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

Транзистор — электронная “кнопка” в цепи питания, которая нажимается не пальцем, а электрическим сигналом, например от контроллера, что позволяет управлять сильным импульсом при помощи слабого. Также применяется для преобразования и коммутации электрических сигналов, что широко используется в электронных устройствах любой сложности, в том числе в микросхемах, в качестве атомарного триггера и так далее.

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.

Транзисторы бывают двух типов: биполярные и полевые, каждый из которых имеет свои особенности, преимущества и недостатки.

---

Биполярные транзисторы.

Простое, надежное, компактное и недорогое устройство. Три контакта имеют следующие названия и назначения:

• 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.

Простейшая схема подключения биполярного транзистора выглядит так:

В роли затвора, в нашем случае, чаще всего выступает пин Ардуино. Токоограничивающий резистор нужен для того, чтобы этот самый пин не сгорел, так как при подаче сигнала этот контакт замкнется на землю. Для этой цели достаточно резистора номиналом от 180 Ом.

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.

Транзистор из рассмотренного выше примера — NPN (Negative-Positive-Negative), такие более эффективны, а значит и распространены. PNP-транзисторы работают по обратной логике: при заземлении базы открываются, при подаче на нее питания закрываются.

---

Полевые транзисторы

Полевый транзисторы позволяют управлять гораздо более мощными нагрузками, при тех же размерах корпуса. В отличие от биполярных транзисторов, ток через затвор полевых не проходит, он изолирован от главной нагрузки, управление происходит только при помощи напряжения, а значит токоограничивающий резистор для них не нужен.

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.

Простейшая схема подключения полевого транзистора выглядит очень похоже:

Основными характеристиками полевого транзистора являются:

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

Недостатком полевого транзистора является то, что часть пропускаемой мощности в нем превращается в тепло, потому рассеиваемая мощность является таким важным параметром. Выделяемая мощность — это напряжение в квадрате, умноженное на сопротивление сток-исток, если она превысит допустимое, транзистор перегреется и выйдет из строя.

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

Рассматривать применение транзисторов в качестве простого выключателя мы здесь не будем, тем более, что такие схемы уже приведены выше. Давайте попробуем сделать из них что-то более сложное и полезное. Например, управление асинхронным электромотором с возможностью реверса. Для этого применим схему подключения, известную как Н-мост. Простейший вариант будет выглядеть так:

Для запуска мотора в одном направлении, подаем на первый пин единицу, на второй ноль. Нетрудно заметить на схеме, что при этом ток пойдет по красной линии, плюс на левый контакт мотора, минус на правый. Если выставим состояние пинов в обратное положение, ток пойдет по синей линии и мотор будет крутиться в противоположном направлении. Если оба пина выставить в одинаковое положение, мотор вращаться не будет, так как на его контактах будет отсутствовать разница потенциалов.

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

Транзистор — очередной элементарный “кирпичик”, один из базовых элементов электроники, наряду с резистором и конденсатором и диодом. Комбинацией этих “кубиков” создается подавляющее количество электронных схем. Знать эти элементы, их свойства, разновидности и уметь ими пользоваться должен каждый DIY-мастер.

Основной параметр — транзистор — Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 1

Основной параметр — транзистор

Cтраница 1

Основные параметры транзисторов приведены ниже.  [1]

Основные параметры транзисторов, необходимые для расчета импульсных схем, определяются по справочным данным. Рассмотрим несколько характерных примеров расчета параметров биполярных транзисторов.  [2]

Основными параметрами транзисторов

, определяющими гарантированную работу в схемах, являются: коэффициент усиления по току в схеме с общим эмиттером р, начальный ток коллектора / к, обратный ток коллектора / ко, обратный ток эмиттера / эо, максимально допустимая мощность рассеивания коллектором при естественном охлаждении Ртах.  [4]

Основными параметрами транзистора являются дифференциальный коэффициент а.  [5]

Перечислите основные параметры транзистора ( см. рис. 3.1), для улучшения которых используется скрытый / г — слой. Ухудшаются ли при этом какие-либо другие параметры.  [6]

Вычисление

основных параметров транзистора в предположении, что переходы являются плоскими, движение носителей в базе является чисто диффузионным и уровень инжекции является низким, приводит к следующим результатам.  [7]

Для расчета основных параметров транзистора по известному примесному профилю определяют вспомогательные параметры: длину диффузионного смещения акцепторов в базе La и длину диффузионного смещения доноров в эмиттере LA.  [8]

Кроме описанных выше основных параметров транзисторов, в паспортах указываются и другие параметры.  [9]

В отличие от электронных ламп основные параметры транзисторов сильно зависят не только от температуры, но и от частоты сигналов, причем при увеличении частоты коэффициенты передачи ос и р снижаются.  [10]

В табл. 42 — 45 приведены основные параметры транзисторов, получивших широкое распространение; в табл. 42 — параметры маломощных транзисторов, работающих на низких и средних частотах, в табл. 43 — параметры маломощных высокочастотных транзисторов, в табл. 44 — параметры низкочастотных транзисторов средней и большой мощности, в табл. 45 — параметры транзисторов средней и большой мощности, работающих на средних и высоких частотах.  [11]

В табл. 39 — 43 приведены основные параметры транзисторов, получивших широкое распространение: в табл. 39 — параметры маломощных транзисторов, работающих на низких и средних частотах, в табл. 40 — параметры маломошных.  [13]

Из справочника [61] и таблиц приложений выписываем основные параметры транзистора И 15: з0 0 98; / а 1 0 Мгц; Gn К2 33 моим.  [14]

Страницы:      1    2    3

Основные параметры транзистора

1. Коэффициент усиления по току.

Обычно используется коэффициент усиления h_21Э в схеме с общим эмиттером:

h_21Э=Iк/Iб>>1,

где Iб — ток базы; Iк — ток коллектора.

Транзистор является как бы узлом, поэтому

Iэ=Iб+Iк.

токи коллектора и эмиттера связаны соотношением:

Iк/Iэ=a<1.

Найдем связь a и h_21Э.

a=Iк/(Iб+Iк)=1/(Iб/Iк+1)=1/(1/h_21Э+1)=h_21Э/(1+h_21Э)

-это очень близко к 1. Аналогично находим:

h_21Э=Iк/Iб=a/(1-a).

Иногда для получения большого коэффициента усиления используется схема составного транзистора, которая получается, если два транзистора соединить по схеме:

Коэффициент усиления составного транзистора:

Iк1= b1×Iб1;

Iк2=b2×Iб2;

Iб2=Iэ1=(1+b1)×Iб1;

Iк=Iк1+Iк2.

Из этих уравнений:

Iк=[b1+(1+b1)×b2]×Iб1»b1×b2×Iб1.

Коэффициент усиления транзистора h31э зависит от частоты, на которой работает транзистор, и от тока коллектора. С увеличением частоты h_21Э падает. Это связано с проявлением его инерционных свойств в основном из-за наличия емкости коллекторного перехода. Для большинства транзисторов указывается граничная частота, при которой коэффициент усиления равен единице.

Любое включение, отличное от нормального, называется инверсным. Инверсия — изменение знака. При инверсном включении h_21Э сильно падает и прибор перестает быть усилителем, хотя и остается управляемым.

2. Напряжение коллектор-эмиттер максимальное — Uкэ max.

Указывается при отключенной (оборванной) базе или при конечном значении сопротивления Rбэ. Uкэ при оборванной базе меньше, чем Uкэ при наличии Rбэ. Величина Rбэ обычно указывается в справочнике. В настоящее время выпускаются транзисторы на напряжение до1500 В.

3. Ток коллектора максимальный — Iк max; ток коллектора импульсный за определенное время — Iки>Iк max.

4. Частотные свойства транзистора.

Различают: низкочастотные, среднечастотные, высокочастотные и сверхвысокочастотные (СВЧ). Есть также импульсные или переключательные транзисторы.

Обозначения транзисторов:

КТ ХХХ А, Б…, где ХХХ – цифры; буквы А,Б…характеризуют особенности электрических параметров. Например, КТ 908- импульсный, КТ 315 — очень распространен. ГТ ХХХ — германиевый транзистор. Чем больше значения цифр, тем выше частотные свойства и мощность транзистора. В настоящее время существует большое количество транзисторов с четырьмя цифрами в обозначении.

