Вы находитесь здесь: Главная > Транзисторы > Биполярные транзисторы

Биполярные транзисторы

Биполярные транзисторы

Биполярный транзистор является одним из наистарейших, но самым известным типом транзисторов, и до сего времени находит применение в современной электронике. Транзистор незаменим, когда требуется управлять довольно сильной нагрузкой, для которой устройство управления не может обеспечить достаточный ток. Они бывают различного типа и мощности, в зависимости от исполняемых задач. Базисные познания и формулы о транзисторах вы сможете отыскать в этой статье.

Введение

До того как начать урок, давайте договоримся, что мы обсуждаем только один тип метод включения транзистора. Транзистор может быть применен в усилителе либо приемнике, и, обычно, любая модель транзисторов делается с определенными чертами, чтоб сделать его более узкоспециализированым для наилучшей работы в определённом включении.

Транзистор имеет 3 вывода: база, коллектор и эмиттер. Нельзя совершенно точно сказать какой из их вход, а какой выход, потому что они все связаны и оказывают влияние друг на друга так либо по другому. При включении транзистора в режиме коммутатора (управление нагрузкой) он действует так: ток базы держит под контролем ток от коллектора к эмиттеру либо напротив, зависимо от типа транзистора.

Есть два главных типа транзисторов: NPN и PNP. Чтоб это осознать, можно сказать, что основное различие меж этими 2-мя типами это направления электронного тока. Это можно созидать на рисунке 1.А, где обозначено направление тока. В транзисторе NPN, один ток течет от основания вовнутрь транзистора, а другой ток течет от коллектора к эмиттеру, а в PNP транзисторе всё напротив. С многофункциональной точки зрения, разница меж этими 2-мя типами транзисторов это напряжение на нагрузке. Как вы сможете созидать на рисунке, транзистор NPN обеспечивает 0В когда он открыт, а PNP обеспечивает 12В. Вы позднее поймете, почему это оказывает влияние на выбор транзистора.

Для простоты мы будем учить только NPN транзисторы, но всё это применимо к PNP, принимая во внимание, что все токи изменяются на обратные.

Набросок ниже указывает аналогию меж тумблером (S1) и транзисторным ключом, где видно, что ток базы закрывает либо открывает путь для тока от коллектора к эмиттеру:

Биполярные транзисторыТочно зная свойства транзистора, от него можно получить наивысшую отдачу. Главным параметром является коэффициент усиления тока меж базой и коллектором, который обычно обозначается Hfe либо ?. Также принципиально знать наибольший ток, мощность и напряжение транзистора. Эти характеристики можно отыскать в документации на транзистор, и они посодействуют нам найти значение резистора на базе, о чем поведано далее.

Внедрение NPN транзистора как коммутатора

На рисунке показано включение NPN транзистора в качестве коммутатора. Вы встретите это включение очень нередко при анализе разных электрических схем. Мы будем учить, как запустить транзистор в избранном режиме, высчитать резистор базы, коэффициент усиления транзистора по току и сопротивление нагрузки. Я предлагаю самый обычный и самый четкий метод для этого.

1. Представим, что транзистор находится в режиме насыщения: При всем этом математическая модель транзистора становится очень обычный, и нам понятно напряжение на точке Vc. Мы найдем значение резистора базы, при котором всё будет верно.

2. Определение тока насыщения коллектора: Напряжение меж коллектором и эмиттером (Vce) взято из документации транзистора. Эмиттер подключен к GND, соответственно Vce= Vc — 0 = Vc. Когда мы узнали данную величину, мы можем высчитать ток насыщения коллектора по формуле:

Время от времени, сопротивления нагрузки RL непонятно либо не может быть четким, как сопротивление обмотки реле — В таком случае, довольно знать, нужный для пуска реле ток.

Удостоверьтесь, что ток нагрузки не превосходит наибольший ток коллектора транзистора.

3. Расчет нужного тока базы: Зная ток коллектора, можно вычислить мало нужный ток базы для заслуги этого тока коллектора, используя следующею формулу:

Из неё следует что:

4. Превышение допустимых значений: После того как вы высчитали ток базы, и если он оказался выше обозначенного в документации, то можно перегрузить транзистор, методом умножения расчетного тока базы к примеру в 10 раз. Таким макаром, транзисторный ключ будет намного более устойчивым. Другими словами, производительность транзистора уменьшится, если нагрузка возрастет. Будьте аккуратны, пытайтесь не превосходить наибольший ток базы, обозначенный в документации.

5. Расчёт нужного значения Rb: Беря во внимание перегрузку в 10 раз, сопротивление Rb может быть рассчитано по последующей формуле:

где V1 является напряжением управления транзистором (см. рис 2.а)

Но если эмиттер подключен к земле, и напряжение база-эмиттер понятно (около 0,7В у большинстве транзисторов), также предполагая, что V1 = 5V, формула может быть облегчена до последующего вида:

Видно, что ток базы множится на 10 с учётом перегрузки.

