Свойства транзистора: описание, типы, устройство, маркировка, применение.

описание, типы, устройство, маркировка, применение.

В  этой статье рассказывается об важно элементе радиоэлектронике — транзисторах. Про принцип действия диодов и их характеристики читайте по ссылке — http://www.radioingener.ru/diody-i-ix-primenenie/

Что такое транзистор.

Термин «транзистор» образован из двух английских слов: transfer — преобразователь и resistor — сопротивление.

В большую «семью» полупроводниковых приборов, называемых транзисторами, входят два вида: биполярные и полевые. Первые из них, чтобы как — то отличить их от вторых, часто называют обычными транзисторами.

Биполярный (обычный) транзистор

Биполярные транзисторы используются наиболее широко. Именно с них мы пожалуй и начнем.  В упрощенном виде биполярный транзистор представляет собой пластину полупроводника с тремя (как в слоеном пироге) чередующимися областями разной электропроводности (рис.

Две крайние области обладают электропроводностью одного типа, средняя — электропроводностью другого типа. У каждой области свой контактный вывод. Если в крайних областях преобладает дырочная электропроводность, а в средней электронная (рис. 1, а), то такой прибор называют транзистором структуры p — n — р. У транзистора структуры n — p — n, наоборот, по краям расположены области с электронной электропроводностью, а между ними — область с дырочной электропроводностью (рис. 1, б).

Рис. 1 Схематическое устройство и графическое обозначение на схемах транзисторов структуры p — n — p и n — p — n.

Устройство и структура.

Если мысленно прикрыть любую из крайних областей транзисторов, изображенных схематически на (рис.1). Что получилось? Оставшиеся две области есть не что иное, как плоскостной диод. Если прикрыть другую крайнюю область, то тоже получится диод. Значит, транзистор можно представить себе как два плоскостных диода с одной общей областью, включенных навстречу друг другу.

Общую (среднюю) область транзистора называют базой, одну крайнюю область — эмиттером, вторую крайнюю область — коллектором.

Это три электрода транзистора. Во время работы эмиттер вводит (эмитирует) в базу дырки (в структуре p — n — р) или электроны (в структуре n — p — n), коллектор собирает эти электрические заряды, вводимые в базу эмиттером.

Различие в обозначениях транзисторов разных структур на схемах заключается лишь в направлении стрелки эмиттера: в p — n — р транзисторах она обращена в сторону базы, а в n — p — n — от базы.

Электронно — дырочные переходы в транзисторе могут быть получены так же, как в плоскостных диодах. Например, чтобы изготовить транзистор структуры p — n — р, берут тонкую пластину германия с электронной электропроводностью и наплавляют на ее поверхность кусочки индия. Атомы индия диффундируют (проникают) в тело пластины, образуя в ней две области типа р — эмиттер и коллектор, а между ними остается очень тонкая (несколько микрон) прослойка полупроводника типа n — база. Транзисторы, изготовляемые по такой технологии, называют сплавными.

Запомни наименования р — n переходов транзистора: между коллектором и базой — коллекторный, между эмиттером и базой — эмиттерный.

Схематическое устройство и конструкция сплавного транзистора показаны на (рис. 2).

Изготовление транзисторов.

Прибор собран на металлическом диске диаметром менее 10 мм. Сверху к этому диску приварен кристаллодержатель, являющийся внутренним выводом базы, а снизу — ее наружный проволочный вывод. Внутренние выводы коллектора и эмиттера приварены к проволочкам, которые впаяны в стеклянные изоляторы и служат внешними выводами этих электродов. Цельнометаллический колпак защищает прибор от механических повреждений и влияния света.

Рис. 2 — Устройство и конструкция сплавного слева и диффузионно — сплавного справа транзистора структуры p — n — p.

В результате в пластине исходного полупроводника получаются два р — n перехода, образующие транзистор структуры р — n — р. По такой технологии изготовляют, в частности, наиболее массовые маломощные высокочастотные транзисторы серий П401-П403, П422, П423, ГТ308. В настоящее время действует система обозначения, по которой выпускаемые серийно приборы имеют обозначения, состоящие из четырех элементов, например: ГТ109А, КТ315В, ГТ403И.

• Первый элемент этой системы обозначения — буква Г, К или А (или цифра 1, 2 и 3) — характеризует полупроводниковый материал и температурные условия работы прибора. Буква Г (или цифра 1) присваивается германиевым транзисторам, буква К (или цифра 2) — кремниевым, буква А (или цифра 3) — транзисторам, полупроводниковым материалом которых служит арсенид галлия. Цифра, стоящая вместо буквы, указывает на то, что данный транзистор может работать при повышенных температурах (германиевый — выше 4- 60°С, кремниевый — выше +85°С).
• Второй элемент — буква Т — начальная буква слова «транзистор».
• Третий элемент — трехзначное число от 101 до 999 — указывает порядковый номер разработки и назначение прибора. Это число присваивается транзистору по признакам, приведенным в таблице.
• Четвертый элемент обозначения — буква, указывающая разновидность прибора данной серии.

Вот некоторые примеры расшифровки обозначений по этой системе :

ГТ109А — германиевый маломощный низкочастотный транзистор, разновидность А;

ГТ404Г — германиевый средней мощности низкочастотный транзистор, разновидность Г;

КТЗ15В — кремниевый маломощный высокочастотный транзистор, разновидность В.

Применение транзисторов

Наряду с такой системой продолжает действовать и прежняя система обозначения, например П27, П401, П213, МП39 и т.д. Объясняется это тем, что такие или подобные транзисторы были разработаны до введения современной маркировки полупроводниковых приборов. Внешний вид некоторых биполярных транзисторов, наиболее широко используемых радиолюбителями, показан на (рис.

Диаметр транзисторов ГТ309 (р — n — р) 7,4 мм. Такие транзисторы применяют в различных малогабаритных электронных устройствах для усиления и генерирования колебаний высокой частоты.

Транзисторы КТЗ15 (n — p — n) выпускают в пластмассовых корпусах. Эти маломощные приборы предназначены для усиления и генерирования колебаний высокой частоты. Транзисторы МП39 — МП42 (р — n — р) — самые массовые среди маломощных низкочастотных транзисторов. Точно так выглядят и аналогичные им, но структуры n — p — n, транзисторы МП35 — МП38. Диаметр корпуса любого из этих транзисторов 11,5 мм. Наиболее широко их используют в усилителях звуковой частоты.

Так выглядят и маломощные высокочастотные р — n — р транзисторы серий П401 — П403, П416, П423, используемые для усиления высокочастотных сигналов как в промышленных, так и любительских радиовещательных приемниках. Транзистор ГТ402 (р — n — р) — представитель низкочастотных транзисторов средней мощности. Такую же конструкцию имеет его «близнец» ГТ404, но он структуры (n — p — n). Их, обычно используют в паре, в каскадах усиления мощности колебаний звуковой частоты.

Транзистор П213 (германиевый структуры р — n — р) — один из мощных низкочастотных транзисторов, широко используемых в оконечных каскадах усилителей звуковой частоты. Диаметр этого, а также аналогичных ему транзисторов П214 — П216 и некоторых других, 24 мм. Такие транзисторы крепят на шасси или панелях при помощи фланцев. Во время работы они нагреваются, поэтому их обычно ставят на специальные теплоотводящие радиаторы, увеличивающие поверхности охлаждения.

КТ904 — сверхвысокочастотный кремниевый n — p — n транзистор большой мощности. Корпус металлокерамический с жесткими выводами и винтом М5, с помощью которого транзистор крепят на теплопроводящем радиаторе. Функцию радиатора может выполнять массивная металлическая пластина или металлическое шасси радиотехнического устройства. Высота транзистора вместе с выводами и крепежным винтом чуть больше 20 мм. Транзисторы этой серии предназначаются для генераторов и усилителей мощности радиоаппаратуры, работающей на частотах выше 100 МГц, например диапазона УКВ.

Рис. 4 Внешний вид некоторых транзисторов.

Советую просмотреть обучающий фильм:

Схемы включения и основные параметры биполярных транзисторов

Итак, биполярный транзистор, независимо от его структуры, является трехэлектродным прибором. Его электроды — эмиттер, коллектор и база. Для использования транзистора в качестве усилителя напряжения, тока или мощности входной сигнал, который надо усилить, можно подавать на два каких — либо электрода и с двух электродов снимать усиленный сигнал. При этом один из электродов обязательно будет общим. Он — то и определяет название способа включения транзистора: по схеме общего эмиттера (ОЭ), по схеме общего коллектора (ОК), по схеме общей базы (ОБ).