Схемы включения транзисторов

В зависимости от того, какой из трех выводов является общим для входной и выходной цепи, различают три основные схемы включения транзисторов: схема с общим эмиттером, схема с общим коллектором, схема с общей базой.

Схема с общим эмиттером

Схема с общим эмиттером используется наиболее часто. Взаимосвязь токов и напряжений в транзисторе устанавливают входные и выходные характеристики. Входная характеристика повторяет уже знакомую нам вольт-амперную характеристику диода. При изображении выходной характеристики необходимо помнить, что коллекторный переход работает в режиме диода, включенного в обратном направлении. Поэтому выходная характеристика – это обратная ветвь вольт-амперной характеристики диода, перенесенная в первый квадрант. Выходных характеристик целое семейство, т.к. они изображаются для разных значений токов базы. При I_б=0 через транзистор протекает тепловой ток I_к0 обратно смещенного коллекторного перехода.

Из зависимости коллекторного тока Iк от напряжения коллектор-эмиттер Uкэ при заданном токе базы видно, что с увеличением напряжения Uкэ от нуля вначале происходит резкое нарастание коллекторного тока, т.к. все большая часть электронов затягиваются полем объемного заряда коллекторного перехода и создает коллекторный ток (увеличивается эффективность коллектора). Это происходит до тех пор, пока Uкэ не достигнет 0,6В. После этого кривая становится горизонтальной и дальнейшее увеличение Uкэ незначительно влияет на ток коллектора. Это обусловлено тем, что расширившийся обедненный слой перехода коллектор-эмиттер, лишенный свободных носителей, ведет себя как изолятор и на горизонтальном участке при увеличении Uкэ сопротивление этого изолятора Rиз растет почти пропорционально прикладываемому напряжению, поэтому Iк=(Uкэ/Rиз)=const. Незначительный подъем кривой вызван небольшим увеличением коэффициента усиления тока при повышении Uкэ. Это имеет место из-за расширения обедненного слоя коллектор-база, делающего область базы более узкой, что приводит к рекомбинации меньшего числа носителей.

Семейство выходных характеристик транзистора получается при различных значениях базового тока.

Коэффициент усиления входного тока базы схемы с общим эмиттером h_21Э=I_к/I_б. Схема обеспечивает также усиление по напряжению и по мощности. Cхема применяется как усилительная и как ключевая.

Характеристики и параметры полевого транзистора: схемы, вольт-амперные кривые

Кратко охарактеризуем различные схемы включения полевого транзистора и рассмотрим его характеристики и параметры.

Схемы включения транзистора.

Для полевого транзистора, как и для биполярного, выделяют три схемы включения. Для полевого транзистора это схемы с общим затвором (ОЗ), общим истоком (ОИ) и общим стоком (ОС). Наиболее часто используются схемы с общим истоком.

Для понимания особенностей работы некоторого электронного устройства очень полезно уметь относить конкретное решение к той или иной схеме включения (если схема такова, что это в принципе возможно).

Абрамян Евгений Павлович

Доцент кафедры электротехники СПбГПУ

Задать вопрос

Моделирующие программы при замене транзистора математической моделью никак не учитывают способ включения транзистора. Важно понять, что если даже на стадии разработки математической модели имеет место ориентация на конкретную схему включения, то на стадии использования эта модель должна правильно моделировать транзистор во всех самых различных ситуациях.

При объяснении влияния напряжения uис на ширину p-n-перехода фактически использовалась схема с общим истоком (см. рис. 1.87) (Статья 1 Устройство и основные физические процессы). Рассмотрим характеристики, соответствующие этой схеме (что общепринято).

Так как в рабочем режиме i_з = 0, i_u ~ i_с, входными характеристиками обычно не пользуются. Например, для транзистора КП10ЗЛ, подробно рассматриваемого ниже, для тока утечки затвора iз ут при t < 85°С выполняется условие iз ут< 2 мкА.

Изобразим схему с общим истоком (рис. 1.89).

Выходные (стоковые) характеристики транзистора

Выходной характеристикой называют зависимость вида iс=f(uис)|uзи =const где f — некоторая функция.

Изобразим выходные характеристики для кремниевого транзистора типа КП10ЗЛ с p-n-переходом и каналом p-типа (рис. 1.90).

Обратимся к характеристике, соответствующей условию uзи = 0. В так называемой линейной области (uис< 4 В) характеристика почти линейна (все характеристики этой области представляют собой почти прямые линии, веерообразно выходящие из начала координат). Она определяется сопротивлением канала. Транзистор, работающий в линейной области, можно использовать в качестве линейного управляемого сопротивления.

Абрамян Евгений Павлович

Доцент кафедры электротехники СПбГПУ

Задать вопрос

При uис = 3 В канал в области стока перекрывается. Дальнейшее увеличение напряжения приводит к очень незначительному росту тока ic, так как с увеличением напряжения область, в которой канал перекрыт (характеризующаяся очень большим удельным сопротивлением), расширяется. При этом сопротивление на постоянном токе промежутка исток-сток увеличивается, а ток ic практически не изменяется.

Ток стока в области насыщения при uзи= 0 и при заданном напряжении uис называют начальным током стока и обозначают через iс нач. Для рассматриваемых характеристик iс нач = 5 мА при uис= 10 В. Для транзистора типа КП10ЗЛ минимальное значение тока iс начравно 1,8 мА, а максимальное — 6,6 мА. При uис > 22 В возникает пробой p-n-перехода и начинается быстрый рост тока.

Теперь кратко опишем работу транзистора при различных напряжениях uзи. Чем больше заданное напряжение uзи , тем тоньше канал до подачи напряжения uис и тем ниже располагается характеристика.

Как легко заметить, в области стока напряжение на p-n-переходе равно сумме uзи+uис. Поэтому чем больше напряжение uзи , тем меньше напряжение uис, соответствующее началу пробоя.

Когда uзи= 3 В, канал оказывается перекрыт областью p-n-перехода уже до подачи напряжения uис . При этом до пробоя выполняется условие i_c = 0. Таким образом,uзи _отс = 3 В.Для рассматриваемого типа транзистора минимальное напряжение отсечки +2 В, а максимальное +5 В. Эти величины соответствуют условию i_c = 10 мкА. Это так называемый остаточный ток стока, который обозначают через ic отс. Полевой транзистор характеризуется следующими предельными параметрами (смысл которых понятен из обозначений):uис _макс,uзс_макс, P_макc.

Для транзистора КП10ЗЛ uис_макс = 10 В,uзс_макс = 15 В, P_макc = 120 мВт (все при t = 85°С).

Графический анализ схем с полевыми транзисторами.

Для лучшего уяснения принципа работы схем с полевыми транзисторами полезно провести графический анализ одной из них (рис. 1.91).

Пусть Е_с = 4 В; определим, в каких пределах будет изменяться напряжение uиспри изменении напряжения uзи от 0 до 2 В.

При графическом анализе используется тот же подход, который был использован при анализе схем с диодами и биполярными транзисторами. Для рассматриваемой схемы, в которой напряжение между затвором и истоком равно напряжению источника напряжения uзи, нет необходимости строить линию нагрузки для входной цепи. Линия нагрузки для выходной цепи задается выражением Е_с =iс·Rс+uис Построим линию нагрузки на выходных характеристиках транзистора, представленных на рис. 1.92.

Из рисунка следует, что при указанном выше изменении напряжения uзинапряжение uис будет изменяться в пределах от 1 до 2,6 В, что соответствует перемещению начальной рабочей точки от точки А до точки В. При этом ток стока будет изменяться от 1,5 до 0,7 мА.

Васильев Дмитрий Петрович

Профессор электротехники СПбГПУ

Задать вопрос

Стокозатворные характеристики (характеристики передачи, передаточные, переходные, проходные характеристики). Стокозатворной характеристикой называют зависимость вида iс=f(uзи) |uис =const где f — некоторая функция.

Такие характеристики не дают принципиально новой информации по сравнению с выходными, но иногда более удобны для использования. Изобразим стокозатворные характеристики для транзистора КП10ЗЛ (рис. 1.93).

Для некоторых транзисторов задается максимальное (по модулю) допустимое отрицательное напряжение uзи, например, для транзистора 2П103Д это напряжение не должно быть по одулю больше чем 0,5 В.

