Биполярный транзистор
Биполярный транзистор обладает двумя переходами: p-n-p или n-p-n. Принципиальное различие между ними – направление течения тока.
Коллектор и эмиттер, обладающие одинаковой проводимостью (в n-p-n транзисторе n-проводимостью), разделены базой, которая обладает p-проводимостью. Если даже эмиттер подключен к источнику питания, ему не пробиться напрямую в коллектор. Для этого необходимо подать ток на базу.
В таком случае электроны из эмиттера заполняют «дырки» последней. Но так как база слабо легирована, то и дырок в ней мало. Поэтому большая часть электронов переходит в коллектор и они начинают свое движение по цепи. Ток коллектора практически равен току эмиттера, ведь на базу приходится очень маленькое его значение.
Чтобы нагляднее себе это представить, можно воспользоваться аналогией с водопроводной трубой. Для управления количеством воды нужен вентиль (транзистор). Если приложить к нему небольшое усилие, он увеличит свое проходное сечение трубы и через него начнет проходить больше воды.
Основные особенности транзистора Дарлингтона
Основное достоинство составного транзистора это большой коэффициент усиления по току.
Следует вспомнить один из основных параметров биполярного транзистора. Это коэффициент усиления (h21). Он ещё обозначается буквой β («бета») греческого алфавита. Он всегда больше или равен 1. Если коэффициент усиления первого транзистора равен 120, а второго 60 то коэффициент усиления составного уже равен произведению этих величин, то есть 7200, а это очень даже неплохо. В результате достаточно очень небольшого тока базы, чтобы транзистор открылся.
Инженер Шиклаи (Sziklai) несколько видоизменил соединение Дарлингтона и получил транзистор, который назвали комплементарный транзистор Дарлингтона. Вспомним, что комплементарной парой называют два элемента с абсолютно одинаковыми электрическими параметрами, но разной проводимости. Такой парой в своё время были КТ315 и КТ361. В отличие от транзистора Дарлингтона, составной транзистор по схеме Шиклаи собран из биполярных разной проводимости: p-n-p и n-p-n. Вот пример составного транзистора по схеме Шиклаи, который работает как транзистор с n-p-n проводимостью, хотя и состоит из двух различной структуры.
схема Шиклаи
К недостаткам составных транзисторов следует отнести невысокое быстродействие, поэтому они нашли широкое применение только в низкочастотных схемах. Такие транзисторы прекрасно зарекомендовали себя в выходных каскадах мощных усилителей низкой частоты, в схемах управления электродвигателями, в коммутаторах электронных схем зажигания автомобилей.
Хорошо зарекомендовал себя для работы в электронных схемах зажигания мощный n-p-n транзистор Дарлингтона BU931.
Основные электрические параметры:
-
Напряжение коллектор – эмиттер 500 V;
-
Напряжение эмиттер – база 5 V;
-
Ток коллектора – 15 А;
-
Ток коллектора максимальный – 30 А;
-
Мощность рассеивания при 250С – 135 W;
-
Температура кристалла (перехода) – 1750С.
На принципиальных схемах нет какого-либо специального значка-символа для обозначения составных транзисторов. В подавляющем большинстве случаев он обозначается на схеме как обычный транзистор. Хотя бывают и исключения. Вот одно из его возможных обозначений на принципиальной схеме.
Напомню, что сборка Дарлингтона может иметь как p-n-p структуру, так n-p-n. В связи с этим, производители электронных компонентов выпускают комплементарные пары. К таким можно отнести серии TIP120-127 и MJ11028-33. Так, например, транзисторы TIP120, TIP121, TIP122 имеют структуру n-p-n, а TIP125, TIP126, TIP127 — p-n-p.
Также на принципиальных схемах можно встретить и вот такое обозначение.
История появления транзисторов
На заре прошлых веков конца 19 века ученые физики и практики (Гутри, Браун, Эдисон, Боус, Пикард, Флеминг) разных стран совершили принципиальное открытие и получили патенты на «детектор», «выпрямитель» — так тогда называли диод. Вслед за диодом последовало эпохальное открытие транзистора. Перечисление имен ученых разных стран, приложивших голову и руки к открытию транзистора, заняло бы много строк.