• Включение p-n-р транзистора по схеме ОЭ показано на (рис. 5, а). Напряжение источника питания на коллекторе V подается через резистор Rк, являющийся нагрузкой, на эмиттер — через общий «заземленный» проводник, обозначаемый на схемах специальным знаком. Входной сигнал через конденсатор связи Ссв. подается к выводам базы и эмиттера, т.е. к участку база — эмиттер, а усиленный сигнал снимается с выводов эмиттера и коллектора. Эмиттер, следовательно, при таком включении является общим для входной и выходной цепей. Транзистор, по схеме с ОЭ, в зависимости от его усилительных свойств может дать 10 — 200 — кратное усиление сигнала по напряжению и 20 — 100 — кратное усиление сигнала по току. Такой способ включения по схеме с ОЭ пользуется у радиолюбителей наибольшей популярностью. Существенным недостатком усилительного каскада, включенном по такой схеме, является его сравнительно малое входное сопротивление — всего 500-1000 Ом, что усложняет согласование усилительных каскадов, транзисторы которых включают по такой же схеме. Объясняется это тем, что в данном случае эмиттерный р — n переход транзистора включен в прямом, т.е. пропускном, направлении. А сопротивление пропускного перехода, зависящее от прикладываемого к нему напряжения, всегда мало. Что же касается выходного сопротивления такого каскада, то оно достаточно большое (2-20 кОм) и зависит от сопротивления нагрузки Rк и усилительных свойств.

• Включение прибора схеме ОК показано на (рис. 5, б). Входной сигнал подается на базу и эмиттер через эмиттерный резистор Rэ, который является частью коллекторной цепи. С этого же резистора, выполняющего функцию нагрузки транзистора, снимается и выходной сигнал. Таким образом, этот участок коллекторной цепи является общим для входной и выходной цепей, поэтому и название способа включения транзистора — ОК. Каскад с полупроводником, включенным по такой схеме, по напряжению дает усиление меньше единицы. Усиление же по току получается примерно такое же, как если бы транзистор был включен по схеме ОЭ. Но зато входное сопротивление такого каскада может составлять 10 — 500 кОм, что хорошо согласуется с большим выходным сопротивлением каскада на транзисторе, включенном по схеме ОЭ. По существу, каскад не дает усиления по напряжению, а лишь как бы повторяет подведенный к нему сигнал. Поэтому транзисторы, включаемые по такой схеме, называют также эмиттерными повторителями. Почему эмиттерными? Потому что выходное напряжение на эмиттере практически полностью повторяет входное напряжение. Почему каскад не усиливает напряжение? Давайте мысленно соединим резистором цепь базы с нижним (по схеме) выводом эмиттерного резистора Rэ, как показано на (рис. 5, б) штриховыми линиями. Этот резистор — эквивалент внутреннего сопротивления источника входного сигнала Rвх., например микрофона или звукоснимателя. Таким образом, эмиттерная цепь оказывается связанной через резистор Rвх. с базой. Когда на вход усилителя подается напряжение сигнала, на резисторе Rэ, являющемся нагрузкой транзистора, выделяется напряжение усиленного сигнала, которое через резистор Rвх. оказывается приложенным к базе в противофазе. При этом между эмиттерной и базовой цепями возникает очень сильная отрицательная обратная связь, сводящая на нет усиление каскада. Это по напряжению. А по току усиления получается такое же, как и при включении транзистора по схеме с ОЭ.
• Теперь о включении транзистора по схеме с ОБ (рис. 5, в). В этом случае база через конденсатор Сб по переменному току заземлена, т. е. соединена с общим проводником питания. Входной сигнал через конденсатор Ссв. подают на эмиттер и базу, а усиленный сигнал снимают с коллектора и с заземленной базы. База, таким образом, является общим электродом входной и выходной цепей каскада. Такой каскад дает усиление по току меньше единицы, а по напряжению — такое же, как транзистор, включенный по схеме с ОЭ (10 — 200). Из — за очень малого входного сопротивления, БК превышающего нескольких десятковом (30-100) Ом, включение транзистора по схеме ОБ используют главным образом в генераторах электрических колебаний, в сверхгенеративных каскадах, применяемых, например, в аппаратуре радиоуправления моделями.

Чаще всего как я уже говорил применяются схемы с включением транзистора с ОЭ, реже с ОК. Но это только способы включения. А режим работы транзистора как усилителя определяется напряжениями на его электродах, токами в его цепях и, конечно, параметрами самого транзистора. Качество и усилительные свойства биполярных транзисторов оценивают по нескольким электрическим параметрам, которые измеряют с помощью специальных приборов. Вас же, с практической точки зрения, в первую очередь должны интересовать три основных параметра: обратный ток коллектора Iкбо, статический коэффициент передачи тока h313 (читают так: аш два один э) и граничная частота коэффициента передачи тока Fгр.

• Обратный ток коллектора Iкбо — это неуправляемый ток через коллекторный р — n переход, создающийся неосновными носителями тока транзистора. Он характеризует качество транзистора: чем численное значение параметра Iкбо меньше, тем выше качество. У маломощных низкочастотных транзисторов, например, серий МП39 — МП42, Iкбо не должен превышать 30 мкА, а у маломощных высокочастотных 5 мкА. Транзисторы с большими значениями Iкбо в работе неустойчивы.
• Статический коэффициент передачи тока h31э характеризует усилительные свойства транзистора. Статическим его называют потому, что этот параметр измеряют при неизменных напряжениях на его электродах и неизменных токах в его цепях. Буква «Э» в этом выражении указывает на то, что при измерении полупроводник включают по схеме ОЭ. Коэффициент h31э характеризуется отношением постоянного тока коллектора к постоянному току базы при заданных постоянном обратном напряжении коллектор — эмиттер и токе эмиттера. Чем больше численное значение коэффициента h31э, тем большее усиление сигнала может обеспечить данный прибор.
• Граничная частота коэффициента передачи тока Fгр, выраженная в килогерцах или мегагерцах, позволяет судить о возможности использования транзистора для усиления колебаний тех или иных частот. Граничная частота Fгр транзистора МП39, например, 500 кГц, а транзисторов П401 — П403 — больше 30 МГц. Практически транзисторы используют для усиления частот значительно меньше граничных, так как с повышением частоты коэффициент h31э уменьшается.

При конструировании радиотехнических устройств надо учитывать и такие параметры, как максимально допустимое напряжение коллектор — эмиттер Uкэ max, максимально допустимый ток коллектора Iк.max а также максимально допустимую рассеиваемую мощность коллектора Рк.max — мощность, превращающуюся в тепло.

Полевой транзистор

В этом полупроводниковом приборе управление рабочим током осуществляется не током во входной (базовой) цепи, как в биполярном транзисторе, а воздействием на носители тока электрического поля. Отсюда и название «полевой». Схематическое устройство и конструкция полевого транзистора с р — n переходом показаны на (рис. 6). Основой такого транзистора служит пластина кремния с электропроводностью типа n, в которой имеется тонкая область с электропроводностью типа р. Пластину прибора называют затвором, а область типа р в ней — каналом. С одной стороны канал заканчивается истоком, с другой стоком — тоже областью типа р, но с повышенной концентрацией дырок. Между затвором и каналом создается р — n переход. От затвора, истока и стока сделаны контактные выводы. Если к истоку подключить положительный, а к стоку — отрицательный полюсы батареи питания (на рис. 6 — батарея GB), то в канале появится ток, создающийся движением дырок от истока к стоку. Этот ток, называемый током стока Iс, зависит не только от напряжения этой батареи, но и от напряжения, действующего между источником и затвором (на рис. 6 — элемент G).