Свойства транзистора по усилению напряжения

• Крутизна стокозатворной характеристики S (крутизна характеристики полевого транзистора):

S= |diс/duзи|uзи – заданное, uис =const Обычно задается u зи= 0. При этом для транзисторов рассматриваемого типа крутизна максимальная. Для КП10ЗЛS = 1,8…3,8 мА/В при u ис= 0 В, uзи= 0, t = 20°С.

• Внутреннее дифференциальное сопротивление R_{ис диф} (внутреннее сопротивление)

Rисдиф= (duис/ diс) |uис–заданное,uзи= const

Для КП10ЗЛ R_{ис диф} = 25 кОм при u ис= 10 В,uзи=0.

• Коэффициент усиления

M = (duис/ duзи) |uзи–заданное,iс= const

Можно заметить, что M =S· R_{ис диф}

Для КП10ЗЛ при S = 2 мA/B и R_{ис диф} = 25 кОм М = 2 (мА/В) · 25 кОм = 50.

• Инверсное включение транзистора.

Полевой транзистор, как и биполярный, может работать в инверсном режиме. При этом роль истока играет сток, а роль стока — исток.

Прямые (нормальные) характеристики могут отличаться от инверсных, так как области стока и истока различаются конструктивно и технологически.

• Частотные (динамические) свойства транзистора.

В полевом транзисторе в отличие от биполярного отсутствуют инжекция неосновных носителей и их перемещение по каналу, и поэтому не эти явления определяют динамические свойства. Инерционность полевого транзистора определяется в основном процессами перезаряда барьерной емкости p-n-перехода. Свое влияние оказывают также паразитные емкости между выводами и паразитные индуктивности выводов.

В справочных данных часто указывают значения следующих дифференциальных емкостей, которые перечислим ниже:

• входная емкость С_зи — это емкость между затвором и истоком при коротком замыкании по переменному току выходной цепи;
• проходная емкость С_зс — это емкость между затвором и стоком при разомкнутой по переменному току входной цепи;
• выходная емкость С_ис — это емкость между истоком и стоком при коротком замыкании по переменному току входной цепи.

Для транзистора КП10ЗЛ С_зи < 20 пФ, С_зс << 8 пФ при uис= 10 В и uзи= 0.

Крутизну S, как и коэффициент B биполярного транзистора, в ряде случаев представляют в форме комплексного числа S. При этом, как и для коэффициента B, определяют предельную частоту f_пpед. Это та частота, на которой выполняется условие:

| Ś | = 1 / √2 ·S_пт где S_пт — значение S на постоянном токе.

Для транзистора КП103Л данные по f_пpед в использованных справочниках отсутствуют, но известно, что его относят к транзисторам низкой частоты (предназначенным для работы на частотах до 3 МГц).

h-параметры и особенности включений биполярного транзистора

Транзисторы относятся  к сложным электронным приборам. Для их исследования, а также для расчёта электронных схем, где применяют транзисторы, разработана особая методика.

В этой методике транзистор рассматривают как «чёрный ящик», не обращая внимания на его внутреннюю структуру, с двумя входными и двумя выходными зажимами, то есть как четырёхполюсник. Транзистор способен усиливать по мощности подводимые к нему сигналы, поэтому он относится к группе активных четырёхполюсников, для эквивалентных схем которых характерно наличие генераторов тока или напряжения.

Ниже,на рисунке 1, изображены теоретически рассматриваемые варианты включений биполярного транзистора.

Рисунок 1

На приведенных выше схемах включений изображено по четыре клеммы (две входных и две выходных), то есть можно сказать что каждая из них представляет собой четырёхполюсник.

При работе на малых сигналах транзистор рассматривают как линейный активный четырёхполюсник который может быть охарактеризован при помощи z, y или h – параметров. Малым сигналом считают, если при увеличении его амплитуды на 50% измеряемый параметр (z,y или h) изменяется на малую величину согласно заданной степени точности. Обычно это изменение не должно превышать 10%. Между z, y или h – параметрами есть связи, которые описываются специальными формулами перехода, в соответствующей справочной литературе. Поскольку h-параметры получили наибольшее распостранение на них и акцентируем наше внимание.

Эквивалентная схема биполярного транзистора с применением h-параметров приведена ниже, на рисунке 2.

Рисунок 2

Принимая для этой схемы, что независимыми переменными являются входной ток I_m1  и выходное напряжение U_m2 , а зависимыми переменными входное напряжение U_m1 и выходной ток I_m2  можно составить систему уравнений (1), задействуя  h-параметры:

_где:

                                h₁₁ = U_m1/I_m1, при U_m2 = 0, входное сопротивление;

                            h₁₂ = U_m1/U_m2, при I_m1 = 0, коэффициент обратной связи по напряжению;

                            h₂₁ = I_m2/I_m1, при U_m2 = 0, коэффициент передачи тока;

                            h₂₂ = I_m2/U_m2, при I_m1 = 0, выходная проводимость.

Входное сопротивление, h₁₁ — сопротивление транзистора входному переменному току при коротком замыкании на выходе. Изменение входного тока является результатом изменения входного напряжения, без влияния обратной связи от выходного напряжения.

Коэффициент обратной связи по напряжению, h₁₂ – безразмерная величина, показывающая какая доля выходного переменного напряжения передаётся на вход транзистора вследствие обратной связи в нём. Во входной цепи транзистора нет переменного тока (холостой ход), и изменение напряжения на входе происходит только в результате изменения выходного напряжения.

Коэффициент передачи тока (коэффициент усиления по току), h₂₁ — безразмерная величина, показывающая усиление переменного тока при нулевом сопротивлении нагрузки. Выходной ток зависит только от входного тока без влияния выходного напряжения.

Выходная проводимость, h₂₂ — внутренняя проводимость для переменного тока между выходными зажимами. Выходной ток изменяется под влиянием выходного напряжения.

При обозначении h – параметров, внизу, в зависимости от схемы включения, к цифровым индексам добавляется буква. Для схемы с общим эмиттером это h_11Э, h_12Э,h_21Э,h_22Э ; для схемы с общим коллектором — h_11К, h_12К,h_21К,h_22К  ; для схемы с общей базой это h_11б, h_12б,h_21б,h_22б .

Особенности при различных схемах включения

Разработчики успешно создают радиоэлектронные схемы, используя в своих сложных расчётах и опытах различные комбинации из схем включения транзистора.

На рисунке 3, приведенном ниже, показаны применяемые на практике основные схемы включений.

Рисунок 3

С общим эмиттером (ОЭ)

Это наиболее распостранённая схема включения, которая даёт высокое усиление как по напряжению, так и по току, а следовательно и по мощности, благодаря чему она имеет преимущества перед схемами с ОК и ОБ. Схема имеет невысокое (порядка сотен Ом) входное сопротивление, но это всё же позволяет применять в ней переходные конденсаторы относительно небольшой ёмкости. Выходное сопротивление высокое, и достигает порядка десятков кОм, что можно отнести к недостаткам. Схема с ОЭ изменяет фазу сигнала на выходе по сравнению с фазой сигнала на входе на 180 градусов. Для её работы достаточно иметь всего лишь один источник питания. Применяется в усилителях низкой частоты, различных устройствах автоматики и т.п..

С общим коллектором (ОК)

Схему с общим коллектором часто называют “эмиттерным повторителем”. Она имеет высокое входное (порядка >200кОм) и низкое выходное (порядка <10кОм) сопротивления. Эта схема не даёт усиления по напряжению. Схему с общим коллектором используют во входных каскадах усилителей для согласования двух каскадов усилителя, из которых предыдущий имеет высокое выходное, а последующий, обычно выходной каскад, — малое входное сопротивление.  Схема с ОК не изменяет фазы входного сигнала. Выходное напряжение на выходе схемы с ОК (рисунок 3, общий коллектор), практически повторяет напряжение на базе транзистора, с учётом величины незначительного падения напряжения на переходе эмиттер-база, отсюда и название “эмиттерный повторитель”. Благодаря высокому усилению по току, схему с ОК применяют также и для управления токами различных устройств, например соленоидов.

С общей базой (ОБ)

Схема с ОБ имеет малое входное (порядка <100 Ом) и большое выходное (порядка до 1 Мом) сопротивления. В связи с большой разницей входного и выходного сопротивлений последовательное соединений целесообразно только при трансформаторной связи между каскадами., Усиление по току отсутствует, а усиление по мощности несколько ниже чем в схеме с ОЭ. Выходное напряжение по фазе повторяет входной сигнал. Преимуществом схемы является большая линейность характеристик и большая предельная частота усиления. Поэтому схему с ОБ наиболее часто применяют для усиления высоких частот особенно в антенных усилителях, где её параметры очень хорошо согласуются при работе с использованием так называемых «коаксиальных» несимметричных высокочастотных кабелей, волновое сопротивление которых, как правило, не превышает 100 ом.

Следует отметить, что для биполярных транзисторов характерны следующие режимы работы:

— нормальный активный режим;

— инверсный активный режим;

— режим насыщения;

— режим отсечки;

— барьерный режим.

Но, это уже отдельная и весьма ёмкая тема.

Транзистор что это? Основные параметры и характеристики, маркировка транзисторов

Транзисторы. Определение и история

 

Транзистор — электронный полупроводниковый прибор, в котором ток в цепи двух электродов управляется третьим электродом. (tranzistors.ru)

Первыми были изобретены полевые транзисторы (1928 год), а биполярные появилсь в 1947 году в лаборатории Bell Labs. И это была, без преувеличения, революция в электронике.

Очень быстро транзисторы заменили вакуумные лампы в различных электронных устройствах. В связи с этим возросла надежность таких устройств и намного уменьшились их размеры. И по сей день, насколько бы «навороченной» не была микросхема, она все равно содержит в себе множество транзисторов (а также диодов, конденсаторов, резисторов и проч.). Только очень маленьких.

Кстати, изначально «транзисторами» называли резисторы, сопротивление которых можно было изменять с помощью величины подаваемого напряжения. Если отвлечься от физики процессов, то современный транзистор тоже можно представить как сопротивление, зависящее от подаваемого на него сигнала.

В чем же отличие между полевыми и биполярными транзисторами? Ответ заложен в самих их названиях. В биполярном транзисторе в переносе заряда участвуют и электроны, и дырки («бис» — дважды). А в полевом (он же униполярный) — или электроны, или дырки.

Также эти типы транзисторов разнятся по областям применения. Биполярные используются в основном в аналоговой технике, а полевые — в цифровой.

И, напоследок: основная область применения любых транзисторов — усиление слабого сигнала за счет дополнительного источника питания.

Принцип работы транзистора

В современном значении транзистором называют полупроводниковый радиоэлемент, предназначенный для изменения параметров электрического тока и управления им. У обычного полупроводникового триода имеется три вывода: база, на которую подаются сигналы управления, эмиттер и коллектор. Существуют также составные транзисторы большой мощности.

Поражает шкала размеров полупроводниковых устройств – от нескольких нанометров (бескорпусные элементы, используемые в микросхемах), до сантиметров в диаметре мощных транзисторов, предназначенных для энергетических установок и промышленного оборудования. Обратные напряжения промышленных триодов могут достигать до 1000 В.

Виды транзисторов

Преобразователи широко применяются в производстве цифровых и аналоговых микросхем для обнуления статического потребительского тока и получения улучшенной линейности. Типы транзисторов различаются тем, что одни управляются изменением напряжения, вторые регулируются отклонением тока.

Полевые модули работают при повышенном сопротивлении постоянного тока, трансформация на высокой частоте не увеличивает энергетические затраты. Если говорить, что такое транзистор простыми словами, то это модуль с высокой границей усиления. Эта характеристика у полевых видов больше, чем у биполярных типов. У первых нет рассасывания носителей заряда , что ускоряет работу.

Полевые полупроводники применяются чаще из-за преимуществ перед биполярными видами:

• мощного сопротивления на входе при постоянном токе и высокой частоте, это уменьшает потери энергии на управление;
• отсутствия накопления неосновных электронов, из-за чего ускоряется работа транзистора;
• переноса подвижных частиц;
• стабильности при отклонениях температуры;
• небольших шумов из-за отсутствия инжекции;
• потребления малой мощности при работе.

Виды транзисторов и их свойства определяют назначение. Нагревание преобразователя биполярного типа увеличивает ток по пути от коллектора к эмиттеру. У них коэффициент сопротивления отрицательный, а подвижные носители текут к собирающему устройству от эмиттера. Тонкая база отделена p-n-переходами, а ток возникает только при накоплении подвижных частиц и их инжекции в базу. Некоторые носители заряда захватываются соседним p-n-переходом и ускоряются, так рассчитаны параметры транзисторов.

Полевые транзисторы имеют еще один вид преимущества, о котором нужно упомянуть для чайников. Их соединяют параллельно без выравнивания сопротивления. Резисторы для этой цели не применяются, так как показатель растет автоматически при изменении нагрузки. Для получения высокого значения коммутационного тока набирается комплекс модулей, что используется в инверторах или других устройствах.

Нельзя соединять параллельно биполярный транзистор, определение функциональных параметров ведет к тому, что выявляется тепловой пробой необратимого характера. Эти свойства связаны с техническими качествами простых p-n каналов. Модули соединяются параллельно с применением резисторов для выравнивания тока в эмиттерных цепях. В зависимости от функциональных черт и индивидуальной специфики в классификации транзисторов выделяют биполярные и полевые виды.

Биполярные транзисторы

Биполярные конструкции производятся в виде полупроводниковых приборов с тремя проводниками. В каждом из электродов предусмотрены слои с дырочной p-проводимостью или примесной n-проводимостью. Выбор комплектации слоев определяет выпуск p-n-p или n-p-n типов приборов. В момент включения устройства разнотипные заряды одновременно переносятся дырками и электронами, задействуется 2 вида частиц.

Носители движутся за счет механизма диффузии. Атомы и молекулы вещества проникают в межмолекулярную решетку соседнего материала, после чего их концентрация выравнивается по всему объему. Перенос совершается из областей с высоким уплотнением в места с низким содержанием.

Электроны распространяются и под действием силового поля вокруг частиц при неравномерном включении легирующих добавок в массе базы. Чтобы ускорить действие прибора, электрод, соединенный со средним слоем, делают тонким. Крайние проводники называют эмиттером и коллектором. Обратное напряжение, характерное для перехода, неважно.

Полевые транзисторы

Полевой транзистор управляет сопротивлением с помощью электрического поперечного поля, возникающего от приложенного напряжения. Место, из которого электроны движутся в канал, называется истоком, а сток выглядит как конечная точка вхождения зарядов. Управляющее напряжение проходит по проводнику, именуемому затвором. Устройства делят на 2 вида:

• с управляющим p-n-переходом;
• транзисторы МДП с изолированным затвором.

Приборы первого типа содержат в конструкции полупроводниковую пластину, подключаемую в управляемую схему с помощью электродов на противоположных сторонах (сток и исток). Место с другим видом проводимости возникает после подсоединения пластины к затвору. Вставленный во входной контур источник постоянного смещения продуцирует на переходе запирающее напряжение.

Источник усиливаемого импульса также находится во входной цепи. После перемены напряжения на входе трансформируется соответствующий показатель на p-n-переходе. Модифицируется толщина слоя и площадь поперечного сечения канального перехода в кристалле, пропускающем поток заряженных электронов. Ширина канала зависит от пространства между обедненной областью (под затвором) и подложкой. Управляющий ток в начальной и конечной точках регулируется изменением ширины обедненной области.

Транзистор МДП характеризуется тем, что его затвор отделен изоляцией от канального слоя. В полупроводниковом кристалле, называемом подложкой, создаются легированные места с противоположным знаком. На них установлены проводники — сток и исток, между которыми на расстоянии меньше микрона расположен диэлектрик. На изоляторе нанесен электрод из металла — затвор. Из-за полученной структуры, содержащей металл, диэлектрический слой и полупроводник транзисторам присвоена аббревиатура МДП.

Комбинированные

Комбинированные элементы изобретаются для того, чтобы по применению одного дискретного состояния достичь требуемых электрических параметров. Они бывают:

• Биполярными с внедрёнными в их схему резисторами;
• Двумя триодами одной или нескольких структур строения в единой детали;
• Лямбда-диодами — сочетанием двух полевых управляющих триодов, создающих сопротивляемость со знаком «минус»;
• Элементы, в которых полевые составляющие управляют биполярными.

Комбинированный транзистор

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	0
1996	Н	Ноябрь	N
1997	1	Декабрь	D
1998	К	–	–
1999	L	–	–
2000	М	–	–

Таблица 4. Кодовая маркировка мощных транзисторов.

Применение транзисторов в жизни

Транзисторы применяются в очень многих технических устройствах. Самые яркие примеры:

1. Усилительные схемы.
2. Генераторы сигналов.
3. Электронные ключи.

Во всех устройствах связи усиление сигнала необходимо. Во-первых, электрические сигналы имеют естественное затухание. Во-вторых, довольно часто бывает, что амплитуды одного из параметров сигнала недостаточно для корректной работы устройства. Информация передаётся с помощью электрических сигналов. Чтобы доставка была гарантированной и качество информации высоким, нам необходимо усиливать сигналы.

Транзисторы способны влиять не только на амплитуду, но и на форму электрического сигнала. В зависимости от требуемой формы генерируемого сигнала в генераторе будет установлен соответствующий тип полупроводникового прибора.

Электронные ключи нужны для управления силой тока в цепи. В состав этих ключей входит множество транзисторов. Электронные ключи являются одним из важнейших элементов схем. На их основе работают компьютеры, телевизоры и другие электрические приборы, без которых в современной жизни не обойтись.

Схема подключения транзистора для чайников

Наиболее популярны следующие схемы подсоединения транзисторов в цепь: с общей базовой установкой, общими выводами инжекторного эмиттера и с общим коллекторным преобразователем для подачи напряженности.

Для усилителей с базой общего типа характерно следующее:

• Низкие параметры входного сопротивления, которое не достигает даже 100 Ом;
• Неплохая температура и частота триода;
• Допустимое напряжение весьма большое;
• Требуют два различных источника питания.

Схемы второго типа обладают:

• Высокими показателями усиления электротока и напряжения;
• Низкими показателями усиления мощностных характеристик;
• Инверсионной разницей между входным и выходным напряжением.

Важно! Схема транзистора с электродами общего коллекторного типа требует одного источника питания.

Подключение по типу общего коллектора может обеспечить:

• Низкие показатели электронапряжения по усилению;
• Большая и меньшая сопротивляемость входа и выхода соответственно.

Подключение транзистора для светодиода

Таким образом, транзистор — один из самых распространенных радиоэлементов в электронике. Он позволяет изменять параметры электрического тока и регулировать его для корректной работы электроприборов. Существует несколько видов транзисторов, как и способов их соединения. Различаются они строением и целями использования.

Читаем электрические схемы с транзистором

Управление мощностью с помощью транзистора

Итак, я буду делать схему регулятора мощности свечения лампочки накаливания с помощью советского транзистора КТ815Б. Она будет выглядеть следующим образом:

На схеме мы видим лампу накаливания, транзистор и два резистора. Один из них переменный. Итак, главное правило транзистора: меняя силу тока в цепи базы, мы тем самым меняем силу тока в цепи коллектора, а следовательно,  мощность свечения самой лампы.

Как в нашей схеме будет все это выглядеть? Здесь я показал две ветви. Одну синим цветом, другую красным.

Как вы видите, в синей ветке цепи последовательно друг за другом идут +12В—-R1—-R2—-база—-эмиттер—-минус питания. А как вы помните, если резисторы либо  различные потребители (нагрузки) цепи идут друг за другом последовательно, то через все эти нагрузки, потребители и резисторы протекает одна и та же сила тока. Правило делителя напряжения. То есть в данный момент для удобства объяснения, я назвал эту силу тока, как ток базы Iб . Все то же самое можно сказать и о красной ветви. Ток пойдет по такому пути: +12В—-лампочка—-коллектор—-эмиттер—-минус питания.  В ней будет протекать ток коллектора Iк.

Итак, для чего мы сейчас разобрали эти ветви цепи? Дело в том, что через базу и эмиттер протекает базовый ток Iб , который протекает также и через переменный резистор R1 и резистор R2. Через коллектор-эмиттер протекает ток коллектора Iк , который  также течет и через лампочку накаливания.

Ну и теперь самое интересное: коллекторный ток зависит от того, какая сила тока в данный момент течет через базу-эмиттер. То есть прибавив базовый ток, мы тем самым прибавляем и коллекторный ток. А раз коллекторный ток у нас стал больше, значит и через лампочку сила тока стала больше, и лампочка загорелась еще ярче. Управляя слабым током базы, мы можем управлять большим током коллектора. Это и есть принцип работы биполярного транзистора.

Как нам теперь регулировать силу тока через базу-эмиттер? Вспоминаем закон Ома: I=U/R. Следовательно, прибавляя или убавляя значение сопротивления в цепи базы, мы тем самым можем менять силу тока базы! Ну а она уже будет регулировать силу тока в цепи коллектора. Получается, меняя значение переменного резистора, мы тем самым меняем свечение лампочки 😉

И еще один небольшой нюанс.

Как вы заметили в схеме есть резистор R2. Для чего он нужен? Дело все в том, что может случится пробой перехода база-эмиттер. Или, простым языком, он выгорит. Если бы его не было, то при изменении сопротивления на переменном резисторе R1 до нуля Ом, мы бы махом выжгли P-N переход базы-эмиттера. Поэтому, чтобы такого не было, мы должны  подобрать резистор, который бы при сопротивлении на R1 в ноль Ом, ограничивал бы силу тока на базу, чтобы ее не выжечь.

Получается, мы должны подобрать такую силу тока на базу, чтобы лампочка светилась на полную яркость, но при этом переход база-эмиттер был бы целым. Если сказать языком электроники –  мы должны подобрать такой резистор, который бы вогнал  транзистор в границу насыщения, но не более того.

Такой резистор я подбирал с помощью магазина сопротивления. Его также можно подобрать с помощью переменного резистора. Резистор в базе часто называют токоограничительным.

Регулятор свечения лампочки на транзисторе

Ну а теперь дело за практикой. Собираем схему в реале:

Кручу переменный резистор и добиваюсь того, чтобы лампочка горела на весь накал:

Кручу еще чуток и лампочка светит в пол накала:

Выкручиваю переменный резистор до упора и лампочка тухнет:

Вместо лампочки можно взять любую другую нагрузку, например, вентилятор от компьютера. В этом случае, меняя значение переменного резистора, я могу управлять частотой вращения вентилятора, тем самым убавляя или прибавляя силу потока воздуха.

Здесь вентилятор не крутится, так как я на переменном резисторе выставил большое сопротивление:

Ну а здесь, покрутив переменный резистор, я уже могу регулировать обороты вентилятора:

Можно сказать, что получилась готовая схема, чтобы обдувать себя жарким летним деньком ;-). Стало холодно – убавил обороты, стало слишком жарко – прибавил 😉

Прошаренные чайники-электронщики могут сказать: “А зачем так сильно все было усложнять? Не проще ли было просто взять переменный резистор и соединить последовательно с нагрузкой?

Да, можно.

Но должны соблюдаться некоторые условия. Предположим у нас лампа накаливания большой мощности, а значит и сила тока в цепи тоже будет приличная. В этом случае переменный резистор должен быть большой мощности, так как при выкручивании до упора в сторону маленького сопротивления через него побежит большой ток. Вспоминаем формулу выделяемой мощности на нагрузке: P=I2R. Переменный резистор сгорит (проверено не раз на собственном опыте).

В схеме с транзистором весь груз ответственности, то бишь всю мощность рассеивания, транзистор берет на себя. В схеме с транзистором переменный резистор спалить уже будет невозможно, так как сила тока в цепи базы в десятки, а  то и в сотни раз меньше (в зависимости от беты транзистора), чем сила тока через нагрузку, в нашем случае через лампочку.

Греться по-максимуму транзистор будет только тогда, когда мы регулируем мощность нагрузки наполовину. В этом случае половина отсекаемой мощности в нагрузке будет рассеиваться на транзисторе. Поэтому, если вы регулируете мощную нагрузку, то для начала поинтересуйтесь таким параметром, как мощность рассеивания транзистора и при необходимости не забывайте ставить транзисторы на радиаторы.

Два слова о каскадах

Бывает такое, что нужно увеличить выходную мощность (т.е. увеличить коллекторный ток). В этом случае используют параллельное включение необходимого числа транзисторов.

Естественно, они должны быть примерно одинаковыми по характеристикам. Но необходимо помнить, что максимальный суммарный коллекторный ток не должен превышать 1,6-1,7 от предельного тока коллектора любого из транзисторов каскада.
Тем не менее (спасибо wrewolf за замечание), в случае с биполярными транзисторами так делать не рекомендуется. Потому что два транзистора даже одного типономинала хоть немного, но отличаются друг от друга. Соответственно, при параллельном включении через них будут течь токи разной величины. Для выравнивания этих токов в эмиттерные цепи транзисторов ставят балансные резисторы.

Величину их сопротивления рассчитывают так, чтобы падение напряжения на них в интервале рабочих токов было не менее 0,7 В. Понятно, что это приводит к значительному ухудшению КПД схемы.

Может также возникнуть необходимость в транзисторе с хорошей чувствительностью и при этом с хорошим коэффициентом усиления. В таких случаях используют каскад из чувствительного, но маломощного транзистора (на рисунке — VT1), который управляет энергией питания более мощного собрата (на рисунке — VT2).

Резюме

Главное предназначение транзистора – управление большой силой тока с помощью малой силы тока, то есть с помощью маленького базового тока мы можем регулировать приличный коллекторный ток.

Есть критического значение базового тока, которые нельзя превышать, иначе сгорит переход база-эмиттер. Такая сила тока через базу возникает, если потенциал на базе будет более 5 Вольт в прямом смещении. Но лучше даже близко не приближаться к такому значению. Также не забывайте, чтобы открыть транзистор, на базе должен быть потенциал больше, чем 0,6-0,7 Вольт для кремниевого транзистора.

Резистор в базе служит для ограничения протекающего  тока через базу-эмиттер. Его значение выбирают в зависимости от режима работы схемы. В основном это граница насыщения транзистора, при котором коллекторный ток начинает принимать свои максимальные значения.

При проектировании схемы не забываем, что лишняя мощность рассеивается на транзисторе. Самый щадящий режим – это режим отсечки и насыщения, то есть лампа либо вообще не горит, либо горит на всю мощность. Самая большая мощность будет выделяться на транзисторе в том случае, если лампа горит в пол накала.

Литература по электронике

Наука, которая изучает транзисторы и другие приборы, называется электроника. Целый ее раздел посвящён полупроводниковым приборам. Если вам интересно получить больше информации о работе транзисторов, можно почитать следующие книги по этой тематике:

1. Цифровая схемотехника и архитектура компьютера — Дэвид М.
2. Операционные системы. Разработка и реализация — Эндрю Т.
3. Силовая электроника для любителей и профессионалов — Б. Ю. Семенов .

В этих книгах описываются различные средства программируемой электроники. Конечно же, в основе всех программируемых схем, лежат транзисторы. Благодаря этим книгам вы не только получите новые знания о транзисторах, но и навыки, которые, возможно, принесут вам доход.

Теперь вы знаете, как работают транзисторы, и где они применяются в жизни. Если вам интересна эта тема, продолжайте её изучать, ведь прогресс не стоит на месте, и все технические устройства постоянно совершенствуются. В этом деле очень важно идти в ногу со временем. Успехов вам!

Источники

• https://habr.com/ru/post/133136/
• https://principraboty.ru/princip-raboty-tranzistora/
• https://odinelectric.ru/knowledgebase/kak-rabotaet-tranzistor-i-gde-ispolzuetsya
• https://rusenergetics.ru/oborudovanie/skhema-tranzistora
• https://RadioStorage.net/1670-tranzistory-osnovnye-parametry-i-harakteristiki-markirovka-tranzistorov.html
• https://tokar.guru/hochu-vse-znat/tranzistor-vidy-primenenie-i-principy-raboty.html
• https://www.RusElectronic.com/chitaem-elektricheskie-skhemy-s-tranzistorami/

[свернуть]

Обзор блока питания Chieftronic PowerUp 850W (GPX-850FC)

В ассортименте блоков питания под торговой маркой Chieftronic появилась новая серия PowerUp, в которой представлены четыре модели мощностью от 550 до 850 Вт. К нам на тестирование поступила старшая модель — GPX-850FC. Данная серия позиционируется производителем в качестве доступного решения для геймеров. В качестве ключевых особенностей названы наличие сертификата 80Plus Gold и длина корпуса 140 мм.

Дизайн корпуса БП интересный благодаря использованию решетки необычной формы, выкрашенной в белый цвет. Правда, штампованная решетка имеет более высокое аэродинамическое сопротивление по сравнению с проволочным аналогом.

Упаковка БП представляет собой картонную коробку достаточной прочности с матовой полиграфией. В оформлении преобладают оттенки черного и серого цветов.

Характеристики

Все необходимые параметры указаны на корпусе блока питания в полном объеме, для мощности шины +12VDC заявлено значение 846 Вт. Соотношение мощности по шине +12VDC и полной мощности составляет 0,995, что является отличным показателем.

Провода и разъемы

Наименование разъема	Количество разъемов	Примечания
24 pin Main Power Connector	1	разборный
4 pin 12V Power Connector	—
8 pin SSI Processor Connector	2	разборные
6 pin PCI-E 1.0 VGA Power Connector	—
8 pin PCI-E 2.0 VGA Power Connector	6	на трех шнурах
4 pin Peripheral Connector	3	эргономичные
15 pin Serial ATA Connector	9	на трех шнурах
4 pin Floppy Drive Connector	—

Длина проводов до разъемов питания

• до основного разъема АТХ — 65 см
• до процессорного разъема 8 pin SSI — 65 см, плюс еще 15 см до второго такого же разъема (около 77 см до последнего разъема)
• до первого разъема питания видеокарты PCI-E 2.0 VGA Power Connector — 50 см, плюс еще 15 см до второго такого же разъема
• до первого разъема питания видеокарты PCI-E 2.0 VGA Power Connector — 50 см, плюс еще 15 см до второго такого же разъема
• до первого разъема питания видеокарты PCI-E 2.0 VGA Power Connector — 50 см, плюс еще 15 см до второго такого же разъема
• до первого разъема SATA Power Connector — 50 см, плюс 15 см до второго и еще 15 см до третьего такого же разъема
• до первого разъема SATA Power Connector — 50 см, плюс 15 см до второго и еще 15 см до третьего такого же разъема
• до первого разъема SATA Power Connector — 50 см, плюс 15 см до второго и еще 15 см до третьего такого же разъема
• до разъема Peripheral Connector («молекс») — 50 см, плюс 15 см до второго и еще 15 см до третьего такого же разъема, плюс еще 15 см до разъема питания FDD

Все без исключения провода являются модульными, то есть их можно снять, оставив лишь те, которые необходимы для конкретной системы.

Длина проводов является достаточной для комфортного использования в корпусах типоразмера full tower и более габаритных с верхним расположением блока питания. В корпусах высотой до 60 см с нижнерасположенным блоком питания длина проводов также должна быть достаточной: до последнего на шнуре разъема питания процессора — около 77 см. Таким образом, с большинством современных корпусов проблем быть не должно.

Разъемов SATA Power достаточное количество, и размещены они на трех шнурах питания. Единственное замечание к ним: все разъемы угловые, а использование таких разъемов не слишком удобно в случае накопителей, размещаемых с тыльной стороны основания для системной платы.

С положительной стороны стоит отметить использование ленточных проводов до всех разъемов, что повышает удобство при сборке.

Схемотехника и охлаждение

Блок питания оснащен активным корректором коэффициента мощности и имеет расширенный диапазон питающих напряжений от 100 до 240 вольт. Это обеспечивает устойчивость к понижению напряжения в электросети ниже нормативных значений.

Конструкция блока питания вполне соответствует современным тенденциям: активный корректор коэффициента мощности, синхронный выпрямитель для канала +12VDC, независимые импульсные преобразователи постоянного тока для линий +3.3VDC и +5VDC.

Высоковольтные силовые элементы установлены на двух радиаторах, отдельным теплоотводом оснащена входная диодная сборка, транзисторы синхронного выпрямителя установлены с оборотной стороны основной печатной платы, элементы импульсных преобразователей каналов +3.3VDC и +5VDC размещены на дочерней печатной плате, установленной вертикально, и, по традиции, дополнительных теплоотводов не имеют — это вполне типично для блоков питания с активным охлаждением.

Высоковольтный конденсатор, как и все остальные конденсаторы с жидким электролитом в данном блоке питания, представлен продукцией под торговой маркой ChengX. Напомним, что в серии PowerPlay все конденсаторы имели японское происхождение.

В блоке питания установлен вентилятор типоразмера 120 мм D12BH-12 (2300 об/мин), подключение двухпроводное, через разъем. Вентилятор основан на подшипнике качения, что подразумевает долгий срок его службы.

Измерение электрических характеристик

Далее мы переходим к инструментальному исследованию электрических характеристик источника питания при помощи многофункционального стенда и другого оборудования.

Величина отклонения выходных напряжений от номинала кодируется цветом следующим образом:

Цвет	Диапазон отклонения	Качественная оценка
	более 5%	неудовлетворительно
	+5%	плохо
	+4%	удовлетворительно
	+3%	хорошо
	+2%	очень хорошо
	1% и менее	отлично
	−2%	очень хорошо
	−3%	хорошо
	−4%	удовлетворительно
	−5%	плохо
	более 5%	неудовлетворительно

Работа на максимальной мощности

Первым этапом испытаний является эксплуатация блока питания на максимальной мощности продолжительное время. Такой тест с уверенностью позволяет удостовериться в работоспособности БП.

Кросс-нагрузочная характеристика

Следующим этапом инструментального тестирования является построение кросснагрузочной характеристики (КНХ) и представление ее на четвертьплоскости, ограниченной максимальной мощностью по шине 3,3&5 В с одной стороны (по оси ординат) и максимальной мощностью по шине 12 В с другой (по оси абсцисс). В каждой точке измеренное значение напряжения обозначается цветовым маркером в зависимости от отклонения от номинального значения.

КНХ позволяет нам определить, какой уровень нагрузки можно считать допустимым, особенно по каналу +12VDC, для тестируемого экземпляра. В данном случае отклонения действующих значений напряжения от номинала по каналу +12VDC не превышают 1% во всем диапазоне мощности, что является отличным результатом. При типичном распределении мощности по каналам отклонения от номинала не превышают 2% по каналу +3.3VDC, 1% по каналу +5VDC и 1% по каналу +12VDC.

Данная модель БП хорошо подходит для мощных современных систем из-за высокой практической нагрузочной способности канала +12VDC.

Нагрузочная способность

Следующий тест призван определить максимальную мощность, которую можно подать через соответствующие разъемы при нормированном отклонении значения напряжения в размере 3 или 5 процентов от номинала.

В случае видеокарты с единственным разъемом питания максимальная мощность по каналу +12VDC составляет не менее 150 Вт при отклонении в пределах 3%.

В случае видеокарты с двумя разъемами питания при использовании одного шнура питания максимальная мощность по каналу +12VDC составляет не менее 250 Вт при отклонении в пределах 3%.

В случае видеокарты с двумя разъемами питания при использовании двух шнуров питания максимальная мощность по каналу +12VDC составляет не менее 350 Вт при отклонении в пределах 3%, что позволяет использовать очень мощную видеокарту.

При нагрузке через четыре разъема PCI-E максимальная мощность по каналу +12VDC составляет не менее 540 Вт при отклонении в пределах 3%.

При нагрузке через разъем питания процессора максимальная мощность по каналу +12VDC составляет не менее 250 Вт при отклонении в пределах 3%. Этого вполне достаточно для типовых систем, у которых на системной плате есть только один разъем питания процессора.

При нагрузке через два разъема питания процессора максимальная мощность по каналу +12VDC составляет не менее 450 Вт при отклонении в пределах 3%. Это позволяет использовать десктопные платформы любого уровня, имея ощутимый запас.

В случае системной платы максимальная мощность по каналу +12VDC составляет свыше 150 Вт при отклонении 3%. Так как сама плата потребляет по данному каналу в пределах 10 Вт, высокая мощность может потребоваться для питания карт расширения — например, для видеокарт без дополнительного разъема питания, которые обычно имеют потребление в пределах 75 Вт.

Экономичность и эффективность

При оценке эффективности компьютерного блока питания можно идти двумя путями. Первый путь заключается в оценке компьютерного блока питания как отдельного преобразователя электрической энергии с дальнейшей попыткой минимизировать сопротивление линии передачи электрической энергии от БП к нагрузке (где и измеряется ток и напряжение на выходе БП). Для этого блок питания обычно подключается всеми имеющимися разъемами, что ставит разные блоки питания в неравные условия, так как набор разъемов и количество токоведущих проводов зачастую разное даже у блоков питания одинаковой мощности. Таким образом, хотя результаты получаются корректными для каждого конкретного источника питания, в реальных условиях полученные данные малоприменимы, поскольку в реальных условиях блок питания подключается ограниченным количеством разъемов, а не всеми сразу. Поэтому логичным представляется вариант определения эффективности (экономичности) компьютерного блока питания не только на фиксированных значениях мощности, включая распределение мощности по каналам, но и с фиксированным набором разъемов для каждого значения мощности.

Представление эффективности компьютерного блока питания в виде значения КПД (коэффициента полезного действия) имеет свои традиции. Прежде всего, КПД — это коэффициент, определяемый соотношением мощностей на выходе и на входе блока питания, то есть КПД показывает эффективность преобразования электрической энергии. Обычному же пользователю данный параметр почти ничего не скажет, за исключением того, что более высокий КПД вроде как говорит о большей экономичности БП и более высоком его качестве. Зато КПД стал отличным маркетинговым якорем, особенно в комбинацией с сертификатом 80Plus. Однако с практической точки зрения КПД не оказывает заметного влияния на функционирование системного блока: он не увеличивает производительность, не снижает шум или температуру внутри системного блока. Это просто технический параметр, уровень которого в основном определяется развитием промышленности в текущий момент времени и себестоимостью продукта. Для пользователя же максимизация КПД выливается в увеличение розничной цены.

С другой стороны, иногда нужно объективно оценить экономичность компьютерного блока питания. Под экономичностью мы тут подразумеваем потерю мощности при преобразовании электроэнергии и ее передаче к конечным потребителям. И для оценки этого КПД не нужен, так как можно использовать не отношение двух величин, а абсолютные значения: рассеиваемую мощность (разницу между значениями на входе и выходе блока питания), а также потребление энергии источником питания за определенное время (день, месяц, год и т. д.) при работе с постоянной нагрузкой (мощностью). Это позволяет легко увидеть реальную разницу в потреблении электроэнергии конкретными моделями БП и при необходимости рассчитать экономическую выгоду от использования более дорогих источников питания.

Таким образом, на выходе мы получаем понятный для всех параметр — рассеиваемую мощность, которая легко преобразуется в киловатт-часы (кВт·ч), которые и регистрирует счетчик электрической энергии. Умножив полученное значение на стоимость киловатт-часа, получим стоимость электрической энергии при условии эксплуатации системного блока круглосуточно в течение года. Подобный вариант, конечно, чисто гипотетический, но он позволяет оценить разницу между стоимостью эксплуатации компьютера с различными источниками питания в течение длительного периода времени и сделать выводы об экономической целесообразности приобретения конкретной модели БП. В реальных условиях высчитанное значение может достигаться за более долгий период — например, от 3 лет и более. При необходимости каждый желающий может разделить полученное значение на нужный коэффициент в зависимости от количества часов в сутках, в течение которых системный блок эксплуатируется в указанном режиме, чтобы получить расход электроэнергии за год.

Мы решили выделить несколько типовых вариантов по мощности и соотнести их с количеством разъемов, которое соответствует данным вариантам, то есть максимально приблизить методику измерения экономичности к условиям, которые достигаются в реальном системном блоке. Вместе с тем, это позволит оценивать экономичность разных блоков питания в полностью одинаковых условиях.