Основными теоретиками считаются Шокли, работавший в Bell Telephone Laboratories, а также его коллеги Бардин и Браттейн.
Слева направо: Шокли, Бардин и Браттейн
В итоге их работ, в 1947 году, получен первый образец работающего точечного германиевого транзистора, и на его основе, в том же году, был разработан первый усилитель, имевший коэффициент усиления 20 дБ (в 10 раз) на частоте 10 Мгц.
Серийный выпуск точечных транзисторов фирмой Western Electric начался в 1951 году и достиг около 10 000 штук в месяц в 1952 году. В СССР первый точечный транзистор был создан в 1949 г. Серийный выпуск точечных транзисторов был налажен в 1952 году, а плоскостных — в 1955 году. Затем последовали следующие открытия в теории и технологиях: транзисторы на выращенных переходах (1950 г.), сплавные транзисторы (1952 г.), диффузные мета-транзисторы (1958 г.), планарные транзисторы (1960 г.), эпитаксиальные транзисторы (1963 г.), многоэмиттерные транзисторы (1965 г.) и т. д.
Как же появился среди них наш герой — транзистор Дарлингтона (далее по тексту ТД)? Дарлингтон (англ. Darlingtone) — город в в Великобритании. Однако и люди могут иметь фамилии по имени городов или наоборот. Таким является сотрудник все той же фирмы Bell — Сидни Дарлингтон
Сидни Дарлингтон
Практика работы составного транзистора
На рис. 3 показаны три варианта построения выходного каскада (эмиттерный повторитель). При подборе транзисторов надо стремится к b1~b2 и b3~b4 . Различие можно компенсировать за счёт подбора пар по равенству коэффициентов усиления СТ b13~b24 (см. табл. 1).
- Схема на рис. 3а имеет наибольшее входное сопротивление, но это худшая из приведённых схем: требует изоляцию фланцев мощных транзисторов (или раздельные радиаторы) и обеспечивает наименьший размах напряжения, поскольку между базами СТ должно падать ~2 В, в противном случае сильно проявятся искажения типа «ступенька».
- Схема на рис. 3б досталась в наследство с тех времён, когда ещё не выпускались комплементарные пары мощных транзисторов. Единственный плюс по сравнению с предыдущим вариантом – меньшее падение напряжения ~1,8 В и больше размах без искажений.
- Схема на рис. 3в наглядно демонстрирует преимущества СТШ: между базами СТ падает минимум напряжения, а мощные транзисторы можно посадить на общий радиатор без изоляционных прокладок.
На рис. 4 показаны два параметрических стабилизатора. Выходное напряжение для варианта с СТД равно:
Поскольку Uбэ гуляет в зависимости от температуры и коллекторного тока, то у схемы с СТД разброс выходного напряжения будет больше, а потому вариант с СТШ предпочтительней.
Рис. 3. Варианты выходных эмиттерных повторителей на СТ
Рис. 4. Применение СТ в качестве регулятора в линейном стабилизаторе
Для коммутации электромеханических приводов и, тем более, в импульсных схемах следует использовать готовые СТ с нормированными параметрами включения и выключения, паразитными ёмкостями. Типичный пример – широко распространённые импортные комплементарные СТД серии TIP12х.
Виды транзисторов
В первых транзисторах применялся германий, который работал не совсем стабильно. Со временем от него отказалось в пользу других материалов: кремния (самый распространённый) и арсенида галлия. Но все это традиционные полупроводники.
В настоящее время начинают набирать популярность триоды на основе органических материалов и даже веществ биологического происхождения: протеинов, пептидов, молекул хлорофилла и целых вирусов. Биотранзисторы используются в медицине и биотехнике.
Другие классификации транзисторов:
- По мощности подразделяются на маломощные (до 0,1 Вт), средней мощности (от 0,1 до 1 Вт) и просто мощные (свыше 1 Вт).
- Также разделяются по материалу корпуса (металл или пластмасса), типу исполнения (в корпусе, бескорпусные, в составе интегральных схем).