Когда значение Rb понятно, транзистор «настроен» на работу в качестве тумблера, что также именуется «режим насыщения и отсечки «, где «насыщение» — когда транзистор стопроцентно открыт и проводит ток, а «отсечение» – когда закрыт и ток не проводит.

Примечание: Когда мы говорим , мы не говорим, что ток коллектора должен быть равным . Это просто значит, что ток коллектора транзистора может опускаться ранее уровня. Ток будет следовать законам Ома, как и хоть какой электронный ток.

Расчет нагрузки

Когда мы считали, что транзистор находится в режиме насыщения, мы подразумевали что некие его характеристики не изменялись. Это не совершенно так. По сути эти характеристики изменялись в главном за счет роста тока коллектора, и потому он является более неопасным для перегрузки. В документации обозначено изменение характеристик транзистора при перегрузке. К примеру, в таблице на рисунке 2.В показано два параметра которые существенно изменяются:

HFE (?) изменяется зависимо от тока коллектора и напряжения VCEsat. Но VCEsat само изменяется зависимо от тока коллектора и базы, что показано в таблице далее.

Расчет может быть очень сложным, потому что все характеристики тесновато и трудно взаимосвязаны, потому лучше взять худшие значения. Т. е. наименьший HFE, наикрупнейший VCEsat и VCEsat.

Обычное применение транзисторного ключа

1. Управление реле

В современной электронике транзисторный ключ употребляется для контроля электрических реле, которое потребляют до 200 мА. Если вы желаете управлять реле логической микросхемой либо микроконтроллером то транзистор незаменим. На рисунке 3.A, сопротивления резистора базы рассчитывается зависимо от нужного для реле тока. Диодик D1 защищает транзистор от импульсов, которые катушка генерирует при выключении.

2. Подключение транзистора с открытым коллектором:

Многие устройства, такие как семейство микроконтроллеров 8051 имеют порты с открытым коллектором. Сопротивление резистора базы наружного транзистора рассчитывается, как описано в этой статье. Заметим, что порты могут быть более сложными, и нередко употребляют полевые транзисторов заместо биполярных и именуются выходами с открытым стоком, но всё остаётся точно таким же как на рисунке 3.B

3. Создание логического элемента ИЛИ-НЕ (NOR):

Биполярные транзисторы

Время от времени в схеме нужно использовать один логический элемент, и вы не желаете использовать 14-контактную микросхему с 4 элементами или из-за цены либо местом на плате. Её можно поменять парой транзисторов. Отметим, что частотные свойства таких частей зависят от черт и типа транзисторов, но обычно ниже 100 кГц. Уменьшение выходного сопротивления (Ro) приведет к повышению употребления энергии, но прирастить выходной ток.

Вам нужно отыскать компромисс меж этими параметрами.

Биполярные транзисторыНа рисунке выше показан логический элемент ИЛИ-НЕ построенный с внедрением 2х транзисторов 2N2222. Это может быть изготовлено на транзисторах PNP 2N2907, с малозначительными переменами. Вы просто должны учесть, что все электронные токи тогда текут в обратном направлении.

Поиск ошибок в транзисторных схемах

При появлении трудности в цепях, содержащих много транзисторов, может быть очень проблематично выяснить, какой из их неисправен, в особенности когда все они впаяны. Я даю вам несколько советов, которые посодействуют вам отыскать делему в таковой схеме довольно стремительно:

Биполярные транзисторы1. Температура: Если транзистор очень нагревается, возможно, кое-где есть неувязка. Необязательно что неувязка в жарком транзисторе. Обычно дефектный транзистор даже не греется. Это увеличение температуры может быть вызвано другим транзистором, присоединенным к нему.

Биполярные транзисторы2. Измерение VCE транзисторов: Если все они 1-го типа и все работают, то они обязаны иметь примерно однообразное VCE. Поиск транзисторов, имеющих разные VCE это резвый метод обнаружения дефектных транзисторов.

3. Измерение напряжения на резисторе базы: Напряжение на резисторе базы довольно принципиально (если транзистор включен). Для 5 В устройства управления транзистором NPN, падение напряжения на резисторе должно быть более 3В. Если нет падение напряжения на резисторе, то или транзистор, или устройство управления транзистора имеют недостаток. В обоих случаях ток базы равен 0.

Биполярные транзисторыОригинал статьи на британском языке (перевод: Андрей Шпакунов для веб-сайта cxem. net)

  • Digg
  • Del.icio.us
  • StumbleUpon
  • Reddit
  • Twitter
  • RSS

Оставить комментарий

Подтвердите, что Вы не бот — выберите самый большой кружок: