Один переход эмиттер-база, второй переход коллектор-база. Я намерен объяснить работу транзистора с помощью этих первостепенных параметров.

Прежде чем я углублюсь в рабочие детали транзистора, давайте разберемся с этими тремя важными выводами транзистора и их характеристиками.

1. Эмиттер: Терминал эмиттера представляет собой сильно легированную область по сравнению с двумя базой и коллектором. Это связано с тем, что работа эмиттера заключается в подаче носителей заряда к коллектору через базу. Размер эмиттера больше базы, но меньше коллектора.
2. База: Размер базовой области чрезвычайно мал, она меньше как эмиттера, так и коллектора. Размер базы всегда поддерживается небольшим, чтобы носители заряда, идущие от эмиттера и попадающие в базу, не рекомбинировали в области базы, а направлялись в область коллектора.Интенсивность легирования базы также меньше, чем у эмиттера и коллектора по той же причине, упомянутой выше.
3. Коллектор: Вывод коллектора умеренно легирован, а размер области коллектора немного больше области эмиттера, поскольку все носители заряда, поступающие от эмиттера, рекомбинируют на базе, и при этом выделяется тепло. Таким образом, вывод коллектора должен быть достаточно большим, чтобы он мог рассеивать тепло и устройство не могло сгореть.

Несмещенный транзистор

Рассмотрим несмещенный NPN-транзистор. Беспристрастный означает, что на него не подается какой-либо внешний источник напряжения. В этом состоянии большинство носителей заряда в эмиттерной области будут двигаться в сторону базовой области.

Из-за умеренного легирования и небольшого размера базовой клеммы только 5-10% носителей заряда, попадающих в базу, будут рекомбинировать. Обратите внимание, что мы рассмотрели транзистор NPN, поэтому основными носителями заряда в эмиттере будут электроны.

Таким образом, только несколько электронов рекомбинируют на базе, а остальные начнут двигаться к коллектору. Таким образом, 90-95% эмитированных эмиттером электронов будут рекомбинировать с дырками в области коллектора. Это движение электрона и дырок в цепи приводит к генерации тока.

В основном транзисторы работают в трех областях:

1. Активная область: Эта область используется для работы усилителя.
2. Область насыщения: В этой области транзистор работает, когда нам требуется операция переключения. В этой области транзистор действует как выключатель.
3. Cut Off Region: В этом транзисторе работает как замкнутый переключатель.

Преимущества использования транзисторов

1. Компактный размер: Эти транзисторы небольшого размера положили начало созданию компактных процессоров. Нам больше не нужно работать с такими большими компьютерами на электронных лампах.Все благодаря изобретателям транзисторов.
2. Легкий вес: Вся конструкция транзистора упакована в единый корпус с радиатором и тремя выводами. Весь этот корпус чрезвычайно легкий, что увеличивает преимущество транзистора и делает его портативным устройством.
3. Высокая эффективность работы: Транзисторы обладают высокой эффективностью работы независимо от того, используем ли мы их в качестве усилителя, генератора или переключателя.
4. Долгий срок службы: Он также обладает длительным сроком службы, что делает его надежным для различных применений, поскольку он сводит к минимуму эффекты старения.

Недостатки использования транзисторов

1. Низкая рабочая частота: Обладает рабочей частотой только до определенных МГц. Это делает его вне лиги, когда речь идет о высокочастотных приложениях.
2. Низкая рабочая температура: Существует пороговое значение температуры, при превышении которого транзистор может выйти из строя. Пороговый предел составляет 75ᵒC. Таким образом, мы не можем эксплуатировать его выше этого диапазона температур.

У всего есть плюсы и минусы.Вы, должно быть, слышали это. Каждое преимущество, которым обладает устройство, должно иметь определенные недостатки, хотя первые перевешивают вторые. Транзисторы тоже имеют определенные недостатки.

-метровая проверка транзистора (BJT) | Биполярные переходные транзисторы

Биполярные транзисторы

состоят из трехслойного полупроводникового «сэндвича» PNP или NPN. Таким образом, транзисторы регистрируются как два диода, соединенных встречно-параллельно, при проверке мультиметра с помощью функции «сопротивление» или «проверка диода», как показано на рисунке ниже.Показания низкого сопротивления на базе с черными отрицательными (-) выводами соответствуют материалу N-типа в базе PNP-транзистора. На условном обозначении материал N-типа «указывает» стрелкой перехода база-эмиттер, который является базой для данного примера. Эмиттер P-типа соответствует другому концу стрелки перехода база-эмиттер, эмиттеру. Коллектор очень похож на эмиттер и также представляет собой материал P-типа PN-перехода.

Проверка транзисторного измерителя PNP: (а) прямое В-Е, В-С, низкое сопротивление; (б) обратный B-E, B-C, сопротивление ∞.

Здесь я предполагаю использование мультиметра только с одной функцией диапазона непрерывности (сопротивления) для проверки PN-переходов. Некоторые мультиметры оснащены двумя отдельными функциями проверки непрерывности: сопротивления и «проверки диодов», каждая из которых имеет свое назначение. Если ваш измеритель имеет специальную функцию «проверки диода», используйте ее, а не диапазон «сопротивления», и измеритель будет отображать фактическое прямое напряжение PN-перехода, а не только то, проводит ли он ток.

Показания счетчика будут, конечно, прямо противоположными для NPN-транзистора, когда оба PN-перехода обращены в другую сторону. Показания низкого сопротивления с красным (+) выводом на базе являются «противоположным» условием для NPN-транзистора.

Если в этом тесте используется мультиметр с функцией «проверки диода», будет обнаружено, что переход эмиттер-база имеет несколько большее прямое падение напряжения, чем переход коллектор-база. Эта разница в прямом напряжении связана с разницей в концентрации легирования между областями эмиттера и коллектора транзистора: эмиттер представляет собой гораздо более сильно легированный кусок полупроводникового материала, чем коллектор, в результате чего его соединение с базой создает более высокое прямое напряжение. уронить.

Зная это, становится возможным определить, какой провод какой на немаркированном транзисторе. Это важно, поскольку корпуса транзисторов, к сожалению, не стандартизированы. Все биполярные транзисторы, конечно, имеют три провода, но расположение трех проводов на фактическом физическом корпусе не расположено в каком-то универсальном стандартизированном порядке.

Предположим, техник находит биполярный транзистор и приступает к измерению целостности цепи с помощью мультиметра, установленного в режим «проверка диодов».Измеряя между парами проводов и записывая значения, отображаемые измерителем, техник получает данные, показанные на рисунке ниже.

Соединительный провод счетчика 1 (+) и 2 (-): «OL» Контактный провод счетчика 1 (-) и 2 (+): «OL» Контактный провод 1 (+) и 3 (-) измерителя: 0,655 В Контактный провод счетчика 1 (-) и 3 (+): «OL» Измерительный контактный провод 2 (+) и 3 (-): 0,621 В< Контактный провод счетчика 2 (-) и 3 (+): «OL»

  Неизвестный биполярный транзистор. Какие выводы являются эмиттерными, базовыми и коллекторными? Показания омметра между клеммами.

Единственными комбинациями контрольных точек, дающих показания счетчика, являются провода 1 и 3 (красный щуп на 1 и черный щуп на 3) и провода 2 и 3 (красный щуп на 2 и черный щуп на 3). Эти два показания должны указывать на прямое смещение перехода эмиттер-база (0,655 В) и перехода коллектор-база (0,621 В).

Теперь ищем один провод, общий для обоих наборов токопроводящих показаний.Это должно быть соединение базы транзистора, поскольку база является единственным слоем трехслойного устройства, общим для обоих наборов PN-переходов (эмиттер-база и коллектор-база). В этом примере этот провод имеет номер 3, являясь общим для комбинаций контрольных точек 1-3 и 2-3. В обоих этих наборах показаний измерительного прибора черный измерительный провод (-) касался провода 3, что говорит нам о том, что база этого транзистора изготовлена ​​из полупроводникового материала N-типа (черный = отрицательный). Таким образом, транзистор представляет собой PNP с базой на проводе 3, эмиттером на проводе 1 и коллектором на проводе 2, как показано на рисунке ниже.

E и C высокие R: 1 (+) и 2 (-): «OL» C и E высокий R: 1 (-) и 2 (+): «OL» E и B вперед: 1 (+) и 3 (-): 0,655 В E и B реверс: 1 (-) и 3 (+): «OL» C и B вперед: 2 (+) и 3 (-): 0,621 В C и B реверс: 2 (-) и 3 (+): «OL»

  Клеммы BJT, идентифицированные омметром.

Обратите внимание, что базовый провод в этом примере , а не средний вывод транзистора, как можно было бы ожидать от трехслойной «сэндвичевой» модели биполярного транзистора.Это довольно часто имеет место и может сбить с толку новых студентов, изучающих электронику. Единственный способ убедиться в том, какой вывод является проводом, — это проверить измерительным прибором или сослаться на документацию изготовителя «технические данные» по этому конкретному номеру детали транзистора.

Знание того, что биполярный транзистор ведет себя как два встречно включенных диода при проверке измерителем проводимости, помогает идентифицировать неизвестный транзистор исключительно по показаниям измерителя. Это также полезно для быстрой функциональной проверки транзистора.Если бы техник должен был измерить непрерывность цепи в более чем двух или менее чем в двух из шести комбинаций измерительных проводов, он или она немедленно узнал бы, что транзистор неисправен (или что это не биполярный транзистор, а скорее что-то еще — вполне возможная возможность, если для точной идентификации нет номеров деталей!). Однако модель транзистора с «двумя диодами» не может объяснить, как и почему он действует как усилительное устройство.

Чтобы лучше проиллюстрировать это, давайте рассмотрим одну из схем транзисторного переключателя, используя физическую схему на рисунке ниже, а не условное обозначение для представления транзистора.Таким образом, два соединения PN будут лучше видны.

Небольшой ток базы, протекающий в переходе база-эмиттер с прямым смещением, позволяет протекать большому току через переход база-коллектор с обратным смещением.

Диагональная стрелка серого цвета показывает направление тока, протекающего через переход эмиттер-база. Эта часть имеет смысл, поскольку ток течет от базы P-типа к эмиттеру N-типа: очевидно, что переход смещен в прямом направлении.Однако переход база-коллектор — это совсем другое дело. Обратите внимание, как толстая стрелка серого цвета указывает направление тока (вниз) от коллектора к базе. С основанием из материала P-типа и коллектором из материала N-типа. База и коллектор находятся под обратным смещением, которое препятствует протеканию тока. Тем не менее, насыщенный транзистор показывает очень небольшое сопротивление протеканию тока на всем пути от коллектора к эмиттеру, о чем свидетельствует свечение лампы!

Ясно, что здесь происходит что-то, что не поддается простой «двухдиодной» объяснительной модели биполярного транзистора.Когда я впервые узнал о работе транзистора, я попытался сконструировать собственный транзистор из двух встречно-параллельных диодов, как показано на рисунке ниже.

Пара встречных диодов не действует как транзистор, и ток не может течь через лампу!  

В транзисторе обратное смещение перехода база-коллектор предотвращает ток коллектора, когда транзистор находится в режиме отсечки (то есть когда ток базы отсутствует). Если переход база-эмиттер смещен в прямом направлении управляющим сигналом, нормально блокирующее действие перехода база-коллектор отменяется, и ток через коллектор разрешается, несмотря на то, что ток проходит через этот PN «неправильным путем». узел.Это действие зависит от квантовой физики полупроводниковых переходов и может иметь место только тогда, когда два перехода правильно разнесены, а концентрации легирования трех слоев правильно пропорциональны. Два последовательно соединенных диода не соответствуют этим критериям; верхний диод никогда не может «включиться» при обратном смещении, независимо от того, какой ток проходит через нижний диод в петле основного провода. Дополнительные сведения см. в разделе Биполярные переходные транзисторы, глава 2 .

О том, что концентрации примесей играют решающую роль в особых возможностях транзистора, свидетельствует и тот факт, что коллектор и эмиттер не взаимозаменяемы.Если рассматривать транзистор просто как два встречно-параллельных PN-перехода или просто как простой сэндвич из материалов N-P-N или P-N-P, может показаться, что любой конец транзистора может служить коллектором или эмиттером. Однако это не так. При подключении «назад» в цепи ток база-коллектор не сможет управлять током между коллектором и эмиттером. Несмотря на то, что и эмиттерный, и коллекторный слои биполярного транзистора имеют одинаковый легирующий слой типа (либо N, либо P), коллекторный и эмиттерный однозначно не идентичны!

Переход база-эмиттер пропускает ток, потому что он смещен в прямом направлении, а переход база-коллектор смещен в обратном направлении.Действие базового тока можно рассматривать как «открытие ворот» для тока через коллектор. Более конкретно, любая заданная величина тока база-эмиттер допускает ограниченную величину тока база-коллектор.

В следующем разделе это ограничение тока транзистора будет исследовано более подробно.

ОБЗОР:

• При проверке мультиметром в режимах «сопротивление» или «проверка диода» транзистор ведет себя как два встречно-параллельных PN (диодных) перехода.
• PN-переход эмиттер-база имеет несколько большее прямое падение напряжения, чем PN-переход коллектор-база, из-за более сильного легирования эмиттерного полупроводникового слоя.
• Переход база-коллектор с обратным смещением обычно блокирует любой ток, проходящий через транзистор между эмиттером и коллектором. Однако этот переход начинает проводить, если ток проходит через базовый провод. Базовый ток можно рассматривать как «открытие затвора» для определенного, ограниченного количества тока через коллектор.

СВЯЗАННЫЙ РАБОЧИЙ ЛИСТ:

Как работает транзистор?

Автор вопроса: Тони Уилан

Ответить

Конструкция транзистора позволяет ему работать как усилитель или переключатель. Это достигается за счет использования небольшого количества электричества для управления воротами на гораздо большем подача электроэнергии, как поворот клапана для управления подачей воды. Транзисторы

состоят из трех частей: базы, коллектора и эмиттера.База является устройством управления воротами для более крупного электроснабжения. Коллекционер – это больший источник электропитания, а эмиттер является выходом для этого источника. Отправив различные уровни тока от базы, количество тока, протекающего через затвор от коллектора может регулироваться. Таким образом, можно получить очень небольшое количество тока. используется для управления большим количеством тока, как в усилителе. Тот же процесс используется для создать двоичный код для цифровых процессоров, но в этом случае порог напряжения пять вольт необходимо, чтобы открыть затвор коллектора.Таким образом, транзистор используется в качестве переключателя с двоичной функцией: пять вольт «ВКЛ», менее пяти вольт «ВЫКЛ».

Полупроводящие материалы делают транзистор возможным. Большинство людей знакомы с электропроводящими и непроводящими материалами. Металлы обычно считают как проводящий. Такие материалы, как дерево, пластик, стекло и керамика непроводящие, или изоляторы. В конце 1940-х годов группа ученых, работавших в Bell Лаборатории в Нью-Джерси обнаружили, как брать определенные типы кристаллов и использовать их в качестве электронные устройства управления, используя их полупроводниковые свойства.Большинство неметаллические кристаллические структуры обычно считаются изоляторами. Но по заставляя кристаллы германия или кремния расти с примесями, такими как бор или фосфора кристаллы приобретают совершенно другие электропроводящие свойства. От помещая этот материал между двумя проводящими пластинами (эмиттер и коллектор), сделан транзистор. При подаче тока на полупроводниковый материал (базу) электроны собираться до тех пор, пока не сформируется эффективный канал, позволяющий проходить электричеству Учеными, ответственными за изобретение транзистора, были Джон Бардин, Уолтер Браттейн и Уильям Шокли.Их патент назывался: «Три Элемент электродной цепи, использующий полупроводниковые материалы».

Артикул:

Ответил: Стивен Портц, учитель технологии, средняя школа Space Coast, Флорида

Существует два основных типа транзисторов — переходные транзисторы и полевые транзисторы. Каждый работает по-своему. Но полезность любого транзистора зависит от его способность управлять сильным током при слабом напряжении. Например, транзисторы в система громкой связи усиливает (усиливает) слабое напряжение, возникающее, когда человек говорит в микрофон.Электричество, поступающее от транзисторов, достаточно сильное, чтобы использовать громкоговоритель, который воспроизводит звуки намного громче, чем голос человека.

СОЕДИНИТЕЛЬНЫЕ ТРАНЗИСТОРЫ

Переходной транзистор состоит из тонкого куска одного типа полупроводниковый материал между двумя более толстыми слоями противоположного типа. Например, если средний слой p-типа, внешние слои должны быть n-типа. Такой транзистор представляет собой НПН-транзистор. Один из внешних слоев называется эмиттером, а другой известен как коллекционер.Средний слой – это основа. Места, где излучатель соединяется с база и база присоединяется к коллектору, называются соединениями.

На слои NPN-транзистора должно быть подано соответствующее напряжение. То напряжение базы должно быть больше напряжения эмиттера. Напряжение коллектор, в свою очередь, должен быть более положительным, чем у базы. Напряжения питается от батареи или какого-либо другого источника постоянного тока. Эмиттер поставляет электроны.База вытягивает эти электроны из эмиттера, потому что он имеет более положительное напряжение, чем эмиттер. Это движение электронов создает поток электричества через транзистор.

Ток проходит от эмиттера к коллектору через базу. Изменения в напряжение, подключенное к базе, изменяет поток тока, изменяя количество электроны в базе. Таким образом, небольшие изменения базового напряжения могут вызвать большие изменения тока, вытекающего из коллектора.

Производители также производят транзисторы с PNP-переходом. В этих устройствах эмиттер и коллектор представляет собой полупроводниковый материал p-типа, а основание — n-типа. PNP-переход Транзистор работает по тому же принципу, что и NPN-транзистор. Но отличается одним уважать. Основной поток тока в транзисторе PNP управляется путем изменения количество дырок, а не количество электронов в базе. Также этот вид Транзистор работает правильно, только если отрицательный и положительный контакты к нему обратное по сравнению с транзистором NPN.

ПОЛЕВЫЕ ТРАНЗИСТОРЫ

Полевой транзистор имеет только два слоя полупроводника материала, один над другим. Электричество протекает через один из слоев, называемый канал. Напряжение, подключенное к другому слою, называемому затвором, мешает ток, протекающий в канале. Таким образом, напряжение, подведенное к затвору, управляет сила течения в канале. Существуют две основные разновидности полевого эффекта. транзисторы-полевой транзистор соединения (JFET) и полупроводник оксида металла полевой транзистор (МОП-транзистор).Большинство транзисторов, содержащихся в современных интегральные схемы — это МОП-транзисторы.
Ответил: Джастин Шорс, старшеклассник

Как определить транзистор NPN и PNP с помощью мультиметра

Как определить транзистор NPN и PNP (BJT) с помощью мультиметра?

Представьте, что из коробки с компонентами вы выбрали пару транзисторов с биполярным переходом (BJT) и не знаете, являются ли они транзисторами типа NPN или PNP… (почти каждый столкнулся бы с этой проблемой)

В этом посте мы обсудим, как узнать NPN и PNP транзистор с помощью мультиметра…

Прежде чем продолжить, давайте вспомним, как идентифицировать клеммы транзистора.

Идентификация клемм BJT:

Мы знаем, что биполярный транзистор имеет три вывода, а именно

.

1. Излучатель (E)
2. Основание (В)
3. Коллектор(С)

Транзисторы доступны на рынке в различных корпусах.Давайте поговорим о пакете ТО-92.

Держите транзистор так, чтобы плоская поверхность была обращена к вам, как показано на рисунке ниже:
Теперь, начиная слева, отметьте как 1,2 и 3. Они соответственно 

1. Излучатель (E)
2. Основание (В)
3. Коллектор(С)

Схематическое обозначение BJT приведено ниже:

Определение типов BJT:

Транзистор NPN и PNP выглядит одинаково.Мы не можем различать, видя их. Нам нужен мультиметр, чтобы определить тип BJT.

Запомните следующие пункты:

1. Транзистор имеет два внутренних диода (NPN ≡ N-P-N ≡ NP-переход + PN-переход и PNP ≡ P-N-P ≡ PN-переход + NP-переход).
   т. е. эмиттер-база — это один PN-переход (диод), а база-коллектор — другой PN-переход (диод).
2. В диодном режиме мультиметр будет показывать напряжение, когда мы подносим положительный щуп мультиметра к аноду диода, а отрицательный щуп к катоду.
3. Если положительный щуп мультиметра подключить к катоду диода, а отрицательный щуп к аноду, то он не будет давать никакого напряжения (показывает ноль).

Шаги для идентификации транзистора типа NPN:

1. Держите мультиметр в режиме диода.
2. Держите положительный щуп на центральном контакте (базе) транзистора.
3. Прикоснитесь отрицательным щупом к контакту 1 (Эмиттер). Вы увидите некоторое напряжение на мультиметре.
4. Аналогично прикоснитесь отрицательным щупом к контакту-3 (коллектору) по отношению к контакту-2.Вы увидите некоторое напряжение на мультиметре.
5. Это гарантирует, что это NPN-транзистор. Логика этого заключается в том, что в транзисторе NPN
   Эмиттер (E) — материал типа N — эквивалентен катоду диода
   База (B) — материал типа P — эквивалентен аноду диода
   Коллектор (C) — материал типа N — Эквивалент катода диода
6. Если положительный щуп мультиметра подключен к аноду, а отрицательный щуп к катоду, то он будет показывать напряжение.Если соединения поменялись местами, это не покажет никакого значения.

Шаги для идентификации транзистора типа PNP:

1. Держите мультиметр в режиме диода.
2. Положите положительный щуп на контакт 1 (эмиттер) транзистора.
3. Прикоснитесь отрицательным щупом к центральному штифту (основанию). Вы увидите некоторое напряжение на мультиметре.
4. Аналогичным образом прикоснитесь отрицательным щупом к центральному контакту (основание) по отношению к контакту 3 (коллектор). Вы увидите некоторое напряжение на мультиметре.
5. Это гарантирует, что это PNP-транзистор. Логика этого заключается в том, что в транзисторе PNP 
   Эмиттер (E) — материал типа P — эквивалентно аноду диода
   База (B) — материал типа N — эквивалентно катоду диода
   Коллектор (C) — материал типа P — Аналог анода диода
6. Если положительный щуп мультиметра подключен к аноду, а отрицательный щуп к катоду, то он будет показывать напряжение. Если соединения поменялись местами, это не покажет никакого значения.
   

С помощью вышеупомянутых шагов мы можем определить NPN и PNP транзистор с помощью мультиметра. Как мы можем гарантировать, что транзисторы находятся в хорошем состоянии и вышли из строя? Пожалуйста, прочтите пост Как проверить транзистор с помощью мультиметра?

Вы также можете прочитать:

Как работает люминесцентная лампа?
Как контролировать скорость шунтирующих двигателей постоянного тока?
Сравнение электрических и магнитных цепей
Сравнение MOSFET и JFET

Пожалуйста, оставьте свои комментарии ниже…

Видео с вопросом

: определение областей коллектора и эмиттера транзистора

Стенограмма видео

NPN-транзистор подключен к двум источникам постоянного тока, как показано на схеме. Две n-области идентичны. Какая из областей транзистора является коллекторной? Какая из областей транзистора является эмиттерной?

На схеме показан NPN-транзистор с двумя идентичными областями N-типа, обозначенными N one и N two, между которыми расположена область P-типа, обозначенная P.Нас просят идентифицировать области коллектора и эмиттера этого транзистора. Теперь этот транзистор является транзистором с биполярным переходом, потому что он сделан из сэндвича из легированного полупроводникового материала. Все биполярные транзисторы, или сокращенно BJT, имеют три области: коллектор, базу и эмиттер. Базовая область BJT всегда находится в центре сэндвича.

Оглядываясь назад на нашу диаграмму, это означает, что P должна быть базой, потому что она находится в середине, а N два и N один должны быть областями коллектора и эмиттера.Нам просто нужно выяснить, что есть что. Для этого нам нужно понять направление обычного тока в транзисторе. Из ориентации нижнего источника питания мы знаем, что обычный ток покинет положительный вывод, а затем войдет в базу. На самом деле мы знаем, что базовый ток имеет такое направление для всей нижней ветви цепи.

Обратившись к верхней ветке и снова обратив внимание на ориентацию блока питания, мы видим, что условный ток поступает на транзистор в области, обозначенной N one.Проследив ток через эту ветвь, мы видим, что направление условного тока в верхней ветви должно быть противоположно направлению условного тока в нижней ветви. Поскольку условный ток как в верхней, так и в нижней ветвях направлен в сторону от этого узла, должен быть условный ток, направленный в этот узел, а именно условный ток из транзисторной области N два.

При всем при этом мы ясно видим, что обычный ток входит в транзистор в точке N один и выходит из транзистора в точке N два.Теперь вспомним, что для NPN-транзистора обычный ток входит в транзистор через коллектор и выходит из транзистора через эмиттер. Поэтому мы готовы ответить на обе части этого вопроса. Область коллектора — это область N 1, потому что это NPN-транзистор, и обычный ток поступает в транзистор в N 1. Область эмиттера равна N2, потому что обычный ток выходит из этого NPN-транзистора при N2.

Теперь, чтобы прийти к этому ответу, нам пришлось полагаться на тот факт, что наш транзистор был NPN-транзистором, и поэтому ток поступает на коллектор.Но обратное верно для транзистора PNP. Ток входит в PNP-транзистор на эмиттере и выходит из PNP-транзистора на коллекторе. Итак, у нас есть два разных правила: одно для PNP-транзисторов и одно для NPN-транзисторов. Но на самом деле мы можем придумать единое правило, которое позволит нам идентифицировать коллектор и эмиттер в любом биполярном транзисторе.

Оглядываясь назад на нашу диаграмму, направление обычного тока слева направо через транзистор. Этот ток проходит через два перехода P-N, один между N один слева и P справа и один между P слева и N два справа.Глядя на ориентацию тока относительно ориентации переходов, мы видим, что переход N one-P смещен в обратном направлении, а переход P-N two смещен в прямом направлении. Мы видим, что коллектор образует переход обратного смещения с базой, а эмиттер образует переход прямого смещения с базой. И это дает нам правило, одинаковое как для транзисторов PNP, так и для транзисторов NPN.

Коллектор BJT образует переход с обратным смещением с базой, а эмиттер образует переход с прямым смещением с базой.Это также объясняет, почему текущее правило отличается для транзисторов NPN и PNP. Если мы заменим наш NPN-транзистор на PNP-транзистор и поменяем направление тока базы на противоположное, транзистор все равно будет проводить ток. Однако при изменении местами областей N и P левое соединение становится смещенным в прямом направлении, а правое соединение будет смещено в обратном направлении, но ток по-прежнему будет двигаться в том же направлении. Итак, в PNP-транзисторе обычный ток поступает в направлении перехода, смещенного в прямом направлении, поэтому он входит в эмиттер, и выходит из перехода, смещенного в обратном направлении, поэтому он выходит из коллектора.

Транзисторы — Learn.sparkfun.com

Избранное Любимый 80

Введение

Транзисторы заставляют наш мир электроники вращаться. Они имеют решающее значение в качестве источника управления практически во всех современных схемах. Иногда вы их видите, но чаще всего они спрятаны глубоко внутри кристалла интегральной схемы. В этом уроке мы познакомим вас с основами самого распространенного транзистора: транзистора с биполярным переходом (BJT).

В небольших дискретных количествах транзисторы можно использовать для создания простых электронных переключателей, цифровой логики и схем усиления сигнала. В количествах тысяч, миллионов и даже миллиардов транзисторы соединяются между собой и встраиваются в крошечные микросхемы для создания компьютерной памяти, микропроцессоров и других сложных ИС.