- Нередко их объединяют друг с другом для улучшения характеристик. Такие транзисторы называются составными или комбинированными и могут состоять из двух и более полупроводниковых приборов. Строение и у них простое: эмиттер первого является базой для второго и так далее до необходимого количества триодов. Бывает нескольких типов: Дарлинга (все составляющие с одинаковым типом проводимости), Шиклаи (тип проводимости разный), каскодный усилитель (два прибора, работающие как один с подключением по схеме с общим эмиттером).
- К составным относится также и IGBT-транзистор, представляющий собой биполярный, который управляется при помощи полярного триода с изолированным затвором. Такой тип полупроводниковых приборов применяется в основном там, где нужно управлять большим током (сварочные аппараты, городские электросети) или электромеханическими приводами (электротранспорт).
- В качестве управления может применяться не ток, а другое электромагнитное воздействие. К примеру, в фототранзисторах в качестве базы используется чувствительный фотоэлемент, а в магнитотранзисторах – материал, индуцирующий ток при воздействии на него магнитного поля.
Технологический предел для транзисторов еще не достигнут. Их размеры уменьшаются с каждым голом, а различные научно-исследовательские институты ведут поиск новых материалов для использования в качестве полупроводника. Можно сказать, что эти полупроводниковые приборы еще не сказали миру своего последнего слова.
Принцип действия
Физический принцип транзистора NPN
Мы возьмем случай типа NPN, для которого напряжения V BE и V CE , а также ток, входящий в базу, I B , положительны.
В этом типе транзистора эмиттер, подключенный к первой зоне N, поляризован при более низком напряжении, чем у базы, подключенной к зоне P. Таким образом, диод эмиттер / база поляризован напрямую, и ток ( электрон инжекция ) течет от эмиттера к базе.
При нормальной работе переход база-коллектор имеет обратное смещение, что означает, что потенциал коллектора намного выше, чем у базы. Электроны, которые по большей части разлетелись до зоны поля этого перехода, собираются контактом коллектора.
Простая модель транзистора в линейном режиме
В идеале весь ток, идущий от эмиттера, попадает в коллектор. Этот ток является экспоненциальной функцией напряжения база-эмиттер. Очень небольшое изменение напряжения вызывает большое изменение тока (крутизна биполярного транзистора намного больше, чем у полевых транзисторов ).
Ток базы циркулирующей отверстия к передатчику добавляют к рекомбинации тока электронов нейтрализуются в отверстие в основании является базовым током I Б , примерно пропорциональна тока коллектора I C . Эта пропорциональность создает иллюзию того, что ток базы управляет током коллектора. Для данной модели транзистора механизмы рекомбинации технологически сложно освоить, и коэффициент усиления I C ⁄ I B может быть сертифицирован только выше определенного значения (например, 100 или 1000). Электронные сборки должны учитывать эту неопределенность (см. Ниже).
Когда напряжение база-коллектор достаточно положительное, почти все электроны собираются, и ток коллектора не зависит от этого напряжения; это линейная зона. В противном случае электроны остаются в базе, рекомбинируют, и коэффициент усиления падает; это зона насыщения.
Возможны два других менее частых режима, а именно открытый режим, где поляризация двух переходов, видимых как диоды, препятствует прохождению тока, и активно-инвертированный режим, при котором коллектор и эмиттер меняются местами в «n». плохое состояние. Поскольку конструкция транзистора не оптимизирована для последнего режима, он используется редко.
Принципы дизайна
На первый взгляд биполярный транзистор кажется симметричным устройством, но на практике размеры и легирование трех частей сильно различаются и не позволяют поменять местами эмиттер и коллектор. Принцип работы биполярного транзистора фактически основан на его геометрии, на различии легирования между его различными областями или даже на наличии гетероперехода .
- Ток через отверстия от базы к эмиттеру должен быть незначительным по сравнению с током электронов от эмиттера. Это может быть достигнуто за счет очень сильного легирования эмиттера по сравнению с легированием основы. Гетеропереход также может полностью блокировать дырочный ток и допускать высокое легирование основания.
- Рекомбинация электронов (меньшинство) в базе, богатой дырками, должна оставаться низкой (менее 1% для усиления 100). Для этого необходимо, чтобы основание было очень тонким.
- Площадь коллектора часто больше, чем площадь эмиттера, чтобы гарантировать, что путь сбора остается коротким (перпендикулярным переходам).