И вот почему. Когда на затворе относительно истока действует положительное закрывающее напряжение, обедненная область р — n перехода расширяется (на рис. 6 показано штриховыми линиями). От этого канал сужается, его сопротивление увеличивается, из — за чего ток стока уменьшается. С уменьшением положительного напряжения на затворе обедненная область р — n перехода, наоборот, сужается, канал расширяется, и ток снова увеличивается. Если на затвор вместе с положительным напряжением смещения подавать низкочастотный или высокочастотный сигнал, в цепи стока возникнет пульсирующий ток, а на нагрузке, включенной в эту цепь, — напряжение усиленного сигнала. Так, в упрощенном виде устроены и работают полевые транзисторы с каналом типа р, например — КП102, КП103 (буквы К и П означают «кремниевый полевой»). Принципиально так же устроен и работает полевой транзистор с каналом типа n. Затвор транзистора такой структуры обладает дырочной электропроводностью, поэтому на него относительно истока должно подаваться отрицательное напряжение смещения, а на сток (тоже относительно истока) — положительное напряжение источника питания. На условном графическом изображении полевого транзистора с каналом типа n стрелка на линии затвора направлена в сторону истока, а не от истока, как в обозначении транзистора с каналом типа р. Полевой транзистор — тоже трехэлектродный прибор. Поэтому его, как и биполярный транзистор, включать в усилительный каскад можно тремя способами: по схеме общего стока (ОС), по схеме общего истока (ОИ) и по схеме общего затвора (ОЗ). В радиолюбительской практике применяют в основном только первые два способа включения, позволяющие с наибольшей эффективностью использовать полевые транзисторы.

Усилительный каскад на полевом транзисторе обладает очень большим, исчисляемым мегаомами, входным сопротивлением.

Это позволяет подавать на его вход высокочастотные и низкочастотные сигналы от источников с большим внутренним сопротивлением, например от пьезокерамическрго звукоснимателя, не опасаясь искажения или ухудшения усиления входного сигнала.

В этом главное преимущество полевых транзисторов по сравнению с биполярными. Усилительные свойства полевого транзистора характеризуют крутизной характеристики S — отношением изменения тока стока к изменению напряжения на затворе при коротком замыкании по переменному току на выходе транзистора, включенного по схеме ОИ. Численное значение параметра S выражают в миллиамперах на вольт; для различных транзисторов оно может составлять от 0,1 — 0,2 до 10 — 15 мА/В и больше. Чем больше крутизна, тем большее усиление сигнала может дать транзистор.

Рис. 6 Конструкция и графическое изображение полевого транзистора с каналом типа (p).

Другой параметр полевого транзистора — напряжение отсечки Uзи.отс. — Это обратное напряжение на р — n переходе затвор — канал, при котором ток через этот переход уменьшается до нуля. У различных транзисторов напряжение отсечки может составлять от 0,5 до 10 В. О полевых транзисторах и их уникальных свойствах можно говорить еще много, я попытался рассказать о наиболее существенных.

Кодовая и цветовая маркировка транзисторов

Все картинки кликабельны. Вы можете нажать и сохранить их себе на ПК, чтобы в дальнейшем пользоваться. Или просто сохраните данную страницу нажав в браузере добавить в закладки.

Рис. 1

Рис. 2

Рис. 3

Рис. 4

Рис. 5 — КТ315, КТ361

И так сказать на закуску классификацию корпусов, чтобы при заказе или обозначении на схеме иметь представление о внешнем виде транзистора

Характеристики и параметры транзисторов | Основы электроакустики

Транзисторы разделяются на типы (подтипы) по классификационным параметрам. Например,маломощные низкочастотные и среднечастотные транзисторы классифицируются по таким параметрам, как коэффициент усиления по току и предельная частота усиления или генерации. В отдельных случаях особо выделяют шумовые свойства транзисторов, характеризуемые коэффициентом шума, или способность транзисторов работать при повышенных напряжениях на коллекторе.

Маломощные высокочастотные транзисторы классифицируются по статическому коэффициенту усиления тока в схеме с общим эмиттером (ОЭ) и модулю коэффициента усиления тока на частоте 10. ..20 МГц.

Мощные низкочастотные транзисторы классифицируются по максимальному обратному напряжению между коллектором и базой и статическому коэффициенту усиления тока в схеме с ОЭ.

При практическом использовании транзисторов используются следующие параметры.

Параметры постоянного тока используются для расчета режима транзистора по постоянному току. К этим параметрам относятся:

•  Обратный ток коллекторного перехода Iко — ток через переход коллектор—база при отключенном эмиттере и заданном напряжении на коллекторе.
• Обратный ток эмиттерного перехода Iэо — ток через переход эмиттер—база при отключенном коллекторе и заданном напряжении на эмиттере.
• Начальный ток коллектора Iкн — ток в цепи коллектора при замкнутых эмиттере и базе и заданном напряжении на коллекторе. В некоторых случаях указывается начальный ток коллектора при включении между базой и эмиттером заданного сопротивления.
•  Ток коллектора запертого транзистора Iкз — ток коллектора при обратном смещении эмиттерного перехода и заданных напряжениях на эмиттере и коллекторе.

Параметры малого сигнала характеризуют работу транзисторов в различных усилителях. Переменные токи и напряжения на электродах транзисторов при измерениях этих параметров должны быть малыми по сравнению с постоянными токами и напряжениями, определяющими выбор начальной рабочей точки (начальное смещение). Сигнал считается малым, если при изменении (увеличении) переменного тока (или напряжения) в два раза значение измеряемого параметра остается неизменным в пределах точности измерений. Так как транзисторы имеют резко выраженные нелинейные свойства, параметры малого сигнала сильно зависят от выбора начального смещения. Для характеристики таких параметров чаще всего используется система Н-параметров в следующем составе:

• входное сопротивление Н11 — отношение напряжения на входе к вызванному им изменению входного тока;
• коэффициент обратной связи по напряжению h22 — отношение изменения напряжения на входе к вызвавшему его приращению напряжения на выходе;
• выходная проводимость Н22 — отношение изменения выходного тока к вызвавшему его изменению выходного напряжения при условии холостого хода по переменному току на входе;
• коэффициент усиления тока h31 — отношение изменения выходного тока к вызвавшему его приращению входного при условии короткого замыкания выходной цепи.

В зависимости от схемы включения к цифровым индексам добавляется буквенный: б — для схемы с ОБ, э — в схеме ОЭ, к — для схемы с ОК. Применяются и другие символы для обозначения коэффициента усиления по току: для схемы с ОБ — а, а для схемы с ОЭ — В или р.

Измерение Н-параметров, как правило, производится на низкой частоте (50… 1000 Гц). Они используются при расчетах низкочастотных усилителей, преимущественно первых каскадов, работающих на малых сигналах. На высокой частоте коэффициенты усиления тока становятся комплексными величинами (так же как и другие Н-параметры). Усилительные свойства транзисторов на высокой частоте характеризуются модулем коэффициента усиления тока ¦а¦, ¦h31б] или ¦В¦. Частота, на которой значение ¦h31бl уменьшается на 3 дБ (около 30%) по сравнению с Наш, измеренным на низкой частоте, называется предельной частотой усиления тока fa.

Модуль усиления тока в схеме ОЭ уменьшается с ростом частоты более заметно, чем в схеме ОБ. В некоторой области частот параметр ¦h31э¦ обратно пропорционален частоте: ¦h31э¦=Fт/F. Частота F, — граничная частота усиления тока базы. На этой частоте модуль ¦Н21э¦ равен 1. Имеет место приближенное соотношение: fа=mFт где т=2 для бездрейфовых и т=1,6 для дрейфовых транзисторов.

К малосигнальным параметрам относятся также емкости переходов транзистора.

•  Емкость коллекторного перехода Ск — емкость, измеренная между коллекторным и базовым выводами транзистора при отключенном эмиттере и обратном смещении на коллекторе.
•  Емкость эмиттерного перехода Сэ — емкость, измеренная между выводами эмиттера и базы при отключенном коллекторе и обратном смещении на эмиттере. Значения емкостей Ск и Сэ зависят от приложенного напряжения. Если, например, указано значение Ск при напряжении U, то емкость Скх при напряжении U, можно найти из приближенной формулы: Скх = Cк(U/Uх)m, где m определяется таким же образом, как и в формуле .
• Максимальная частота генерации Fмакс — наибольшая частота автоколебаний в генераторе на транзисторе. С достаточной точностью можно считать, что Fмакc — частота, на которой коэффициент усиления транзистора по мощности равен единице.
• Коэффициент шума Кш — отношение полной мощности шумов на выходе транзистора к части мощности, вызываемой тепловыми шумами сопротивления источника сигнала. Коэффициент шума выражается в децибелах. Его значение дается для определенного частотного диапазона. Для большинства транзисторов минимальные шумы наблюдаются при работе на частотах 1000.. .4000 Гц. На высоких и низких частотах шумы увеличиваются. Обычно минимальное значение Рш соответствует малым токам коллектора (0,1…0,5 мА) и малым коллекторным напряжениям (0,5… 1,5 В). Шумы резко увеличиваются при повышении температуры. Приводимые в справочных данных значения Рд, относятся к оптимальному внутреннему сопротивлению источника сигнала и режиму работы, которые и следует использовать при проектировании малошумящих усилителей.