Описано в этом руководстве

После прочтения этого руководства мы хотим, чтобы вы получили общее представление о том, как работают транзисторы.Мы не будем слишком углубляться в физику полупроводников или эквивалентные модели, но мы углубимся в предмет достаточно глубоко, чтобы вы поняли, как можно использовать транзистор в качестве переключателя или усилителя .

Это руководство разделено на несколько разделов, охватывающих:

Существует два основных типа транзисторов: биполярный переход (BJT) и металлооксидный полевой транзистор (MOSFET). В этом уроке мы сосредоточимся на BJT , потому что его немного легче понять.Если копнуть еще глубже в типы транзисторов, на самом деле существует две версии BJT: NPN и PNP . Мы сосредоточим наше внимание еще острее, ограничив наше раннее обсуждение NPN. Сузив наше внимание — получив четкое представление о NPN — будет легче понять PNP (или даже МОП-транзисторы), сравнив, чем он отличается от NPN.

Предлагаемая литература

Прежде чем углубляться в это руководство, мы настоятельно рекомендуем просмотреть эти руководства:

• Напряжение, ток, сопротивление и закон Ома — Введение в основы электроники.
• Основы электричества. Мы немного поговорим об электричестве как о потоке электронов. Узнайте, как эти электроны текут в этом уроке.
• Электроэнергия — Одно из основных применений транзисторов — усиление — увеличение мощности сигнала. Увеличение мощности означает, что мы можем увеличить либо ток, либо напряжение, узнайте, почему в этом руководстве.
• Диоды. Транзистор — это полупроводниковый прибор, как и диод. В каком-то смысле это то, что вы получите, если сложите вместе два диода и соедините их аноды вместе.Понимание того, как работает диод, будет иметь большое значение для раскрытия работы транзистора.

Хотите изучить транзисторы?

Символы, контакты и конструкция

Транзисторы

по своей сути являются трехвыводными устройствами. На биполярном переходном транзисторе (BJT) эти контакты помечены коллектором (C), базой (B) и эмиттером (E). Ниже приведены символы схемы для NPN и PNP BJT:

.

Единственная разница между NPN и PNP заключается в направлении стрелки на эмиттере.Стрелка на NPN указывает, а на PNP указывает внутрь. Полезная мнемоника для запоминания того, что есть что:

NPN:

N или P мазь i N

Обратная логика, но она работает!

Конструкция транзистора

Транзисторы полагаются на полупроводники, чтобы творить чудеса. Полупроводник — это материал, который не является чистым проводником (например, медная проволока), но и не является изолятором (например, воздух). Проводимость полупроводника — насколько легко он позволяет электронам течь — зависит от таких переменных, как температура или наличие большего или меньшего количества электронов.Давайте кратко заглянем под капот транзистора. Не волнуйтесь, мы не будем слишком глубоко копаться в квантовой физике.

Транзистор в виде двух диодов

Транзисторы являются своего рода продолжением другого полупроводникового компонента: диодов. В некотором смысле транзисторы — это всего лишь два диода с катодами (или анодами), соединенными вместе:

Здесь важен диод, соединяющий базу с эмиттером; оно совпадает с направлением стрелки на символе схемы и показывает вам , в каком направлении должен течь ток через транзистор.

Представление диодов — хорошее начало, но оно далеко не точное. Не основывайте свое понимание работы транзистора на этой модели (и уж точно не пытайтесь воспроизвести ее на макетной плате, это не сработает). Существует множество странных вещей на уровне квантовой физики, управляющих взаимодействием между тремя терминалами.

(Эта модель полезна, если вам нужно проверить транзистор. Используя функцию проверки диода (или сопротивления) на мультиметре, вы можете измерить клеммы BE и BC, чтобы проверить наличие этих «диодов».)

Структура транзистора и работа

Транзисторы

изготавливаются из трех разных слоев полупроводникового материала. В некоторые из этих слоев добавлены дополнительные электроны (процесс, называемый «легированием»), а в других электроны удалены (легирование «дырками» — отсутствие электронов). Полупроводниковый материал с 90 157 дополнительными 90 158 электронами называется n-типа ( n для отрицательного, потому что электроны имеют отрицательный заряд), а материал с удаленными электронами называется p-типа (для положительного).Транзисторы получаются путем укладки n поверх p поверх n или p поверх n поверх p .

Упрощенная схема структуры NPN. Обратите внимание на происхождение любых аббревиатур?

Немного взмахнув рукой, мы можем сказать, что электрона могут легко течь из n областей в p областей , если они имеют небольшую силу (напряжение), чтобы толкать их.Но перетекание из области p в область n действительно сложно (требуется лот напряжения). Но особая особенность транзистора — часть, которая делает нашу модель с двумя диодами устаревшей — заключается в том, что электрона могут легко перетечь от базы p-типа к коллектору n-типа, пока база- эмиттерный переход смещен в прямом направлении (это означает, что база находится под более высоким напряжением, чем эмиттер).

Транзистор NPN предназначен для передачи электронов от эмиттера к коллектору (поэтому обычный ток течет от коллектора к эмиттеру).Эмиттер «испускает» электроны в базу, которая контролирует количество электронов, испускаемых эмиттером. Большая часть испускаемых электронов «собирается» коллектором, который направляет их к следующей части цепи.

PNP работает таким же образом, но противоположным образом. База по-прежнему контролирует ток, но этот ток течет в противоположном направлении — от эмиттера к коллектору. Вместо электронов эмиттер испускает «дырки» (концептуальное отсутствие электронов), которые собираются коллектором.

Транзистор похож на электронный вентиль . Базовый штифт похож на ручку, которую вы можете регулировать, чтобы позволить большему или меньшему количеству электронов течь от эмиттера к коллектору. Давайте исследуем эту аналогию дальше…

---

Расширение аналогии с водой

Если вы в последнее время читали много руководств по понятию электричества, вы, вероятно, привыкли к аналогиям с водой. Мы говорим, что ток аналогичен расходу воды, напряжение — это давление, проталкивающее эту воду через трубу, а сопротивление — это ширина трубы.

Неудивительно, что аналогию с водой можно распространить и на транзисторы: транзистор похож на водяной клапан — механизм, который мы можем использовать для управления расходом .

Существует три состояния, в которых мы можем использовать клапан, каждое из которых по-разному влияет на скорость потока в системе.

1) Горит — Короткое замыкание

Клапан может быть полностью открыт, позволяя воде течь свободно — проходя через него, как если бы клапана вообще не было.

Точно так же, при правильных обстоятельствах, транзистор может выглядеть как короткое замыкание между выводами коллектора и эмиттера. Ток свободно течет через коллектор и выходит из эмиттера.

2) Выкл. — Обрыв цепи

В закрытом состоянии клапан может полностью остановить поток воды.

Таким же образом можно использовать транзистор для создания разомкнутой цепи между выводами коллектора и эмиттера.

3) Линейное управление потоком

При некоторой точной настройке клапан можно отрегулировать для точного управления расходом до некоторой точки между полностью открытым и закрытым.

Транзистор может делать то же самое — линейно управлять током через цепь в некоторый момент между полностью закрытым (разомкнутая цепь) и полностью включенным (короткое замыкание).

Исходя из нашей аналогии с водой, ширина трубы аналогична сопротивлению в цепи. Если вентиль может точно регулировать ширину трубы, то транзистор может точно регулировать сопротивление между коллектором и эмиттером. Итак, в некотором смысле транзистор подобен переменному регулируемому резистору .

Усиление мощности

Здесь можно привести еще одну аналогию. Представьте, если бы легким поворотом клапана вы могли бы контролировать скорость потока через шлюзы плотины Гувера. Небольшое усилие, которое вы можете приложить, чтобы повернуть эту ручку, может создать силу в тысячи раз большую. Мы доводим аналогию до предела, но эта идея распространяется и на транзисторы. Транзисторы особенные, потому что они могут усиливать электрических сигналов, превращая маломощный сигнал в аналогичный сигнал гораздо большей мощности.

---

Вид. Там еще много всего, но это хорошее место для начала! Ознакомьтесь со следующим разделом для более подробного объяснения работы транзистора.

---

Режимы работы

В отличие от резисторов, которые обеспечивают линейную зависимость между напряжением и током, транзисторы являются нелинейными устройствами. У них есть четыре различных режима работы, которые описывают ток, протекающий через них. (Когда мы говорим о протекании тока через транзистор, мы обычно имеем в виду ток , протекающий от коллектора к эмиттеру NPN .)

Четыре режима работы транзистора:

• Насыщение — Транзистор действует как короткое замыкание . Ток свободно течет от коллектора к эмиттеру.
• Отсечка — Транзистор действует как разомкнутая цепь . Ток не течет от коллектора к эмиттеру.
• Активный — Ток от коллектора к эмиттеру пропорционален току, втекающему в базу.
• Reverse-Active — Как и в активном режиме, ток пропорционален базовому току, но течет в обратном направлении.Ток течет от эмиттера к коллектору (не совсем то, для чего были разработаны транзисторы).

Чтобы определить, в каком режиме находится транзистор, нам нужно посмотреть на напряжения на каждом из трех контактов и на то, как они соотносятся друг с другом. Напряжения от базы к эмиттеру (V _BE ) и от базы к коллектору (V _BC ) устанавливают режим транзистора:

На приведенном выше упрощенном квадрантном графике показано, как положительные и отрицательные напряжения на этих клеммах влияют на режим.На самом деле все немного сложнее.

Давайте рассмотрим все четыре режима работы транзистора по отдельности; мы исследуем, как перевести устройство в этот режим и как это влияет на текущий поток.

Примечание: Большая часть этой страницы посвящена транзисторам NPN . Чтобы понять, как работает PNP-транзистор, просто поменяйте местами полярность или знаки > и <.

Режим насыщения

Насыщение — это в режиме транзистора.Транзистор в режиме насыщения действует как короткое замыкание между коллектором и эмиттером.

В режиме насыщения оба «диода» транзистора смещены в прямом направлении. Это означает, что V _BE должно быть больше 0, и , поэтому V _BC должно быть больше. Другими словами, V _B должно быть больше, чем V _E и V _C .

Поскольку переход от базы к эмиттеру выглядит как диод, в действительности V _BE должно быть больше, чем пороговое напряжение , чтобы войти в режим насыщения.Существует много сокращений для этого падения напряжения — V _th , V _γ и V _d — несколько, и фактическое значение варьируется между транзисторами (и даже в зависимости от температуры). Для многих транзисторов (при комнатной температуре) мы можем оценить это падение примерно в 0,6 В.

Еще один облом реальности: идеальной проводимости между эмиттером и коллектором не будет. Между этими узлами образуется небольшое падение напряжения. В спецификациях транзисторов это напряжение определяется как CE напряжение насыщения В _CE(sat) — напряжение от коллектора к эмиттеру, необходимое для насыщения.Это значение обычно составляет около 0,05-0,2 В. Это значение означает, что V _C должно быть немного больше, чем V _E (но оба меньше, чем V _B ), чтобы транзистор находился в режиме насыщения.

Режим отсечки

Режим отсечки противоположен насыщению. Транзистор в режиме отсечки выключен — ток коллектора отсутствует, и, следовательно, ток эмиттера отсутствует. Это выглядит почти как разомкнутая цепь.

Чтобы перевести транзистор в режим отсечки, напряжение базы должно быть меньше, чем напряжение эмиттера и коллектора.V _BC и V _BE оба должны быть отрицательными.

На самом деле, V _BE может быть где угодно между 0 В и V _th (~0,6 В) для достижения режима отсечки.

Активный режим

Для работы в активном режиме транзистор V _BE должен быть больше нуля, а V _BC должен быть отрицательным. Таким образом, базовое напряжение должно быть меньше коллекторного, но больше эмиттерного. Это также означает, что коллектор должен быть больше, чем эмиттер.

В действительности нам нужно ненулевое прямое падение напряжения (сокращенно V _th , V _γ или V _d ) от базы к эмиттеру (V _BE ) для «включения» транзистор. Обычно это напряжение обычно составляет около 0,6 В.

Усиление в активном режиме

Активный режим — это самый мощный режим работы транзистора, поскольку он превращает устройство в усилитель . Ток, поступающий на базовый вывод, усиливает ток, поступающий в коллектор и выходящий из эмиттера.

Сокращенное обозначение коэффициента усиления (коэффициента усиления) транзистора: β (вы также можете увидеть его как β _F или h _FE ). β линейно связывает ток коллектора ( I _C ) с током базы ( I _B ):

Фактическое значение β зависит от транзистора. Обычно это около 100 , но может варьироваться от 50 до 200 … даже 2000, в зависимости от того, какой транзистор вы используете и какой ток проходит через него.Например, если бы ваш транзистор имел β, равное 100, это означало бы, что входной ток 1 мА в базу может производить ток 100 мА через коллектор.

Модель в активном режиме. V _BE = V _th и I _C = βI _B .

Как насчет тока эмиттера I _E ? В активном режиме токи коллектора и базы идут в прибора, а выходит I _E . Чтобы связать ток эмиттера с током коллектора, у нас есть еще одно постоянное значение: α .α — коэффициент усиления по току с общей базой, он связывает эти токи как таковые:

α обычно очень близко, но меньше 1. Это означает, что I _C очень близко, но меньше I _E в активном режиме.

Вы можете использовать β для вычисления α или наоборот:

Например, если β равно 100, это означает, что α равно 0,99. Так, например, если I _C составляет 100 мА, то I _E составляет 101 мА.

Реверс активен

Точно так же, как насыщение противоположно отсечке, обратный активный режим противоположен активному режиму.Транзистор в обратном активном режиме проводит, даже усиливает, но ток течет в обратном направлении, от эмиттера к коллектору. Обратной стороной обратного активного режима является то, что β (в данном случае β _R ) в раз меньше в раз.

Чтобы перевести транзистор в обратно-активный режим, напряжение на эмиттере должно быть больше, чем на базе, что должно быть больше, чем на коллекторе (V _BE <0 и V _BC >0).

Обратный активный режим обычно не является состоянием, в котором вы хотите управлять транзистором.Приятно знать, что он есть, но он редко используется в приложении.

Относится к PNP

После всего того, о чем мы говорили на этой странице, мы по-прежнему охватили только половину спектра BJT. А как же PNP-транзисторы? PNP работает во многом так же, как и NPN — у них те же четыре режима, — но все наоборот. Чтобы узнать, в каком режиме находится PNP-транзистор, поменяйте местами все знаки < и >.

Например, чтобы перевести PNP в состояние насыщения, V _C и V _E должны быть выше, чем V _B .Вы опускаете базу, чтобы включить PNP, и поднимаете ее выше, чем коллектор и эмиттер, чтобы выключить его. И, чтобы перевести PNP в активный режим, V _E должен находиться под более высоким напряжением, чем V _B , которое должно быть выше, чем V _C .

Итого:

Отношения напряжения	NPN Mode	PNP Mode
V E B C	Active	Reverse
В E < V B > V C	Насыщенность	Отсечка
V E > V B < V C	Отсечка	Насыщенность
V E > V B > V C	Реверс	Активный

Другой противоположной характеристикой NPN и PNP является направление тока.В активном режиме и режиме насыщения ток в PNP течет от эмиттера к коллектору . Это означает, что эмиттер обычно должен находиться под более высоким напряжением, чем коллектор.

---

Если вы устали от концептуальных вещей, отправляйтесь в следующий раздел. Лучший способ узнать, как работает транзистор, — это изучить его в реальных схемах. Давайте посмотрим на некоторые приложения!

---

Применение I: Переключатели

Одним из наиболее фундаментальных применений транзистора является его использование для управления потоком энергии к другой части цепи — использование его в качестве электрического переключателя.Управляя им либо в режиме отсечки, либо в режиме насыщения, транзистор может создавать двоичный эффект включения/выключения переключателя.

Транзисторные переключатели являются важными блоками построения схемы; они используются для изготовления логических вентилей, которые затем используются для создания микроконтроллеров, микропроцессоров и других интегральных схем. Ниже приведены несколько примеров схем.

Транзисторный переключатель

Давайте рассмотрим самую простую схему транзисторного переключателя: переключатель NPN. Здесь мы используем NPN для управления мощным светодиодом:

Наш управляющий вход поступает в базу, выход завязан на коллектор, а эмиттер держится на фиксированном напряжении.

В то время как обычный переключатель требует физического переключения привода, этот переключатель управляется напряжением на базовом контакте. Вывод ввода-вывода микроконтроллера, такой как в Arduino, можно запрограммировать на переход в высокий или низкий уровень для включения или выключения светодиода.

Когда напряжение на базе превышает 0,6 В (или любое другое значение V _th вашего транзистора), транзистор начинает насыщаться и выглядит как короткое замыкание между коллектором и эмиттером. Когда напряжение на базе меньше 0.6V транзистор находится в режиме отсечки — ток не течет, потому что это выглядит как разомкнутая цепь между C и E.

Вышеприведенная схема называется переключателем нижнего плеча , потому что переключатель — наш транзистор — находится на нижнем (земляном) конце цепи. В качестве альтернативы мы можем использовать PNP-транзистор для создания переключателя верхнего плеча:

.

Подобно схеме NPN, база является нашим входом, а эмиттер привязан к постоянному напряжению. Однако на этот раз эмиттер подключен к высокому уровню, а нагрузка подключена к транзистору на стороне земли.

Эта схема работает так же хорошо, как коммутатор на основе NPN, но есть одно огромное отличие: чтобы включить нагрузку, база должна быть низкой. Это может вызвать осложнения, особенно если высокое напряжение нагрузки (V _CC представляет собой 12 В, подключенное к эмиттеру V _E на этом рисунке) выше, чем высокое напряжение нашего управляющего входа. Например, эта схема не будет работать, если вы попытаетесь использовать Arduino с питанием 5 В для выключения двигателя с напряжением 12 В. В этом случае было бы невозможно выключить переключатель , потому что V _B (подключение к управляющему выводу) всегда будет меньше, чем V _E .

Базовые резисторы

!

Вы заметите, что в каждой из этих схем используется последовательный резистор между управляющим входом и базой транзистора. Не забудьте добавить этот резистор! Транзистор без резистора на базе подобен светодиоду без токоограничивающего резистора.