Модель для элементарных расчетов.
Доступно несколько моделей для определения рабочего режима транзистора с биполярным переходом, например, модель Эберса-Молла, показанная ниже.
Иногда достаточно упрощенной модели. Таким образом, для NPN-транзистора, если V BC , напряжение между базой и коллектором, меньше 0,4 В, а V BE меньше 0,5 В , транзистор заблокирован и токи равны нулю. С другой стороны, если V BC <0,4 В и V CE > 0,3 В , где V CE — напряжение между коллектором и эмиттером, мы находимся в активном или линейном режиме, с I c = β I b и V BE = 0,7 В для перехода база-эмиттер, который ведет себя как диод. С другой стороны, если при V BE = 0,7 В и V BC = 0,5 В мы не можем иметь V CE > 0,3 В , возьмем V CE = 0,2 В, потому что мы находимся в режиме насыщения и соотношение I c = β I b no дольше держит. Очевидно, что вместо этих упрощений можно использовать модель Эберса-Молла.
Модель Эберса-Молла
Модель транзистора Эберса-Молла в линейном режиме работы
Модель Эберса-Молла является результатом суперпозиции прямой и обратной мод .
Он заключается в моделировании транзистора источником тока, помещенным между коллектором и эмиттером.
Этот источник тока состоит из двух компонентов, управляемых соответственно переходом BE и переходом BC.
Поведение двух переходов моделируется диодами.
Графические иллюстрации характеристик
Рис. 1. Зависимость времени задержки td и времени нарастания импульса tr от коллекторной нагрузки IC.
Характеристика снята при напряжении питания UCC = 125 В, температуре п/п структуры Tj = 25°C, и соотношении токов IC / IB = 5.
При измерении времени задержки td установлено напряжение смещения UBE(OFF) = 5 В.
Рис. 2. Зависимость времени сохранения ts и времени спадания импульса tf от величины коллекторной нагрузки IC.
Характеристика снята при напряжении питания UCC = 125 В, температуре п/п структуры Tj = 25°C, и соотношении токов IC / IB = 5.
Рис. 3. Зависимость статического коэффициента усиления hFE транзистора в схеме с общим эмиттером от величины коллекторной нагрузки IC.
Зависимость снята для различных значений температуры структуры Tj и напряжений коллектор-эмиттер UCE.
Рис. 4. Изменение падения напряжения на транзисторе UCE при изменении управляющего тока базы IB. Зависимости сняты при различных нагрузках IC и температуре структуры Tj = 25°C.
Рис. 5. Изменение напряжения насыщения на базовом переходе UBE(sat) при разных нагрузках IC и разных температурах структуры Tj. Соотношение токов IC / IB = 3.
Пунктиром показано изменение напряжения включения UBE(ON) при напряжении на коллекторе UCE = 2 В.
Рис. 6. Зависимость напряжения насыщения коллектор-эмиттер UCE(sat) от коллекторного тока IC при различных температурах и соотношении токов IC/ IB = 3.
Рис. 7. Область выключения транзистора. Зависимость коллекторного тока IC от напряжения база-эмиттер UBE.
Характеристика снята при разных температурах Tj структуры и напряжении коллектор-эмиттер UCE = 250 В.
FORWARD – напряжение база-эмиттер приложено в прямом направлении.
REVERS — напряжение база-эмиттер приложено в обратном направлении.
Рис. 8. Зависимости входной емкости Cib перехода эмиттер-база и выходной емкости Cob коллекторного перехода от величины обратного приложенного напряжения. Температура структуры Tj= 25°С.
Рис. 9. Область безопасной работы транзистора при резистивной нагрузке.
Предельные токи ограничены: значением максимального постоянного тока IC = 1,5 А и максимального импульсного тока ICM = 3,0 А.
При этих значениях тока разрушаются паяные соединения подводящих проводов со слоями п/п структуры. Показано штрихпунктирной линией.
Предельные напряжения ограничены максимальным рабочим напряжением UCEO(SUS) = 400 В.
Общее тепловое разрушение структуры наступает при превышении ограничений по току и напряжений, показанных пунктирной линией.
Сплошная линия обозначает ограничения, связанные с вторичным необратимым пробоем п/п структуры транзистора. Во всех режимах работы линии нагрузки транзистора (зависимости IC от напряжения коллектор-эмиттер UCE) не должны превышать обозначенных ограничений.
Рис. 10. Ограничение величины рассеиваемой мощности (нагрузки) транзистора при возрастании температуры окружающей среды Ta.
Характеристика снята для условий работы на резистивную нагрузку.
Рис. 11. Область безопасной работы транзистора с обратным смещением для случая с введенными ограничениями перенапряжений.
Предельное ограничение по напряжению (перенапряжению) UCLAMP = 700 В.
Величины напряжений обратного смещения UBE(OFF) соответственно 9 В, 5 В, 3 В и 1,5 В.
Характеристики построены для температуры структуры в пределах 100°С и при токе базы IB1 = 1 А.
Такая ОБР с обратным смещением характерна для схем работы транзистора на индуктивную нагрузку.
В этих режимах работы, линии нагрузки транзистора (зависимости IC от напряжения коллектор-эмиттер UCE) не должны превышать обозначенных ОБР ограничений.
Аналоги тиристора КУ 202
Зарубежными аналогами тиристора КУ202Н являются ВТХ32S100, H20T15CN, 1N4202. Зарубежные производители не выпускают устройств таких же геометрических размеров, что и КУ202Н, поэтому нужно будет изменить место под монтаж устройства. Следует также учитывать, что их параметры могут незначительно отличаться от рассматриваемого тиристора, например, средний ток может быть равен 7,5 А.
Кроме иностранных устройств можно использовать российский аналог — Т112-10. Как и КУ202Н он имеет металлический корпус и анодный выход под резьбу. Однако его размеры меньше, поэтому монтажное место все равно придется изменить.
Цветовая и цифровая маркировка
Транзисторы, как и другие радиокомпоненты, маркируют с помощью цветового кода. Цветовой код состоит из изображения геометрических фигур (треугольников, квадратов, прямоугольников и др.), цветных точек и латинских букв.
Код наносится на плоских частях, крышке и других местах транзистора. По нему можно узнать тип транзистора, месяц и год изготовления. Места маркировки и расшифровка цветовых кодов некоторых типов транзисторов приведены на рис. 2…3 и в табл. 1…4. Практикуется также маркировка некоторых типов транзисторов цифровым кодом (табл. 4).
Таблица 1. Цветовая и кодовая маркировки маломощных среднечастотных и высокочастотных транзисторов.
| Тип транзистора | Группы транзисторов | Месяц выпуска | Год выпуска | ||||
| Обозначение | Маркировка | Обозначение | Маркировка | Обозначение | Маркировка | Обозначение | Маркировка |
| ян в. | бежевая | ||||||
| А | розовая | фев. | синяя | 1977 | бежевая | ||
| Б | желтая | март | зеленая | 1978 | еалатовая | ||
| В | синяя | апр. | красная | 1979 | оранжевая | ||
| Г | бежевая | май | еалатовая | 1980 | электрик | ||
| Д | оранжевая | июнь | серая | 1981 | бирюзовая | ||
| КТ3107 | голубая | Е | электрик | июль | коричневая | 1982 | белая |
| Ж | еалатовая | авг. | оранжевая | 1983 | красная | ||
| И | зеленая | сент. | электрик | 1984 | коричневая | ||
| К | красная | окт. | белая | 1985 | зеленая | ||
| Л | серая | ноябр. | желтая | 1986 | голубая | ||
| декаб. | голубая |
Таблица 2. Цветовая маркировка транзистора КТ3107 .
Рис. 2. Места цветовой и кодовой маркировки маломощных среднечастотных и высокочастотных транзисторов в корпусе КТ-26 (ТО-92).
Рис. 3. Места цветовой маркировки транзистора КТ3107 в корпусе КТ-26 (ТО-92).
Рис. 4. Места кодовой маркировки транзисторов в корпусе КТ-27 (ТО-126).