Параметры большого сигнала характеризуют работу в режимах, при которых токи и напряжения между выводами транзистора меняются в широких пределах. Эти параметры используются для расчета ключевых схем, предоконечных и оконечных усилителей низкой и высокой частоты, автогенераторов.

• Статический коэффициент усиления по току: Вcт=(Iк-Iко)/(Iб+Iко). В рассматриваемом случае ток коллектора и ток базы существенно превосходят тепловой ток коллектора 1„„, поэтому на практике пользуются формулой: Вст=Iк/Iб.
• Статическая крутизна прямой передачи Sст — отношение постоянного тока коллектора к постоянному напряжению на входе транзистора. Параметр Sст используется для транзисторов средней и большой мощности, работающих в схемах, где источник входного сигнала имеет малое внутреннее сопротивление. Напряжение между коллектором и эмиттером транзистора в режиме насыщения измеряется при определенном значении коллекторного и базового токов или определенной глубине насыщения.
• Глубина насыщения — это отношение прямого тока базы к току, при котором транзистор находится на границе насыщения. Напряжение между базой и эмиттером транзистора в режиме насыщения измеряется при тех же условиях, что и напряжение между коллектором и эмиттером транзистора в режиме насыщения.
• Время рассасывания Тр — интервал времени между моментом подачи на базу транзистора запирающего импульса и моментом, когда напряжение на коллекторе достигает уровня (0,1…0,3)Е„ — напряжение питания коллекторной цепи). Время рассасывания зависит от глубины насыщения транзистора и измеряется при определенном значении коллекторного и базового токов.

Параметры предельных режимов работы.

•  Максимальная мощность, рассеиваемая прибором — Раакс- Так как в транзисторах подавляющая часть рассеиваемой мощности выделяется в области коллекторного перехода, то эта мощность практически равна максимальной мощности, рассеиваемой на коллекторном переходе.
• Максимальный ток коллектора — определяет максимальный ток коллектора при максимальном напряжении на коллекторе и максимально допустимой рассеиваемой мощности.
• Максимальное обратное напряжение между коллектором и базой транзистора — Этот параметр используется обычно для расчета режима работы запертого транзистора или при включении его по схеме ОБ и генератора тока в цепи эмиттера.
• Максимальное обратное напряжение на переходе эмиттер—база . Этот параметр используется для расчета режима работы, когда на входе действует запирающее напряжение (усилители в режиме В, различные импульсные схемы).
• Максимальное напряжение между коллектором и эмиттером транзистора Uкэ макс при условии короткого замыкания эмиттера с базой. В ряде случаев этот параметр приводится при условии включения между базой и эмиттером резистора заданного сопротивления.Параметр Uкэ макс используется при расчетах режима работы транзистора, включенного по схеме с общим эмиттером и при отсутствии запирающего напряжения или когда оно мало, например, менее 1 В.
• Максимальные значения токов, напряжений и мощности определяют границы области гарантированной надежности работы. Так как работа в предельном режиме соответствует самой низкой надежности, то использование предельных режимов в схемах, от которых требуется высокая надежность, не допускается.

Практика показывает, что при использовании полупроводниковых приборов в облегченных режимах надежность их работы повышается в десятки раз по сравнению с надежностью в предельном режиме.

Тепловые параметры полупроводниковых приборов устанавливают допустимые пределы или диапазоны температуры окружающей среды и самих приборов, при которых гарантируется их надежная работа Параметры предельных режимов устанавливают­ся исходя из условий обеспечения надежной работы транзисторов. Чтобы радиотехнические устройства на транзисторах работали безот­казно, рабочие режимы транзисторов выбирают такими, при которых ток, напряжения и мощность не превышают 0,8 их максимально до­пустимых значений.

Анализ частотных свойств транзистора с общей базой

Введение

Транзистор (от англ. Transfer – переносить и Resistor – резистор), полупроводниковый прибор, использующийся для усиления, генерирования и преобразования электрических колебаний, выполненный на основе монокристаллического полупроводника, содержащего не менее трех областей с различной – электронной (n) и дырочной (p) – проводимостью.

Первый транзистор был изобретен в 1948 году американцами У.Шокли, У. Браттейном и Дж. Бардином. По физической структуре и механизму управления током, а также по принципу действия  их делят на:

(в процессах токопрохождения биполярных транзисторов участвуют основные и не основные носители зарядов, а в  полевых – носители одного знака)

В полевых транзисторах, управление потоком основных носителей заряда осуществляется в области полупроводника, называемой каналом, путем изменения его поперечного сечения с помощью электрического поля. Полевой транзистор имеет следующие три электрода: исток, через который в n канал втекают основные носители; сток, через который они вытекают из канала, и затвор, предназначенный для регулирования поперечного сечения канала. В настоящее время существует множество типов полевых транзисторов, которые в ряде устройств работают более эффективно, чем биполярные. Преимуществом полевых транзисторов является также и то, что ассортимент полупроводниковых материалов для их изготовления значительно шире (так как они работают только с основными носителями заряда), благодаря чему возможно создание, например, температуроустойчивых  приборов. Большое значение также имеют низкий уровень шумов и высокое входное сопротивление этих транзисторов.

Биполярным транзистором (БТ) называется трех электродный полупроводниковый прибор с двумя взаимодействующими p-n переходами, предназначенный для усиления электрических колебаний по току, напряжению или мощности и имеющие три или более вывода. Действие транзистора основано на управлении движением носителе электрических зарядов в полупроводниковом кристалле. Наиболее распространены транзисторы с тремя выводами. Слово “биполярный” означает, что физические процессы в БТ определяются движением носителей заряда обоих знаков (электронов и дырок). Взаимодействие переходов обеспечивается тем, что они располагаются достаточно близко – на расстоянии, меньшем диффузионной длины. Два p-n перехода образуются в результате чередования областей с разным типом электропроводности. Промышленность выпускает различные транзисторы, которые классифицируют по характеру переноса носителей (биполярные и полевые), числу p-n переходов, порядку чередования областей p-n переходов, методам изготовления, мощности, диапазону рабочих частот и т. п.

Биполярные транзисторы независимо от их структуры (p-n-p или n-p-n) классифицируют по ряду признаков.

Классификация БТ

По числу  p-n переходов транзисторы подразделяют на:
–  однопереходные
–  двухпереходные
–  многопереходные

По порядку чередования областей  p-n переходов различают  транзисторы  структуры:

–   p-n-p

(принцип действия обоих  типов транзисторов одинаков)

По характеру распределения атомов примеси и движению носителей заряда транзисторы разделяют на:

• бездрейфовые (диффузионные)
• дрейфовые

(БТ с однородной базой называют бездрейфовыми, а с неоднородной базой – дрейфовыми.)

По применяемому материалу транзисторы классифицируются на:

• германиевые
• кремниевые
• арсенид-галлиевые

По технологии изготовления транзисторы бывают:

• сплавные
• диффузионные
• эпитаксиальные
• планарные

По допустимой мощности, рассеиваемой на электродах транзистора, их подразделяют на:

Примечание: Если конструкция корпуса не позволяет рассеивать выделяемую мощность, то транзистор размещают на радиаторе, охлаждаемую поверхность которого подбирают так, чтобы температура кристалла полупроводника не превышала допустимую.

По значению предельной частоты биполярные транзисторы делят на:

Маркировка БТ

Обозначение биполярных транзисторов состоит из шести или семи элементов.

Таблица №1. Маркировка БТ.

Таблица №2. Классификация транзисторов по мощности и частоте.

Примеры обозначения:

KT315A, КТ806Б, ГТ108А, КТ3126, КТ3102, КТ3107, КТ972А.

Область транзистора, расположенная между p-n переходами, называют базой. Одна из примыкающих к базе областей должна наиболее эффективно осуществлять инжекцию носителей в базу, а другая – экстрагировать носители из базы (толщина базы делается значительно меньше диффузионной длины неосновных носителей в ней; ширина базы в сравнении с шириной эмиттера и коллектора очень мала и составляет единицы микрометров)

Область транзистора, из которой происходит инжекция носителей в базу, называют эмиттером, а переход – эмиттерным.

Область транзистора, осуществляющая экстракцию носителей из базы, называют коллектором, а переход – коллекторным.

Кроме того, концентрация атомов примесей в эмиттере и коллекторе (низкоомные области) значительно больше, чем в базе (высокоомная область). Площадь коллекторного перехода больше эмиттерного, что способствует увеличению коэффициента переноса носителей из эмиттера в коллектор.

Основные свойства БТ определяются процессами в базовой области, которая обеспечивает взаимодействие эмиттерного и коллекторного переходов. Поэтому ширина базовой области должна быть малой (обычно меньше 1 мкм). Если распределение примеси в базе от эмиттера к коллектору однородное (равномерное), то в ней отсутствует электрическое поле и носители совершают в базе только диффузионное движение. В случае неравномерного распределения примеси (неоднородная база) в базе существует “внутреннее” электрическое поле, вызывающее появление дрейфового движения носителей: результирующее движение определяется как диффузией, так и дрейфом. БТ с однородной базой называют бездрейфовыми, а с неоднородной базой – дрейфовыми.

Частотные свойства транзисторов

Подробности

Категория: Общая электроника и электротехника

С повышением частоты усиление, даваемое транзисторами, снижается. Имеются две главные причины этого явления. Во-первых, на более высоких частотах вредно влияет емкость коллекторного перехода. 

На низких частотах сопротивление емкости очень большое, коллекторное сопротивление также очень велико и можно считать, что весь ток идет в нагрузочный резистор. Но на некоторой высокой частоте сопротивление емкости становится сравнительно малым и в нее ответвляется заметная часть тока, создаваемого генератором, а ток в резисторе соответственно уменьшается. Следовательно, уменьшаются выходное напряжение и выходная мощность.

Емкость эмиттерного перехода также уменьшает свое сопротивление с повышением частоты, но она всегда шунтирована малым сопротивлением эмиттер-ного перехода и поэтому ее вредное влияние может проявляться только на очень высоких частотах. Практически на менее высоких частотах емкость, которая шунтирована очень большим сопротивлением коллекторного перехода, уже настолько сильно влияет, что работа транзистора, на который могла бы влиять емкость, становится нецелесообразной. Поэтому влияние емкости в большинстве случаев можно не рассматривать.

Второй причиной снижения усиления на более высоких частотах является отставание по фазе переменного тока коллектора от переменного тока эмиттера. Оно вызвано инерционностью процесса перемещения носителей через базу от эмиттерного перехода к коллекторному, а также инерционностью процессов накопления и рассасывания заряда в базе. Носители, например электроны в транзисторе типа n-p-n, совершают в базе диффузионное движение и поэтому скорость их не очень велика. Время пробега носителей через базу в обычных транзисторах получается порядка 10-7с, т. е. 0,1 мкс и менее. Конечно, это время очень небольшое, но при частотах порядка единиц и десятков мегагерц и выше оно вызывает заметный сдвиг фаз между токами коллектора и эмиттера. За счет такого сдвига фаз на высоких частотах возрастает переменный ток базы, а от этого снижается коэффициент усиления по току.

Обозначим коэффициент усиления по току для схемы с общим эмиттером в, а коэффициент усиления по току для схемы с общей базой б.

При повышении частоты в уменьшается значительно сильнее, чем б. Коэффициент б снижается от влияния емкости, а на величину в влияет еще и сдвиг фаз между токами коллектора и эмиттера за счет времени пробега носителей через базу. Схема с общим эмиттером по сравнению со схемой с общей базой обладает значительно худшими частотными свойствами.

Принято считать предельно допустимым уменьшение величин б и в на 30 % по сравнению с их значениями на низких частотах.

Те частоты, на которых получается такое снижение усиления, называют граничными, или предельными, частотами усиления для схем с общей базой и общим эмиттером.

Помимо предельных частот усиления, транзистор характеризуется еще максимальной частотой генерации, при которой коэффициент усиления по мощности каскада снижается до 1.

На высоких частотах происходит не только изменение величин б и в. Вследствие влияния емкостей переходов и времени пробега носителей через базу, а также процессов накопления и рассасывания зарядов в базе собственные параметры транзистора на высоких частотах изменяют свою величину и уже не являются чисто активными сопротивлениями. Изменяются также и все другие параметры.

Более высокие предельные частоты могут быть получены при использовании полупроводников, у которых подвижность носителей выше.

Усилительные свойства транзистора и элементы аналоговой интегральной схемотехники

Санкт-Петербургский Государственный Политехнический Университет

Лабораторная работа №:10

Усилительные свойства транзистора и элементы аналоговой интегральной схемотехники.

·  Цель работы:

Выявить сходные и отличительные черты БТ И ПТ и особенности их использования в усилительных устройствах

·  Объекты исследования:

Биполярные и полевые транзисторы.

Группа: 2094/1

Работу выполнили:  Середкин А.,

     Андросенко Т.

Преподаватель:       Зайцев Э.Ф.

                                                                               Отчет принят:

2008

Часть I

Семейства ВАХ БТ и простейшие каскады усиления на БТ.

1. Измерение малосигнальных Y-параметров БТ.

1.1  Схема измерения параметров y₁₁ и y₂₁:

RL=100 Ом, R3’=100 Ом, Rб=1 кОм.

1.2  Измерение малосигнальных параметров y₁₁ и y_21.

Измерение малосигнальных параметров проводилось при подаче на вход транзистора гармонического колебания на частоте 2-3 кГц, при этом емкость Сбл надежно блокировала по переменному току эмиттерную цепь. Для нахождения y₁₁ и y₂₁ измерили амплитуды U0, U1, U2 напряжений ~u0, ~u1, ~u2, соблюдая условия малости сигнала .

y₁₁===1.8*10^{-3 См}

y₂₁== =0,092 См

1.3 Схема для измерения y₂₂.

1.3  Измерение y₂₂:

Rб=1 кОм обеспечивает замыкание цепи базы по постоянному току. В цепь эмиттера включен измерительный резистор Rэ, значение которого мы выбрали 100 Ом. Измерение проводилось для заданной рабочее точки( Uк=5 В, Iк=4 мА) при подаче на транзистор колебания с амплитудой 2-3 В. Параметр y₂₂ находили по результатам измерения амплитуд напряжений ~u2 и ~u3:

y₂₂===0,085*10^-3

1.4  Схема для измерения y_12:

1.5  Измерение y₁₂:

Измерение проводилось аналогично предыдущему. Измерительный резистор Rб=150 Ом включен в цепь базы.

y₁₂== =3,33*10^{-7 См}

1.6  Оценка y-параметров.

H₂₁=50 U_T=25.5 мВ U_Y=140 В

2. Измерение усилительных параметров простейших каскадов на биполярных транзисторах.

2.1  Схема усилительного каскада с общим эмиттером(См п. 1.1)

2.2  Измерение коэффициентов усиления напряжения, тока и мощности, входного сопротивления.

Измерения проводились при подаче на вход усилителя гармонического колебания на частоте 2-3 кГц.

60

48

K_P=|K_U|*K_I=2880

=2*10^-3*1000/=500 Ом

2.3  Теоретический расчет коэффициентов усиления напряжения, тока и мощности, входного сопротивления.

K_U=y₂₁*R_L=0,1*390=39

K_I=h₂₁=50

K_P=|K_U|*K_I=1950 32.9 дБ

500

2.4  Амплитудная характеристика усилителя по схеме с общим эмиттером.

Измерения проводились на той же частоте. Форма выходных колебаний контролировалась осциллографом. Амплитуда U₁ входного напряжения изменялась от значений, при которых наблюдалось заметные искажения синусоиды на выходе усилителя, до уровня слабого сигнала.

Амплитудная характеристика усилителя по схеме с общим эмиттером.

2.5  Усилительный каскад с общим коллектором.

2.6   Измерение коэффициентов усиления напряжения, тока и мощности, входного сопротивления.

0,95

=14,1

K_P=|K_U|*K_I=13,4 11.2 дБ

=11.5*10^-3*1000/()=5750 Ом

2.7  Амплитудная характеристика U₂=f(U₁) усилителя с общим коллектором.

Амплитудная характеристика U₂=f(U₁) усилителя с общим коллектором

2.8  Измерение выходного сопротивления усилителя с ОК

Выходное сопротивление находилось по результатам измерения выходных напряжений u₂’ и u₂”, соответствующих различным значениям сопротивлений нагрузки R_L’=51 Ом, R_L”= 20 Ом. При этих опытах амплитуду U₁ напряжения ~u₁ поддерживалась на одном уровне (10-20 мВ), а сопротивление R_Б=0.

14,6 Ом

2.9  Теоретический расчет коэффициентов усиления напряжения, тока и мощности, входного и выходного сопротивления.

K’_U=-S*R_L=-0,1*390=-39

0,975

K_I=1+h₂₁=1+50=51

K_P=* K_I=49,7 16,9 дБ

R_ВХ=20 кОм

R_ВЫХ~1/S=10 Ом

Часть II.

Семейства ВАХ характеристик полевых транзисторов. Простейшие каскады усиления на полевых транзисторах. Исследование дифференциальных усилителей.

1. Измерение малосигнальных  Y параметров Полевых транзисторов.

1.1  Измерение параметра y₂₁=S.

Измерение малосигнального параметра y₂₁ проводилось при подаче на вход транзистора гармонического колебания на частоте 2-3 кГц, при этом емкость С_БЛ надежно блокировала по переменному току цепь истока. Нагрузочный резистор R_L=100 Ом обеспечивал режим, близкий к короткому замыканию выхода для любого варианта рабочего тока транзистора.

y₂₁===4,2*10^-3

1.2  Измерение параметра y₂₂.

y₂₂4,5*10^-5

2. Измерение усилительных параметров простейших транзиторных каскадов на полевых транзисторах.

2.1  Усилительный каскад с общим истоком(Схему см. п.1.1 измерение y₂₁ ПТ)

2.2  Измерение Коэффициента усиления напряжения.

=0,42

2.3  Расчет Коэффициента усиления напряжения по формуле.

=0,42

2.4  Амплитудная характеристика U₂=f(U₁) усилителя с ОИ.

2.5  Усилительный каскад с общим стоком.

2.6  Измерение коэффициента усиления напряжения и выходного сопротивления.

K_U=U₂/U₁=0.19/0.3=0.63

R_ВЫХ=218 Ом

2.7  Расчет коэффициента усиления напряжения и выходного сопротивления по формулам.

K’_U=-S*R_L=4,2*10^-3*100=0.42

K_U=0.42/1.42=0.3

R_ВЫХ~1/S=238 Ом

2.8  Сравнение расчетных и измеренных характеристик для усилителей с общим стоком и общим истоком

2.9  Амплитудная характеристика U₂=f(U₁) усилителя с ОС.

3. Исследование дифференциального усилителя при различных способах подачи входного и съема выходного сигналов.

3.1  Дифференциальный каскад на биполярных транзисторах.

3.2  Измерение дифференциального и плечевого коэффициента усиления в режиме подачи сигнала на один вход.

|К_Д|=(U’₂+U”₂)/U₁=(0.32+0.32)/16*10^-3=40

|К_П1|=U’₂/U₁=20

|К_П2|=U”₂/U₁=20

3.3  Теоретический расчет дифференциального и плечевого усилителя.

К_Д=y₂₁*R_L=0,1*390=39

К_П=К_Д/2=19,5

3.4  Измерение дифференциального коэффициента усиления и коэффициента подавления синфазной помехи в режимах противофазного и, соответственно, синфазного возбуждения входов. Вычисление коэффициента ослабления синфазного сигнала.

К_Д=35

К_СФ=0,625

КООС=20lg| К_Д/ К_СФ|=34,9 дБ

Вывод:

В ходе выполнения работы были исследованы усилительные свойства биполярных транзисторов. Нами была выбрана рабочая точка (I_К=4мА;U_К=5В). В этой точке нами были посчитаны малосигнальные параметры для обоих схем включения. При анализе усилительных каскадов С ОЭ и ОК были рассчитаны коэффициенты усиления по напряжению, току и мощности, о так же их входное и выходное сопротивления. Сравнительные результаты расчета и измерения этих величин приведены в таблицах (п. 1.6 и 2.9). Были сняты амплитудные характеристики усилителей и найдены границы областей на которых не наблюдается искажения выходного гармонического сигнала 

Сравнивая результаты измерений характеристик усилителей на БТ можно сделать вывод о различии усилительных свойств схем с ОЭ и ОК, и как следствие применения их для решения различных задач. Так к примеру схема с ОК имеет большое входное сопротивления что может использоваться при согласовании, а схема с ОЭ дает сильное усиление по мощности.

Транзисторы: описание, подключение, схема, характеристики

Транзистор — электронная “кнопка” в цепи питания, которая нажимается не пальцем, а электрическим сигналом, например от контроллера, что позволяет управлять сильным импульсом при помощи слабого.

Содержание

• Назначение
• Биполярные транзисторы
• Полевые транзисторы
• Пример
• Вывод

Назначение транзисторов

Как правило, у транзистора имеется три ноги: для входа, для выхода и для управляющего сигнала.

В DIY-разработках чаще всего используются транзисторы в двух корпусах: ТО-92 для небольших нагрузок и ТО-220 — более крупный и более мощный.

Биполярные транзисторы.

• Коллектор — контакт для мощного положительного тока, которым следует управлять.
• Эмиттер — контакт для “земли” мощного тока, на который открывается или закрывается транзит в зависимости от состояния Базы.
• База — та самая “кнопка”, подавая небольшой ток на которую можно разблокировать связь коллектор-эмиттер, а заземлив его — заблокировать.

Основной характеристикой биполярного транзистора является является коэффициент усиления hfe, соотношение между управляющим током и током нагрузки:

Ice = Ibe * hfe

Давайте рассчитаем, какой ток можно пропустить через типовой транзистор bc337 в корпусе ТО-92. Согласно даташита, коэффициент усиления такого транзистора составляет от 160 до 400, возьмем 300 как разумно-оптимальный. Примем номинал токоограничивающего резистора за 1 кОм, значит на базе получим ток:

Ibe = V/R = 5/1000 = 0.005 А

Вычисляем максимальный управляемый ток при помощи нехитрой формулы:

Ice = 5 мА * 300 = 1500 мА

Ответ: при помощи транзистора bc337 мы (теоретически) можем управлять нагрузкой до 1.5 А. При более высокой нагрузке транзистор откроется не полностью, “лишняя” часть пойдет на нагрев и транзистор быстро сгорит.

К основным характеристикам биполярного транзистора также можно причислить максимальное напряжение коллектор-эмиттер и максимальный ток через коллектор. Для нашего примера bc337 эти параметры, соответственно, 50 В и 0.8 А. Получается, что расчетные 1.5 А мы пропускать через этот транзистор все-таки не сможем, максимум 0.8. Поэтому, перед выбором транзистора, обязательно изучите его характеристики и свойства нагрузки.

Биполярные транзисторы выпускаются в двух разновидностях: NPN и PNP.

Полевые транзисторы

Названия и назначения контактов:

• Сток — для подачи управляемой нагрузки;
• Исток — для заземления, связь с которым открывается или закрывается в зависимости от состояния затвора;
• Затвор — управляющий контакт, подаем напряжение — открываем транзистор, заземляем — закрываем.

• Максимальное напряжение сток-исток;
• Максимальный ток через сток;
• Сопротивление сток-исток;
• Рассеиваемая мощность;

Наиболее известная разновидность полевого транзистора — MOSFET, чаще всего в DIY используются именно они. Особое внимание обратите на транзисторы с буквой L в маркировке, например IRLZ44n, они очень удобны для работы с контроллерами благодаря логическому уровню управления. Это значит, что для полного открытия гарантированно хватит сигнала с пина, обычно это от 2,5 В и выше. Максимальный ток сток-исток таких транзисторов многократно больше, чем у полевых, в случае IRLZ44n это аж 45 А, против 0,8 А у bc337. Поэтому для управления серьезной нагрузкой рекомендуется использовать именно их.

Пример

Можно обойтись и одним пином, для этого подключить второй управляющий контакт через логический инвертор, как пример — микросхему 74HC04, которая превращает ноль в единицу и наоборот. Тогда на пинах всегда будет разноименный сигнал и мотор будет вращаться в ту или другую сторону, в зависимости от подключения и состояния единственного управляющего пина.

Вывод

Некоторые свойства транзистора – для новичков в радиоделе

Все элементы электрической схемы нужны и важны Если схема имеет ненужные элементы, то это, вероятнее всего, плохая схема Но сделать такой вывод можно только после тщательного анализа схемы Мы уже встречали, например, в схеме блока питания диоды, без которых схема будет работать Но рекомендации изготовителя микросхем стабилизаторов, добавивших диоды, полагаю, были результатом анализа возможных причин выхода микросхем из строя

Хотя все компоненты схемы нужны, транзисторы имеют особенный статус Недаром количество моделей транзисторов не умещается ни в один справочник И с каждым годом появляются всё новые и новые модели Производители транзисторов постоянно совершенствуют их, улучшая параметры

Мы ранее рассматривали биполярный транзистор Мы даже рассчитали номиналы сопротивлений в наиболее часто встречающейся схеме включения транзистора Воспользуемся полученными результатами для проведения очередного эксперимента

Рис 51 Испытание транзистора треугольными импульсами напряжения

В программе Multisim из приборов я использую кроме осциллографа ещё и функциональный генератор XFG1 Генератор воспроизводит синусоидальные, прямоугольные и треугольные разнополярные импульсы Мне нужны треугольные, однополярные импульсы Чтобы получить их, я использую постоянную составляющую (offset в настройках свойств генератора) Кроме того, я подбираю амплитуду импульсов и величину резистора R3 такими, чтобы получить нужную мне

«картинку» на экране осциллографа

Виртуальный осциллограф удобен для наблюдения за происходящим в режиме реального времени Но для анализа полученных результатов программа предлагает другое средство – обозреватель графиков, полученных при симуляции схем на экранах приборов

Рис 52 График, полученный на экране осциллографа в Grapher

Преимущество работы с таким графиком в том, что его можно увеличить на весь экран монитора, можно использовать курсоры для получения значений в любой точке кривой

Треугольные импульсы генератора, в данном случае, это линейно нарастающее до заданной величины напряжение, которое также линейно спадает до нуля Как мы знаем, это напряжение вызывает изменение входного тока транзистора, который меняется по закону входного сигнала С изменением тока базы (входным) связано изменение тока коллектора: Iк = B*Iб

Как видно из рисунка, и об этом мы ранее говорили, преобразование входного тока (или напряжения) в выходной (ток коллектора) не совсем линейно Если входное напряжение состоит строго из прямых линий, то выходное напряжение чуть-чуть «кривовато» Если мы хотим использовать каскад усиления на транзисторе  для  масштабного преобразования  входного напряжения, то хотели бы получить закон изменения входного напряжения без искажений То есть, с «кривоватостью» что-то нужно будет сделать Позже мы поговорим об этом

А сейчас вспомним, что проводя опыты с конденсатором и индуктивностью, мы отмечали, что напряжение и ток через них не находятся в фазе (не синфазны) Перенося это понятие на входное и выходное напряжение у транзисторного каскада усиления, мы можем сказать, что они противофазны: когда входное напряжение растёт, выходное спадает и наоборот Позже этот факт мы используем для улучшения свойств усилительного каскада

Заглянув в любой справочник по транзисторам, можно увидеть, что бывают транзисторы низкочастотные, а бывают высокочастотные Что это означает

Проводя наблюдение за усилением транзистором синусоидального, например, напряжения, мы использовали одну частоту генератора Если мы проведём опыт, в котором будем менять частоту, то обнаружим, что начиная с некоторой частоты, усиление каскада на транзисторе будет уменьшаться То есть, транзистор неравномерно усиливает переменное напряжение любой частоты Этот факт относится к частотным свойствам транзистора

Для испытания усилителей на разных частотах иногда используют специальные генераторы с плавно меняющейся частотой Их называют «свип-генераторы» или генераторами качающейся частоты В программе Multisim для цели построения кривой зависимости усиления от частоты используют плоттер Боде

Рис 53 Опыт с плоттером Боде и транзисторным каскадом усиления

Такую же характеристику, её называют АЧХ (амплитудно-частотная характеристика), мы могли бы построить по точкам, делая замеры на выходе при неизменном напряжении на входе на разных частотах На рисунке видно, что усиление до какой-то частоты (на рисунке это 372 кГц) постоянно, но начиная с этой частоты падает Частоту, где усиление начинает падать (точнее спадает на 3 дБ), называют верхней граничной частотой или верхней частотой среза Для разных транзисторов она разная В этом смысле есть транзисторы, у  которых эта частота невелика, их называют низкочастотными, а есть транзисторы, у которых она достаточно большая, высокочастотные На что влияет верхняя граничная частота

Радиосигналы имеют частоту в несколько десятков мегагерц, телевизионные сигналы в несколько сотен мегагерц Каскад усиления, который мы исследовали, на этих частотах не сможет усиливать Кроме того, из математики известно, что функцию, описывающую прямоугольные импульсы, можно разложить в ряд простых функций В радиотехнике используют разложение на функции синуса и косинуса, которые входят в ряд с разными амплитудами и частотами, кратными основной частоте повторения импульсов Такой анализ называют гармоническим Так вот, мы можем рассматривать усиление прямоугольных импульсов, как усиление всех его составляющих За верхней частотой среза составляющие прямоугольного импульса усиливаются хуже, что приводит к искажению формы импульсов

Вместе с тем, мы помним, что на транзисторе рассеивается мощность, выделяясь в виде тепла Если бы транзистор повторял форму входных прямоугольных импульсов, то мощность в крайних состояниях оказывалась бы небольшой Но из-за искажений приходится учитывать мощность, рассеиваемую в моменты перехода, которая оказывается значительно больше

Искажения импульсов прямоугольной формы из-за частотных ограничений может иметь значение и в устройствах, где фронты импульсов производят действия, например, переписывают данные в цифровых устройствах Затянутые фронты усложняют процесс работы с данными

Рис 54 Испытание каскада усиления прямоугольными импульсами частотой 200 кГц

Частота 200 кГц не слишком велика, если учесть, что цифровые микросхемы работают с частотой повторения импульсов в десятки мегагерц И, если даже на такой частоте импульсы перестали быть прямоугольными, то, что с ними будет, если мы решим применить усилитель в цифровом устройстве

Заменив транзистор более высокочастотным, мы получим иную верхнюю частоту среза:

Рис 55 Частотные характеристики транзистора 2N3391

Как  видно  на  рисунке  верхняя  граничная  частота  увеличилась  до  17  МГц  А  прямоугольные импульсы…

Рис 56 Повторение испытания прямоугольными импульсами после замены транзистора

…стали значительно больше похожи на прямоугольные

Источник: Гололобов ВН,- Самоучитель игры на паяльнике (Об электронике для школьников и не только), – Москва 2012

Характеристики транзистора — входные, выходные и токопроводящие характеристики

Конфигурация транзистора

Любой тип транзисторной схемы может быть разработан с использованием трех вышеупомянутых характеристик транзистора. Конфигурация транзисторов основана на выводах транзисторов. Существует три типа конфигурации схемы транзистора, а именно:

Каждая конфигурация схемы имеет свою характеристическую кривую. Исходя из требований схемы, выбирается соответствующая конфигурация транзистора.

Несколько вещей необходимо учитывать при использовании правильного транзистора для схемы. Это максимальное номинальное напряжение между эмиттером и коллектором (UCEmax), максимальная мощность для построения цепи и максимальный ток коллектора (ICEmax). Электрическая цепь не должна превышать эти максимальные значения для правильной работы. При превышении указанного значения может произойти необратимое повреждение цепи. Также важно поддерживать правильное усиление тока и частоту.

Конфигурация с общим эмиттером

В такой конфигурации эмиттер используется как общая клемма для входа и выхода.Он работает как схема инвертирующего усилителя. В этом случае вход применяется в области база-эмиттер, а выход получается между выводами коллектора и эмиттера.

В данном случае

VBE — входное напряжение,

IB — входной ток,

VCE — выходное напряжение и

IC — выходной ток.

Конфигурация с общим эмиттером обычно основана на транзисторных усилителях. В этом случае ток эмиттера эквивалентен сумме тока базы и тока коллектора.

Следовательно,

IE = IC + IB

(изображение будет загружено в ближайшее время)

Это уравнение является уравнением транзистора для конфигурации CE. Отношение тока коллектора к току эмиттера дает коэффициент усиления по току альфа в конфигурации с общей базой. Точно так же отношение тока коллектора к току базы дает коэффициент усиления по току бета в конфигурации с общим эмиттером.

Соотношение между двумя коэффициентами усиления по току:

Коэффициент усиления по току (α) = IC / IE

Коэффициент усиления по току (β) = IC / IB

Ток коллектора IC = αIE = βIB

В этой конфигурации используется один из трех схемы конфигурации.Он имеет средние входные и выходные значения импеданса. Он также имеет средний коэффициент усиления по току и напряжению. Выходной сигнал этой конфигурации имеет фазовый сдвиг 180 °, что означает, что вход и выход обратно пропорциональны друг другу.

(изображение будет загружено в ближайшее время)

Входные и выходные характеристики конфигурации с общим эмиттером

1. Входные характеристики транзистора

Входная характеристика транзистора получается между входным током IB и входным напряжением VB посредством имеющий постоянное выходное напряжение VCE.Поддерживая постоянное выходное напряжение VCE и изменяя входное напряжение VBE в разных точках, мы можем проверить значения входного тока в каждой из точек. Теперь, используя значения, полученные из разных точек, строят график, отображая значения IB и VBE при постоянном VCE.

Rin = VBE / IB (при постоянном VCE)

Это уравнение, необходимое для расчета входного сопротивления Rin.

(изображение будет загружено в ближайшее время)

2. Выходные характеристики

Выходная характеристика общего эмиттера получается между выходным напряжением VCE и выходным током IC при постоянном входном токе IB.Сохраняя постоянный базовый ток IB и изменяя значение выходного напряжения VCE в разных точках, мы можем вычислить значение IC коллектора для каждой точки. Теперь, если мы построим график между IC и VCE, мы получим выходные характеристики общей конфигурации эмиттера.

Rout = VCE / IC (при постоянном IB)

Это уравнение для расчета выходного сопротивления.

(изображение будет загружено в ближайшее время)

Что такое транзистор, его функции и характеристики [видео]

Теплые советы: Слово в этой статье составляет около 3200 слов, а время чтения составляет около 15 минут.

В этой статье в основном будет рассказано, что такое транзистор , а также его подробные характеристики и функции. Транзистор — это своего рода твердое полупроводниковое устройство, которое выполняет множество функций, таких как обнаружение, выпрямление, усиление, переключение, стабилизация напряжения, модуляция сигнала и так далее. В качестве переключателя переменного тока транзистор может управлять выходным током в зависимости от входного напряжения.

В отличие от обычных механических переключателей (таких как реле и переключатели), транзисторы используют телекоммуникационные сигналы для управления своим включением и выключением, а скорость переключения может быть очень высокой, которая может достигать более 100 ГГц в лаборатории. В 2016 году команда из Национальной лаборатории Лоуренса в Беркли преодолела физический предел и сократила самый сложный из доступных транзисторных процессов с 14 нм до 1 нм, сделав прорыв в вычислительных технологиях.

Что такое транзистор? Определение, функции и использование

Транзисторы — это полупроводниковые устройства, которые обычно используются в усилителях или электрически управляемых переключателях.Транзисторы являются основным строительным блоком, регулирующим работу компьютеров, мобильных телефонов и всех других современных электронных схем.

Благодаря их высокому отклику и высокой точности транзисторы могут использоваться для широкого спектра цифровых и аналоговых функций, включая усилители, переключатели, стабилизаторы напряжения, модуляцию сигнала и генераторы. Транзисторы могут быть упакованы независимо или на очень небольшой площади, вмещая часть 100 миллионов или более транзисторных интегральных схем.

(транзисторная технология Intel 3D)

Строго говоря, под транзисторами понимаются все отдельные элементы на основе полупроводниковых материалов, включая диоды, транзисторы, полевые транзисторы, тиристоры и т. Д., Изготовленные из различных полупроводниковых материалов. Транзисторы в основном относятся к кристаллическим триодам.

делятся на две основные категории: биполярные транзисторы (BJT ) и полевые транзисторы (FET) .

Структура транзистора

Транзистор имеет три полюса: три полюса биполярного транзистора состоят из N-типа и P-типа соответственно: эмиттер, база и коллектор ; Три полюса полевого транзистора : Source, Gate, Drain .

Из-за трех полярностей транзистора их также можно использовать тремя способами: заземленный эмиттер (также называемый общим усилителем эмиссии / конфигурацией CE), заземленная база (также называемая конфигурацией усилителя общей базы / CB) и заземленный коллектор (также называется общим набором усилителя / конфигурации CC / эмиттерного соединителя).

В декабре 1947 года группа компаний Belle Labs, Shockley, Barding и Bratton разработала германиевый транзистор с точечным контактом, появление которого было главным изобретением в 20 веке и предшественником Революция в микроэлектронике. С появлением транзисторов люди смогли использовать небольшое маломощное электронное устройство вместо трубки с большим объемом и большим потреблением энергии. Изобретение транзистора послужило толчком к рождению интегральной схемы.

В начале 1910-х годов в системах связи начали использовать полупроводники. В начале 1910-х годов в системах связи начали использовать полупроводники. В первой половине 20 века рудные радиоприемники были широко популярны среди радиолюбителей. Они используются для обнаружения с помощью таких полупроводников. Электрические свойства полупроводников также применяются в телефонных системах.

В феврале 1939 года лаборатория Белла делает великое открытие — кремниевый PN переход.В 1942 году студент по имени Сеймур Бензер из исследовательской группы Университета Пердью под руководством Ларка Горовица обнаружил, что монокристаллы германия обладают превосходными выпрямляющими свойствами, которых нет у других полупроводников. Эти два открытия соответствовали требованиям правительства США и заложили основу для последующего изобретения транзисторов.

• 2.2 Точечно-контактные транзисторы

В 1945 году точечный транзистор, изобретенный Шокли и другими учеными, стал предвестником революции в области микроэлектроники человека.По этой причине Шокли подал заявку на патент на первый транзистор для Bell. Наконец, он получил разрешение на первый патент на транзистор.

• 2.3 Биполярные и униполярные транзисторы

В 1952 году Шокли предложил концепцию униполярного переходного транзистора на основе биполярного транзистора в 1952 году, который сегодня называется переходным транзистором. Его структура аналогична структуре биполярного транзистора PNP или NPN , но на границе раздела материала PN имеется обедненный слой, образующий выпрямительный контакт между затвором и проводящим каналом исток-сток.В то же время полупроводник на обоих концах используется в качестве затвора. Ток между истоком и стоком регулируется затвором.

Подробное описание того, как работает биполярный переходной транзистор NPN и что он делает

Fairy Semiconductor, производящая транзисторы, выросла из компании, состоящей из нескольких человек, в большую компанию с 12 000 сотрудников.

После изобретения кремниевых транзисторов в 1954 году большие перспективы применения транзисторов становились все более очевидными.Следующая цель ученых — еще более эффективно соединять транзисторы, провода и другие устройства.

• 2.6 Полевой транзистор (FET) и МОП-транзистор

В 1962 году Стэнли, Хейман и Хофштейн, которые работали в исследовательской группе интеграции устройств RCA, обнаружили, что транзисторы, МОП-транзисторы, могут быть сконструированы путем диффузии и термического окисления проводящих полос, каналов с высоким сопротивлением и оксидных изоляторов на подложках Si.

В начале основания Intel компания по-прежнему фокусировалась на планках памяти.Хофф объединил все функции центрального процессора на одном кристалле, а также память. И это первый в мире микропроцессор —- 4004 (1971 г.). Рождение 4004 года знаменует начало целой эпохи. С тех пор Intel стала неконтролируемой и доминирующей в области исследований микропроцессоров.

В 1989 году Intel представила 80486 процессоров. В 1993 году Intel разработала новое поколение процессоров. А в 1995 году Intel выпустила Pentium_Pro. Процессор Pentium II выпущен в 1997 году. В 1999 году выпущен процессор Pentium III, а процессор Pentium 4 выпущен в 2000 году.

  Прочтите о PN-переходе, прямом смещении, обратном смещении и слое истощения.