Напомним, что в некотором роде транзистор — это просто пара соединенных между собой диодов. Мы смещаем диод база-эмиттер в прямом направлении, чтобы включить нагрузку. Для включения диода требуется всего 0,6 В, большее напряжение означает больший ток.Некоторые транзисторы могут быть рассчитаны только на максимальный ток 10-100 мА, протекающий через них. Если вы подаете ток выше максимального номинала, транзистор может взорваться.

Последовательный резистор между нашим источником управления и базой ограничивает ток в базе . Узел база-эмиттер может получить счастливое падение напряжения 0,6 В, а резистор может снизить оставшееся напряжение. Значение резистора и напряжение на нем определяют ток.

Резистор должен быть достаточно большим, чтобы эффективно ограничивать ток, но достаточно маленьким, чтобы подавать на базу достаточный ток.Обычно бывает достаточно от 1 мА до 10 мА, но проверьте техническое описание вашего транзистора, чтобы убедиться в этом.

Цифровая логика

Транзисторы можно комбинировать для создания всех наших основных логических элементов: И, ИЛИ и НЕ.

(Примечание. В настоящее время МОП-транзисторы чаще используются для создания логических элементов, чем биполярные транзисторы. МОП-транзисторы более энергоэффективны, что делает их лучшим выбором.)

Инвертор

Вот транзисторная схема, реализующая инвертор или вентиль НЕ:

Инвертор, построенный из транзисторов.

Здесь высокое напряжение на базе включит транзистор, который эффективно соединит коллектор с эмиттером. Так как эмиттер соединен напрямую с землей, коллектор тоже будет (хотя он будет чуть выше, где-то в районе V _CE(sat) ~ 0,05-0,2В). С другой стороны, если вход низкий, транзистор выглядит как разомкнутая цепь, а выход подтягивается до VCC

.

(На самом деле это фундаментальная конфигурация транзистора, называемая с общим эмиттером .Подробнее об этом позже.)

И Ворота

Вот пара транзисторов, использованных для создания 2-входового элемента И :

2-входовой вентиль И на транзисторах.

Если один из транзисторов выключен, то на выходе коллектора второго транзистора будет установлен низкий уровень. Если оба транзистора «включены» (базы обоих высокие), то выход схемы также высокий.

ИЛИ Ворота

И, наконец, 2-входовой элемент ИЛИ :

Двухвходовой вентиль ИЛИ, построенный на транзисторах.

В этой схеме, если один (или оба) A или B имеют высокий уровень, соответствующий транзистор включится и установит на выходе высокий уровень. Если оба транзистора закрыты, то через резистор на выходе подается низкий уровень.

Н-образный мост

H-мост представляет собой схему на основе транзисторов, способную управлять двигателями как по часовой, так и против часовой стрелки . Это невероятно популярная трасса — движущая сила бесчисленных роботов, которые должны уметь двигаться как вперед , так и назад.

По сути, H-мост представляет собой комбинацию из четырех транзисторов с двумя входными линиями и двумя выходами:

Можете ли вы догадаться, почему он называется H-мост?

(Примечание: обычно хорошо спроектированный H-мост включает в себя обратные диоды, базовые резисторы и триггеры Шмидта.)

Если на оба входа подается одинаковое напряжение, на выходах двигателя будет одинаковое напряжение, и двигатель не сможет вращаться. Но если два входа противоположны, двигатель будет вращаться в одном или другом направлении.

H-мост имеет таблицу истинности, которая выглядит примерно так:

выход B	Выход 9	Выход B	Направление двигателя	Направление двигателя
0	0	1	1	Остановлено (торможение)
0	1	1	0	по часовой стрелке
1	0	0	1	против часовой стрелки
1	1	0	0	Stopped (торможение)

Генераторы

Генератор представляет собой схему, которая генерирует периодический сигнал, который колеблется между высоким и низким напряжением.Генераторы используются во всех видах схем: от простого мигания светодиода до создания тактового сигнала для управления микроконтроллером. Существует множество способов создания схемы генератора, включая кварцевые кристаллы, операционные усилители и, конечно же, транзисторы.

Вот пример колебательного контура, который мы называем нестабильным мультивибратором . Используя обратную связь , мы можем использовать пару транзисторов для создания двух взаимодополняющих колебательных сигналов.

Помимо двух транзисторов, ключом к этой схеме являются конденсаторы.Крышки попеременно заряжаются и разряжаются, в результате чего два транзистора попеременно включаются и выключаются.

Анализ работы этой схемы является отличным исследованием работы как конденсаторов, так и транзисторов. Для начала предположим, что C1 полностью заряжен (сохраняет напряжение около V _CC ), C2 разряжен, Q1 включен, а Q2 выключен. Вот что происходит после этого:

• Если Q1 включен, то левая пластина C1 (на схеме) подключена примерно к 0 В. Это позволит C1 разрядиться через коллектор Q1.
• Пока C1 разряжается, C2 быстро заряжается через резистор с меньшим номиналом — R4.
• Как только C1 полностью разрядится, его правая пластина поднимется примерно до 0,6 В, что включит Q2.
• На данный момент мы поменяли местами состояния: C1 разряжен, C2 заряжен, Q1 выключен, а Q2 включен. Теперь мы делаем тот же танец в другую сторону.
• Включение Q2 позволяет C2 разряжаться через коллектор Q2.
• Пока Q1 выключен, C1 может относительно быстро заряжаться через R1.
• Как только C2 полностью разрядится, Q1 снова включится, и мы вернемся в исходное состояние.

Это может быть трудно понять. Вы можете найти другую отличную демонстрацию этой схемы здесь.

Выбрав определенные значения для C1, C2, R2 и R3 (и оставив R1 и R4 относительно низкими), мы можем установить скорость нашей схемы мультивибратора:

Таким образом, при значениях конденсаторов и резисторов, установленных на 10 мкФ и 47 кОм соответственно, частота нашего генератора составляет около 1.5 Гц. Это означает, что каждый светодиод будет мигать примерно 1,5 раза в секунду.

---

Как вы, наверное, уже заметили, существует тонн схем, в которых используются транзисторы. Но мы едва поцарапали поверхность. Эти примеры в основном показывают, как транзистор можно использовать в режимах насыщения и отсечки в качестве переключателя, но как насчет усиления? Время для большего количества примеров!

---

Приложения II: Усилители

Некоторые из самых мощных применений транзисторов связаны с усилением: превращение маломощного сигнала в более мощный.Усилители могут увеличивать напряжение сигнала, беря что-то из диапазона мкВ и преобразовывая его в более полезный уровень мВ или В. Или они могут усиливать ток, полезный для превращения мкА тока, создаваемого фотодиодом, в ток гораздо большей величины. Существуют даже усилители, которые потребляют ток и создают более высокое напряжение или наоборот (называемые транссопротивлением и транскондуктивностью соответственно).

Транзисторы

являются ключевым компонентом многих усилительных схем. Существует, казалось бы, бесконечное разнообразие транзисторных усилителей, но, к счастью, многие из них основаны на некоторых из этих более примитивных схем.Запомните эти схемы, и, надеюсь, с помощью сопоставления с образцом вы сможете разобраться в более сложных усилителях.

Общие конфигурации

Три самых основных транзисторных усилителя: общий эмиттер, общий коллектор и общая база. В каждой из трех конфигураций один из трех узлов постоянно подключен к общему напряжению (обычно к земле), а два других узла являются либо входом, либо выходом усилителя.

Общий эмиттер

Общий эмиттер — одна из самых популярных схем транзисторов.В этой схеме эмиттер подключен к напряжению, общему для базы и коллектора (обычно земля). База становится входом сигнала, а коллектор становится выходом.

Схема с общим эмиттером популярна, потому что она хорошо подходит для усиления напряжения , особенно на низких частотах. Например, они отлично подходят для усиления аудиосигналов. Если у вас есть небольшой входной сигнал с размахом 1,5 В, вы можете усилить его до гораздо более высокого напряжения, используя немного более сложную схему, например:

.

Одна из особенностей общего эмиттера заключается в том, что он инвертирует входной сигнал (сравните с инвертором с последней страницы!).

Общий коллектор (эмиттерный повторитель)

Если привязать вывод коллектора к общему напряжению, использовать базу как вход, а эмиттер как выход, то имеем общий коллектор. Эта конфигурация также известна как эмиттерный повторитель .

Общий коллектор не увеличивает напряжение (фактически выходное напряжение будет на 0,6В ниже входного). По этой причине эту схему иногда называют повторителем напряжения .

Эта схема имеет большой потенциал в качестве усилителя тока .Кроме того, высокий коэффициент усиления по току в сочетании с коэффициентом усиления по напряжению, близким к единице, делает эту схему отличным буфером напряжения . Буфер напряжения предотвращает нежелательное воздействие схемы нагрузки на схему, управляющую ею.

Например, если вы хотите подать 1 В на нагрузку, вы можете пойти простым путем и использовать делитель напряжения или использовать эмиттерный повторитель.

По мере увеличения нагрузки (что, наоборот, означает снижение сопротивления) выходной сигнал схемы делителя напряжения падает.Но выходное напряжение эмиттерного повторителя остается стабильным, независимо от нагрузки. Большие нагрузки не могут «загрузить» эмиттерный повторитель, как это могут сделать схемы с большим выходным сопротивлением.

Общая база

Мы поговорим об общей базе, чтобы завершить этот раздел, но это наименее популярная из трех основных конфигураций. В усилителе с общей базой эмиттер является входом, а коллектор — выходом. База у обоих общая.