Таблица 3. Цветовая и кодовая маркировки транзисторов.
| Код | Тип |
| 4 | КТ814 |
| 5 | КТ815 |
| 6 | КТ816 |
| 7 | КТ817 |
| 8 | КТ683 |
| 9 | КТ9115 |
| 12 | К.У112 |
| 40 | КТ940 |
| Год выпуска | Код | Месяц выпуска | Код |
| 1986 | и | Январь | 1 |
| 1987 | V | Февраль | 2 |
| 1988 | W | Март | 3 |
| 1989 | X | Апрель | 4 |
| 1990 | А | Май | 5 |
| 1991 | В | Июнь | 6 |
| 1992 | С | Июль | 7 |
| 1993 | D | Август | 8 |
| 1994 | Е | Сентябрь | 9 |
| 1995 | F | Октябрь | |
| 1996 | Н | Ноябрь | N |
| 1997 | 1 | Декабрь | D |
| 1998 | К | — | — |
| 1999 | L | — | — |
| 2000 | М | — | — |
Таблица 4. Кодовая маркировка мощных транзисторов.
Литература: В.М. Пестриков. Энциклопедия радиолюбителя.
Справка об аналогах биполярного высокочастотного pnp транзистора 2N5401.
Эта страница содержит информацию об аналогах биполярного высокочастотного pnp транзистора 2N5401 .
Перед заменой транзистора на аналогичный, !ОБЯЗАТЕЛЬНО! сравните параметры оригинального транзистора и предлагаемого на странице аналога. Решение о замене принимайте после сравнения характеристик, с учетом конкретной схемы применения и режима работы прибора.
Можно попробовать заменить транзистор 2N5401 транзистором 2N5400; транзистором BF491; транзистором ECG288; транзистором КТ502Е; транзистором MPSA92; транзистором MPSA93; транзистором MPSL51;
транзистором MPSL51; транзистором 2SB646; транзистором 2SB646A; транзистором 2SA637; транзистором 2SB647; транзистором 2SB647A; транзистором 2SA638; транзистором 2SA639; транзистором BC526A; транзистором BC404VI;
Проверка в схеме
Иногда требуется проверка тиристора, без выпаивания его из схемы. Для этого необходимо отключить управляющий электрод. После этого к аноду и катоду подключается мультиметр в режиме измерения постоянного напряжения.
Вторым тестером подключаются к аноду и управляющему электроду тиристора. Второй прибор должен находиться в режиме омметра.
Если измерительные щупы подсоединены правильно, то показания первого тестера будут лежать в пределах нескольких десятков милливольт.
Если нет, то щупы нужно поменять местами и все повторить. Перед измерениями нужно убедиться, что плата и весь прибор обесточен.
Необычный способ
Есть еще один вариант проверки тиристора мультиметром, без прозвона. Но в этом случае прибор должен быть маломощным, с малым током удержания.
Для проверки используется разъем проверки транзисторов. Обычно он располагается ниже переключателя и представляет собой круглый разъем в диаметре примерно 1 см.
На нем должны быть следующие обозначения: В – означает база транзистора, С – коллектор, Е – эмиттер.
Если тринистор открывается положительным напряжением, то управляющий вывод надо подключить к базе, анод с катодом к коллектору и эмиттеру соответственно.
Так как тестер при проверке транзистора измеряет коэффициент усиления, то и в этом случае он выдаст какие-то значения, которые будут неверные
Но это не важно, главное убедиться в исправности тринистора
Проверка биполярных типов
Ниже схема проверки npn, pnp транзисторов тестером, после нее распишем процедуру по пунктам.
Биполярный транзистор снабжен p-n линиями — условно, это диоды, а точнее, 2 таковых расположенных встречно, точка их пересечения — «база».
Один условный диод сконструирован контактами базы/коллект., иной — базы/эмит. Для анализа хватит посмотреть сопр. (прямо и обратно) указанных участков: если там нет неполадок, то деталь без изъянов.
Проверка своими руками без выпаивания биполярного pnp, npn транзистора предполагает прозвонку 3 комбинаций ножек:
Вариант p-n-p
Структуры (типы) показывает стрелка эмит. участка: p-n-p/n-p-n (к базе/от нее). Начнем с проверки первого варианта. Раскрываем p-n-p деталь подачей на базу минусового напряжения. На мультиметре селектор ставим на замеры Ом на отметку «2000», допускается также выставлять на «прозвонку».
Жила «−» (черная) — на ножку базы. Плюс (красная) — поочередно к коллект., эмит. Если участки не поврежденные, то отобразят около 500–1200 Ом.
Дальше опишем, как прозвонить обратное сопр.: «+» – на базу, «−» — на колл. и эмит. Должно отобразиться высокое сопр. на обоих p-n участках. У нас появилась «1», то есть для выставленной рамки в «2000» значение превышает 2000. Значит, 2 перехода без обрывов, изделие исправное.
Аналогично, как описано, можно прозвонить на исправность транзистор, не выпаивая из схемы. Реже есть сборки, где к переходам применено основательное шунтирование, например, резисторами. Тогда, если отобразится слишком низкое сопр., потребуется выпаивать деталь.
Элементы n-p-n проверяются аналогично, только на базу от тестера идет щуп «+».
Признаки неисправности
Если сопр. (прямое и обратное) одного из участков (p-n) стремится к бесконечности, то есть на отметке «2000» и выше на дисплее «1», значит, данный участок имеет обрыв, транзистор не годный. Если же «0» — изделие также с изъяном, пробит участок. Прямое сопр. там должно быть 500–1200 Ом.
Статические характеристики биполярного транзистора
Эти характеристики показывают графическую зависимость между токами и напряжениями транзистора и могут применяться для определения некоторых его параметров, необходимых для расчета транзисторных схем. Наибольшее применение получили статические входные и выходные характеристики.
Рис. 10 — Входные характеристики германиевого транзистора типа р-n-р в схемах с ОБ (а) и ОЭ (б)
Входные статические характеристики представляют собой вольтамперные характеристики эмиттерного электронно-дырочного перехода (ЭДП). Если транзистор включен по схеме с общей базой, то это будет зависимость тока эмиттера от напряжения на эмиттерном переходе (рис. 10, а). При отсутствии коллекторного напряжения ( = 0) входная характеристика представляет собой прямую ветвь вольтамперной характеристики эмиттерного ЭДП, подобную ВАХ диода. Если на коллектор подать некоторое напряжение, смещающее его в обратном направлении, то коллекторный ЭДП расширится и толщина базы вследствие этого уменьшится. В результате уменьшится и сопротивление базы эмиттерному току, что приведет к увеличению эмиттерного тока, то есть характеристика пройдет выше.
При включении транзистора по схеме с общим эмиттером входной характеристикой будет графическая зависимость тока базы от напряжения на эмиттерном переходе . Так как эмиттерный переход и при таком включении остается смещенным в прямом направлении, то входная характеристика будет также подобна прямой ветви вольтамперной характеристики эмиттерного ЭДП (рис. 10, б).
Выходные статические характеристики биполярного транзистора — это вольтамперные характеристики коллекторного электронно-дырочного перехода, смещенного в обратном направлении. Их вид также зависит от способа включения транзистора и очень сильно от состояния, а точнее — режима работы, в котором находится эмиттерный ЭДП.
Если транзистор включен по схеме с общей базой (ОБ) и =0, то есть цепь эмиттера оборвана, то эмиттерный ЭДП не оказывает влияния на коллекторный переход. Так как на коллекторный ЭДП подано обратное напряжение, то выходная характеристика, представляющая собой зависимость тока коллектора от напряжения между коллектором и базой , будет подобна обратной ветви ВАХ диода (нижняя кривая на рис. 11, а). Если же на эмиттерный ЭДП подать прямое напряжение, то появится ток эмиттера , который создаст почти такой же коллекторный ток . Чем больше прямое напряжение на эмиттерном ЭДП, тем больше значения эмиттерного и коллекторного токов и тем выше располагается выходная характеристика.
Рис. 11 — Выходные характеристики германиевого транзистора типа р-п-р в схемах с ОБ (а) и ОЭ (б)
Сказанное справедливо и при включении биполярного транзистора по схеме с общим эмиттером (ОЭ). Разница состоит лишь в том, что в этом случае выходные характеристики снимают не при постоянных значениях тока эмиттера, а при постоянных значениях тока базы (рис. 11, б), и идут они более круто, чем выходные характеристики в схеме с ОБ.