Общая база похожа на антиэмиттерный повторитель.Это приличный усилитель напряжения, и ток на входе примерно равен выходному току (фактически входной ток немного больше, чем выходной).

Схема с общей базой лучше всего работает в качестве буфера тока . Он может принимать входной ток при низком входном импедансе и подавать почти такой же ток на выход с более высоким импедансом.

Вкратце

Эти три конфигурации усилителя лежат в основе многих более сложных транзисторных усилителей. У каждого из них есть приложения, в которых они проявляют себя, будь то усиление тока, напряжения или буферизация.

	Общие эмиттер	Общий коллектор	Common Base
Напряжение Gain	Средний	Low	High
Текущая прибыль	Средний	High	Low
Входное сопротивление	Средн.	Средн. Многокаскадные усилители Можно долго говорить о большом разнообразии транзисторных усилителей.Вот несколько быстрых примеров, чтобы продемонстрировать, что происходит, когда вы объединяете однокаскадные усилители выше: Дарлингтон Усилитель Дарлингтона соединяет один общий коллектор с другим, чтобы создать усилитель с высоким коэффициентом усиления по току . Выходное напряжение равно примерно , то же самое, что и входное напряжение (минус около 1,2–1,4 В), но коэффициент усиления по току является произведением коэффициентов усиления двух транзисторов . Это β 2 — более 10 000! Пара Дарлингтона — отличный инструмент, если вам нужно управлять большой нагрузкой с очень малым входным током. Дифференциальный усилитель Дифференциальный усилитель вычитает два входных сигнала и усиливает эту разницу. Это важная часть цепей обратной связи, где вход сравнивается с выходом, чтобы получить будущий результат. Вот основа дифференциального усилителя: Эта схема также называется длиннохвостой парой . Это пара цепей с общим эмиттером, которые сравниваются друг с другом для получения дифференциального выходного сигнала.Два входа подаются на базы транзисторов; выход представляет собой дифференциальное напряжение на двух коллекторах. Двухтактный усилитель Двухтактный усилитель является полезным «конечным каскадом» во многих многокаскадных усилителях. Это энергоэффективный усилитель мощности, часто используемый для управления громкоговорителями. В основном двухтактном усилителе используются транзисторы NPN и PNP, оба сконфигурированы как общие коллекторы: Двухтактный усилитель на самом деле не усиливает напряжение (напряжение на выходе будет немного меньше, чем на входе), но он усиливает ток.Это особенно полезно в биполярных цепях (с положительным и отрицательным питанием), потому что оно может как «проталкивать» ток в нагрузку от положительного источника, так и «вытягивать» ток и подавать его в отрицательный источник. Если у вас есть двухполярный источник питания (или даже если у вас его нет), двухтактный каскад является отличным конечным каскадом усилителя, выступающим в качестве буфера для нагрузки. Собираем их вместе (операционный усилитель) Давайте рассмотрим классический пример многоступенчатой ​​транзисторной схемы: операционный усилитель.Умение распознавать общие схемы транзисторов и понимать их назначение может помочь вам в этом! Вот схема внутри LM3558, действительно простого операционного усилителя: Внутреннее устройство операционного усилителя LM358. Узнаете некоторые усилители? Здесь, безусловно, больше сложности, чем вы готовы переварить, однако вы можете увидеть некоторые знакомые топологии: Q1, Q2, Q3 и Q4 образуют входной каскад. Очень похоже на с общим коллектором (Q1 и Q4) в дифференциальный усилитель , верно? Он просто выглядит перевернутым, потому что использует PNP.Эти транзисторы помогают сформировать входной дифференциальный каскад усилителя. Q11 и Q12 являются частью второй ступени. Q11 — это общий коллектор, а Q12 — это общий эмиттер . Эта пара транзисторов будет буферизовать сигнал с коллектора Q3 и обеспечивать высокий коэффициент усиления при переходе сигнала на конечную стадию. Q6 и Q13 являются частью финальной стадии, и они тоже должны выглядеть знакомо (особенно если не обращать внимания на R SC ) — это push-pull ! Этот этап буферизует выходные данные, что позволяет управлять большими нагрузками. Существует множество других распространенных конфигураций, о которых мы не говорили. Q8 и Q9 сконфигурированы как токовое зеркало , которое просто копирует величину тока через один транзистор в другой. После этого ускоренного курса по транзисторам мы не ожидаем, что вы поймете, что происходит в этой схеме, но если вы сможете идентифицировать общие схемы транзисторов, вы на правильном пути! Приобретение транзисторов Теперь, когда вы контролируете источник управления, мы рекомендуем SparkFun Inventor’s Kit, чтобы воплотить в жизнь ваши новые знания.Мы также предоставили ссылки на комплект полупроводников и отдельные транзисторы, которые можно вставить в ваши собственные проекты. Наши рекомендации: N-канальный МОП-транзистор 60 В 30 А В наличии COM-10213 Если вы когда-нибудь задумывались, как управлять фарой автомобиля с помощью микроконтроллера, MOSFET — это то, что вам нужно.Это ве… 4 Дополнительный пакет SparkFun Inventor’s Kit — v4.0 Ушедший на пенсию КОМПЛЕКТ-14310 С пакетом дополнений вы сможете включить некоторые из старых деталей, которые раньше были включены в SIK, которые были обновлены… Пенсионер Ресурсы и дальнейшее развитие Если вы хотите глубже изучить транзисторы, вот некоторые ресурсы, которые мы рекомендуем: Начало работы с электроникой от Форреста Мимса. Мимс является мастером объяснения электроники простым для понимания и применимым образом.Обязательно ознакомьтесь с этой книгой, если вы хотите получить более глубокое представление о транзисторах. LTSpice и Falstad Circuit — это бесплатные программные инструменты, которые можно использовать для моделирования схем. Цифровые эксперименты со схемами — отличный способ учиться. Вы получаете возможность экспериментировать, не мучаясь макетированием и не опасаясь взорвать что-нибудь. Попробуйте собрать что-нибудь из того, о чем мы говорили! 2N3904 Datasheet. Еще один способ узнать о транзисторах — изучить их техническое описание.2N3904 — это действительно распространенный транзистор, который мы используем постоянно (а 2N3906 — его брат PNP). Посмотрите техническое описание, посмотрите, узнаете ли вы знакомые характеристики. Вдобавок ко всему, наш собственный технический директор Пит выпустил серию видеороликов «По словам Пита», посвященных транзисторам и транзисторным усилителям. Обязательно посмотрите его видео о диодах и транзисторах: . Затем вы можете перейти к: Конфигурации смещения транзисторов, часть 1 и часть 2, и, наконец, текущие зеркала.Отличный материал! Идем дальше Или, если вам не терпится узнать больше об электронике в целом, ознакомьтесь с некоторыми из этих руководств SparkFun: Интегральные схемы. Что получится, если объединить тысячи транзисторов и поместить их в черный ящик? ИС! Сдвиговые регистры. Сдвиговые регистры являются одними из самых распространенных интегральных схем. Узнайте, как можно использовать транзистор для мигания десятков светодиодов всего за несколько входов. Руководство по подключению экрана Mini FET — это действительно простой экран Arduino, который использует 8 полевых МОП-транзисторов для управления 8 сильноточными выходами.Это хороший реальный пример использования транзистора в качестве переключателя. Проектирование печатных плат с помощью EAGLE. Поднимите свои новые навыки работы с транзисторами на новый уровень. Спроектируйте их на печатной плате! В этом руководстве объясняется, как использовать бесплатное программное обеспечение (Eagle) для проектирования печатных плат. Как паять — Если вы проектируете печатную плату, вам также нужно знать, как паять. Узнайте, как припаять сквозное отверстие в этом уроке. Или ознакомьтесь с некоторыми из этих сообщений в блоге для поиска идей:     НПН Транзистор НПН транзистор Когда один p-тип полупроводниковый слой зажат между двумя n-типами полупроводниковых слоев формируется npn-транзистор. НПН условное обозначение транзистора символ цепи и диод аналогия транзистора npn показана на рисунке ниже. В На приведенном выше рисунке показано, что электрический ток всегда течет из p-области в n-область. НПН конструкция транзистора Транзистор npn состоит из трех полупроводниковых слоев: один слой полупроводника p-типа и два полупроводника n-типа слои. Слой полупроводника p-типа зажат между двумя слоями n-типа. полупроводниковые слои. Транзистор npn имеет три вывода: эмиттер, базу и коллекционер. Клемма эмиттера подключена к левой стороне слой n-типа. Клемма коллектора подключена справа боковой слой n-типа. Базовый терминал подключен к слой р-типа. npn-транзистор имеет два p-n соединения. Между эмиттером образуется один переход и база. Этот переход называется переходом эмиттер-база или эмиттерный переход. Другое соединение образуется между база и коллектор. Это соединение называется коллектор-база. переход или коллекторный переход. Рабочий транзистора npn Беспристрастный npn-транзистор Когда нет напряжения применяется к транзистору, он называется несмещенным транзистор.С левой стороны n-область (эмиттер) и с правой стороны n-регион (коллектор), бесплатно электроны являются основными носителями, а дырки неосновные носители, тогда как в p-области (базе) дырки являются основные носители и свободные электроны составляют меньшинство перевозчики. Мы известно, что носители заряда (свободные электроны и дырки) всегда старайтесь двигаться из области с более высокой концентрацией в область с более низкой область концентрации. Для свободные электроны, n-область — это область с более высокой концентрацией р-область — область более низкой концентрации. Точно так же для отверстия, p-область является областью более высокой концентрации и n-область — область более низкой концентрации. Следовательно, в свободные электроны в левой части n-области (эмиттер) и правой боковые n-области (коллектор) испытывают силу отталкивания от друг с другом.В результате свободные электроны слева и правые n-области (эмиттер и коллектор) будут двигаться в р-область (базу). Во время В этом процессе свободные электроны встречаются с дырками в p-область (база) возле стыка и заполните их. Как результат, истощение область (положительные и отрицательные ионы) формируется на переход эмиттер-база и переход база-коллектор. В переход эмиттера к базе, обедненная область пронизана аналогично ближе к основанию; от базы к коллектору стыка, область обеднения проникает больше в сторону базовая сторона. Это Это связано с тем, что в месте перехода эмиттер-база эмиттер сильно легировано, а основание слегка легировано, поэтому обедненная область проникает больше в сторону основания и меньше в сторону сторона эмиттера.Точно так же в переходе база-коллектор коллектор сильно легирован, а база легирована слабо, поэтому область истощения больше проникает в сторону основания и меньше в сторону коллектора. коллекционер область слабо легирована, чем область эмиттера, поэтому ширина обедненного слоя со стороны коллектора больше ширина обедненного слоя со стороны эмиттера. Почему истощение область проникает больше в сторону слаболегированной стороны, чем сильно допинговая сторона? Мы известно, что легирование – это процесс добавления примесей в собственный полупроводник, чтобы улучшить его электрическую проводимость. Электропроводность полупроводника зависит от добавленного к нему уровня легирования. Если полупроводниковый материал сильно легирован, его электрические проводимость очень высокая. Это означает, что сильно допинг полупроводниковый материал имеет большое количество носителей заряда которые проводят электрический ток. Если полупроводниковый материал слегка легирован, его электрические проводимость очень низкая. Это означает, что слегка допинг полупроводниковый материал имеет небольшое количество носителей заряда которые проводят электрический ток. Мы известно, что в полупроводнике n-типа свободными электронами являются основные носители заряда и дырки являются неосновным зарядом перевозчики. В npn-транзистор, левая сторона n-области (эмиттер) сильно легированный. Таким образом, эмиттер имеет большое количество свободных электронов. Мы известно, что в полупроводнике p-типа дырки составляют большинство носители заряда и свободные электроны составляют неосновной заряд перевозчики. р-область (база) слабо легирована. Так что база небольшая количество отверстий. правая часть n-области (коллектор) умеренно легирована. Его уровень легирования находится между уровнем эмиттера и базы. Когда атом теряет или отдает электрон, становится положительным ионом. С другой стороны, когда атом получает или принимает электрон, он становится отрицательным ионом. атомы, отдающие электроны, называются донорами, а атомы которые принимают электроны, называются акцепторами. Излучатель-база развязка: Пусть Предположим, что в левой n-области (эмиттере) каждый атом имеет три свободных электрона, а в р-области каждый атом имеет по одной дырке. Во время распространение процесс, свободные электроны перемещаются из эмиттера (n-область) к основанию (p-регион).Точно так же отверстия перемещаются от основания (p-регион) в эмиттер (n-регион). В эмиттер-база переход, когда атомы n-области (эмиттера) встречаются с p-областью (базовые) атомы, каждый атом n-области отдает три свободных электрона до трех атомов р-области. В результате n-область (эмиттер) атом, отдавший три свободных электрона, станет положительным ион и три атома p-области (основания), которые принимают (каждый принять один свободный электрон) три свободных электрона станут отрицательные ионы.Таким образом, каждая n-область (эмиттер) положительного иона производит три отрицательных иона p-области (основания). Следовательно, в обедненная область на переходе эмиттер-база содержит больше отрицательные ионы, чем положительные ионы. Отрицательные ионы находятся в p-области (основании) вблизи перехода и положительных ионов находятся в n-области (эмиттер) вблизи перехода. Следовательно, в обедненная область больше проникает в сторону р-области (база), чем n-область (эмиттер). База-коллектор развязка: Пусть Предположим, что в правой части n-области (коллектор) каждый атом имеет два свободных электрона, а в р-области каждый атом имеет по одному отверстие. Во время процесс диффузии, свободные электроны перемещаются из коллектора (n-регион) в основание (p-регион).Точно так же дырки перемещаются из от базы (p-регион) к коллектору (n-регион). В базовый коллектор переход, когда атомы n-области (коллектор) встречаются с атомы p-области (основы), каждый атом n-области (коллектор) отдает два свободных электрона на два атома p-области (основания). Как результат, атом n-области (коллектор), который отдает два свободных электрона станет положительным ионом, а два атома p-области (основания) который принимает (каждый принимает по одному свободному электрону) два свободных электроны станут отрицательными ионами.Таким образом, каждая n-область (коллектор) положительный ион образует две р-области (основа) отрицательный ионы. Следовательно, в обедненная область на переходе база-коллектор содержит больше отрицательные ионы, чем положительные ионы. Отрицательные ионы находятся в p-области (основании) вблизи перехода и положительных ионов находятся в n-области (коллекторе) рядом с переходом. Следовательно, в обедненная область больше проникает в сторону р-области (база), чем n-область (коллектор). Однако, ширина обедненного слоя со стороны коллектора более ширина обедненного слоя со стороны эмиттера. Это потому, что область коллектора легирована слабее, чем область эмиттера. Предвзятый npn-транзистор Когда внешний напряжение подается на npn-транзистор, говорят, что это смещенный npn-транзистор.В зависимости от полярности приложенное напряжение, npn транзистор может работать в трех режимах: активный режим, режим отсечки и режим насыщения. Транзистор npn часто работает в активном режиме, потому что в В активном режиме транзистор npn усиливает электрический ток. Так давайте посмотрим, как работает npn-транзистор в активном режиме. Пусть Рассмотрим npn-транзистор, как показано на рисунке ниже. В на рисунке ниже переход эмиттер-база смещен в прямом направлении напряжением постоянного тока В ЕЕ и переходом база-коллектор смещен в обратном направлении постоянным напряжением V CC . Излучатель-база развязка: Срок прямому смещению большое количество свободных электронов в левая сторона n-области (излучатель) испытывает силу отталкивания от отрицательную клемму батареи постоянного тока, а также они испытывать силу притяжения от положительного терминала батарея.В результате свободные электроны начинают течь от эмиттера к базе. Аналогичным образом отверстия в основании испытывать силу отталкивания от положительного вывода батареи, а также испытывать силу притяжения от минусовая клемма аккумулятора. В результате начинают появляться дыры. течет от базы к эмиттеру. Срок к приложенному внешнему напряжению каждый атом-эмиттер имеет более чем один или два свободных электрона.Следовательно, каждый эмиттерный атом отдает более одного или двух свободных электронов более положительным ионы. В результате положительные ионы становятся нейтральными. Точно так же каждый основной атом принимает большее количество электронов. от большего количества отрицательных ионов. В результате отрицательные ионы становятся нейтральный. Мы знаем, что область истощения есть не что иное, как сочетание положительных ионов и отрицательных ионов. Таким образом, ширина обеднения на переходе эмиттер-база уменьшается на подать прямое напряжение смещения. Мы знать, что электрический ток означает поток носителей заряда. То свободные электроны (отрицательные носители заряда) перетекают из эмиттера в основание, тогда как дырки (носители положительного заряда) вытекают из основания к эмиттеру.Эти носители заряда проводят электрический ток. Тем не менее, обычный текущее направление совпадает с направлением отверстий. Таким образом, электрический ток течет от базы к эмиттеру. База-коллектор развязка: Срок к обратному смещению большое количество свободных электронов в правая сторона н-область (коллектор) испытывает силу притяжения от положительной клеммы аккумулятора.Следовательно, бесплатно электроны удаляются от соединения и направляются к плюсовая клемма аккумулятора. В результате большое количество нейтральных атомов-коллекторов теряет электроны и становится положительные ионы. С другой стороны, дырки в p-области (основание) испытывать силу притяжения от отрицательного терминала батарея. Следовательно, отверстия удаляются от соединения и течь к отрицательной клемме аккумулятора.Как В результате большое количество нейтральных атомов основания получает электроны и становится отрицательными ионами. Таким образом, ширина обедненной области увеличивается в основании-коллекторе узел. Другими словами, количество положительных и отрицательных ионов увеличивается на переходе база-коллектор. Коллектор-база-эмиттер текущий: свободные электроны, которые текут от эмиттера к базе из-за прямое смещение будет сочетаться с отверстиями в основании.Тем не мение, основа очень тонкая и слегка легированная. Так только, маленький процент свободных электронов эмиттера соединяется с дырками в базовом районе. Осталось большое количество свободных электроны пересекают базовую область и достигают район коллектора. Это связано с положительным напряжением питания применяется у коллектора. Следовательно, свободные электроны вытекают из эмиттера к коллектору.На коллекторе оба свободных электрона эмиттера а свободные электроны коллектора производят ток, протекая к положительной клемме аккумулятора. Таким образом, на выходе возникает усиленный ток. В npn-транзистор, электрический ток в основном проводится свободные электроны. . No related posts. Добавить комментарий Отменить ответ Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены * Комментарий * Имя * Email * Сайт