При чрезмерном увеличении коллекторного напряжения происходит пробой коллекторного ЭДП, сопровождающийся резким увеличением коллекторного тока, разогревом транзистора и выходом его из строя. Для большинства транзисторов напряжение пробоя коллекторного перехода лежит в пределах от 20 до 30 В
Это важно знать при выборе транзистора для заданного напряжения источника питания или при определении необходимого напряжения источника питания для имеющихся транзисторов
Увеличение температуры вызывает возрастание токов транзистора и смещение его характеристик. Особенно сильно влияет температура на выходные характеристики в схеме ОЭ (рис. 12).
Рис. 12 — Зависимость выходных статических характеристик транзистора от температуры:
а — в схеме с ОБ, б — в схеме с ОЭ.
Устройство биполярного транзистора
Биполярный транзистор представляет собой полупроводниковый прибор, имеющий два р-n-перехода, образованных в одном монокристалле полупроводника. Эти переходы образуют в полупроводнике три области с различными типами электропроводности. Одна крайняя область называется эмиттером (Э), другая — коллектором (К), средняя — базой (Б). К каждой области припаивают металлические выводы для включения транзистора в электрическую цепь.
Электропроводность эмиттера и коллектора противоположна электропроводности базы.
В зависимости от порядка чередования р- и n-областей различают транзисторы со структурой р-n-р (рис. 1, а) и n-р-n (рис. 1, б) (иногда их еще называют прямой и обратный).
Условные графические обозначения транзисторов p-n-р и n-p-n отличаются лишь направлением стрелки у электрода, обозначающего эмиттер. Принцип работы транзисторов p-n-р и n-p-n одинаков.
Рис. 1 — Структуры и условные графические обозначения биполярных транзисторов типа р-n-р (а) и n-р-n (б)
Электронно-дырочный переход, образованный эмиттером и базой, называется эмиттерным, а коллектором и базой — коллекторным. Расстояние между переходами очень мало; у высокочастотных транзисторов оно менее 10 микрометров, а у низкочастотных не превышает 50 мкм (1 мкм=0,001 мм).
Основная функция транзистора — это усиление сигнала. Если на базу транзистора подать напряжение, то транзистор начнет открываться. В транзисторе переход коллектор-эмитер открывается плавно: от полностью закрытого состояния (= 0 В) до полностью открытого (этот момент называют напряжение насыщения).
Между коллектором и эмиттером течет сильный ток, он называется коллекторный ток (), между базой и эмиттером — слабый управляющий ток базы (). Величина коллекторного тока зависит от величины тока базы. Причем, коллекторый ток всегда больше тока базы в определенное количество раз. Эта величина называется коэффициент усиления по току, обозначается . У различных типов транзисторов это значение колеблется от единиц до сотен раз.
Коэффициент усиления по току — это отношение коллекторного тока к току базы:
Для того, чтобы вычислить коллекторный ток, нужно умножить ток базы на коэффициент усиления:
Пример: Возмем источник питания, транзистор, резистор и лампочку. Если подключить всё это согласно схеме (рис. 2), то: через резистор, подключенный между источником питания и базой транзистора потечет ток базы .
Рис. 2 — Принцип работы биполярных транзисторов
Транзистор откроется и лампочка загориться. Причем яркость свечения лампочки будет зависить от сопротивления резистора и коэффициента усиления транзистора.
Напряжение, прилагаемое к базе и необходимое для открытия транзистора, называют напряжением смещения. Если вместо постоянного резистора поставить переменный резистор, то получим возможность регулировать яркость свечения лампочки.
Таким же образом можно усиливать и сигналы: подавая на базу транзистора определенный сигнал (к примеру звук), в коллекторной цепи получим тот же сигнал, но уже усиленный в раз.
Если базовое смещение транзистора застабилизировать при помощи стабилитрона (рис. 3), то мы получим простейший стабилизатор напряжения, т.у. схему, которая будет поддерживать постоянное напряжение на выходе, даже если входное напряжение будет изменяться.
Рис. 3 — Пример простого стабилизатора напряжения
Для получения повышенной мощности используются схемы последовательного включения наскольких транзисторов, так называемые схемы Дарлингтона (или составные транзисторы)
Рис. 4 — Схема Дарлингтона