Нагрузка через разъемы	12VDC, Вт	5VDC, Вт	3.3VDC, Вт	Общая мощность, Вт
основной ATX, процессорный (12 В), SATA	5	5	5	15
основной ATX, процессорный (12 В), SATA	80	15	5	100
основной ATX, процессорный (12 В), SATA	180	15	5	200
основной ATX, процессорный (12 В), 6-контактный PCIe, SATA	380	15	5	400
основной ATX, процессорный (12 В), 6-контактные PCIe (1 шнур с 2 разъемами), SATA	480	15	5	500
основной ATX, процессорный (12 В), 6-контактные PCIe (2 шнура по 1 разъему), SATA	480	15	5	500
основной ATX, процессорный (12 В), 6-контактные PCIe (2 шнура по 2 разъема), SATA	730	15	5	750

Полученные результаты выглядят следующим образом:

Рассеиваемая мощность, Вт	15 Вт	100 Вт	200 Вт	400 Вт	500 Вт (1 шнур)	500 Вт (2 шнура)	750 Вт
Enhance ENP-1780	21,2	23,8	26,1	35,3	42,7	40,9	66,6
Super Flower Leadex II Gold 850W	12,1	14,1	19,2	34,5	45	43,7	76,7
Super Flower Leadex Silver 650W	10,9	15,1	22,8	45	62,5	59,2
High Power Super GD 850W	11,3	13,1	19,2	32	41,6	37,3	66,7
Corsair RM650 (RPS0118)	7	12,5	17,7	34,5	44,3	42,5
EVGA Supernova 850 G5	12,6	14	17,9	29	36,7	35	62,4
EVGA 650 N1	13,4	19	25,5	55,3	75,6
EVGA 650 BQ	14,3	18,6	27,1	47,2	61,9	60,5
Chieftronic PowerPlay GPU-750FC	11,7	14,6	19,9	33,1	41	39,6	67
Deepcool DQ850-M-V2L	12,5	16,8	21,6	33	40,4	38,8	71
Chieftec PPS-650FC	11	13,7	18,5	32,4	41,6	40
Super Flower Leadex Platinum 2000W	15,8	19	21,8	29,8	34,5	34	49,8
Chieftec CTG-750C-RGB	13	17	22	42,5	56,3	55,8	110
Chieftec BBS-600S	14,1	15,7	21,7	39,7	54,3
Cooler Master MWE Bronze 750W V2	15,9	22,7	25,9	43	58,5	56,2	102
Cougar BXM 700	12	18,2	26	42,8	57,4	57,1
Cooler Master Elite 600 V4	11,4	17,8	30,1	65,7	93
Cougar GEX 850	11,8	14,5	20,6	32,6	41	40,5	72,5
Cooler Master V1000 Platinum (2020)	19,8	21	25,5	38	43,5	41	55,3
Cooler Master V650 SFX	7,8	13,8	19,6	33	42,4	41,4
Chieftec BDF-650C	13	19	27,6	35,5	69,8	67,3
XPG Core Reactor 750	8	14,3	18,5	30,7	41,8	40,4	72,5
Deepcool DQ650-M-V2L	11	13,8	19,5	34,7	44
Deepcool DA600-M	13,6	19,8	30	61,3	86
Fractal Design Ion Gold 850	14,9	17,5	21,5	37,2	47,4	45,2	80,2
XPG Pylon 750	11,1	15,4	21,7	41	57	56,7	111
Thermaltake TF1 1550	13,8	15,1	17	24,2		30	42
Chieftronic PowerUp GPX-850FC	12,8	15,9	21,4	33,2	39,4	38,2	69,3
Thermaltake GF1 1000	15,2	18,1	21,5	31,5	38	37,3	65
MSI MPG A750GF	11,5	15,7	21	30,6	39,2	38	69

В целом данная модель находится на уровне решений с аналогичным уровнем сертификата, ничего выдающегося она не показывает, но и провалов нет. Это просто продукт на современной платформе с современными характеристиками.

Суммарная величина рассеиваемой мощности на средней и низкой нагрузке (до 400 Вт)

	Вт
Enhance ENP-1780	106,4
Super Flower Leadex II Gold 850W	79,9
Super Flower Leadex Silver 650W	93,8
High Power Super GD 850W	75,6
Corsair RM650 (RPS0118)	71,7
EVGA Supernova 850 G5	73,5
EVGA 650 N1	113,2
EVGA 650 BQ	107,2
Chieftronic PowerPlay GPU-750FC	79,3
Deepcool DQ850-M-V2L	83,9
Chieftec PPS-650FC	75,6
Super Flower Leadex Platinum 2000W	86,4
Chieftec CTG-750C-RGB	94,5
Chieftec BBS-600S	91,2
Cooler Master MWE Bronze 750W V2	107,5
Cougar BXM 700	99
Cooler Master Elite 600 V4	125
Cougar GEX 850	79,5
Cooler Master V1000 Platinum (2020)	104,3
Cooler Master V650 SFX	74,2
Chieftec BDF-650C	95,1
XPG Core Reactor 750	71,5
Deepcool DQ650-M-V2L	79
Deepcool DA600-M	124,7
Fractal Design Ion Gold 850	91,1
XPG Pylon 750	89,2
Thermaltake TF1 1550	70,1
Chieftronic PowerUp GPX-850FC	83,3
Thermaltake GF1 1000	86,3
MSI MPG A750GF	78,8

Впрочем, на низкой и средней мощности экономичность довольно высокая.

Потребление энергии компьютером за год, кВт·ч	15 Вт	100 Вт	200 Вт	400 Вт	500 Вт (1 шнур)	500 Вт (2 шнура)	750 Вт
Enhance ENP-1780	317	1085	1981	3813	4754	4738	7153
Super Flower Leadex II Gold 850W	237	1000	1920	3806	4774	4763	7242
Super Flower Leadex Silver 650W	227	1008	1952	3898	4928	4899
High Power Super GD 850W	230	991	1920	3784	4744	4707	7154
Corsair RM650 (RPS0118)	193	986	1907	3806	4768	4752
EVGA Supernova 850 G5	242	999	1909	3758	4702	4687	7117
EVGA 650 N1	249	1042	1975	3988	5042
EVGA 650 BQ	257	1039	1989	3918	4922	4910
Chieftronic PowerPlay GPU-750FC	234	1004	1926	3794	4739	4727	7157
Deepcool DQ850-M-V2L	241	1023	1941	3793	4734	4720	7192
Chieftec PPS-650FC	228	996	1914	3788	4744	4730
Super Flower Leadex Platinum 2000W	270	1042	1943	3765	4682	4678	7006
Chieftec CTG-750C-RGB	245	1025	1945	3876	4873	4869	7534
Chieftec BBS-600S	255	1014	1942	3852	4856
Cooler Master MWE Bronze 750W V2	271	1075	1979	3881	4893	4872	7464
Cougar BXM 700	237	1035	1980	3879	4883	4880
Cooler Master Elite 600 V4	231	1032	2016	4080	5195
Cougar GEX 850	235	1003	1933	3790	4739	4735	7205
Cooler Master V1000 Platinum (2020)	305	1060	1975	3837	4761	4739	7054
Cooler Master V650 SFX	200	997	1924	3793	4751	4743
Chieftec BDF-650C	245	1042	1994	3815	4991	4970
XPG Core Reactor 750	202	1001	1914	3773	4746	4734	7205
Deepcool DQ650-M-V2L	228	997	1923	3808	4765
Deepcool DA600-M	251	1049	2015	4041	5133
Fractal Design Ion Gold 850	262	1029	1940	3830	4795	4776	7273
XPG Pylon 750	229	1011	1942	3863	4879	4877	7542
Thermaltake TF1 1550	252	1008	1901	3716		4643	6938
Chieftronic PowerUp GPX-850FC	244	1015	1940	3795	4725	4715	7177
Thermaltake GF1 1000	265	1035	1940	3780	4713	4707	7139
MSI MPG A750GF	232	1014	1936	3772	4723	4713	7174

Температурный режим

В данном случае в диапазоне мощности до 750 Вт термонагруженность конденсаторов находится на невысоком уровне, однако на максимальной мощности термонагруженность уже в лучшем случае удовлетворительная. Это не очень удивительно: рассматриваемая модель является старшей в линейке, а сама линейка сравнительно бюджетная.

Акустическая эргономика

При подготовке данного материала мы использовали следующую методику измерения уровня шума блоков питания. Блок питания располагается на ровной поверхности вентилятором вверх, над ним на расстоянии 0,35 метра размещается измерительный микрофон шумомера Октава 110А-Эко, которым и производится измерение уровня шума. Нагрузка блока питания осуществляется при помощи специального стенда, имеющего бесшумный режим работы. В ходе измерения уровня шума осуществляется эксплуатация блока питания на постоянной мощности в течение 20 минут, после чего производится замер уровня шума.

Подобное расстояние до объекта измерения является наиболее приближенным для настольного размещения системного блока с установленным блоком питания. Данный метод позволяет оценить уровень шума блока питания в жестких условиях с точки зрения небольшого расстояния от источника шума до пользователя. При увеличении расстояния до источника шума и появлении дополнительных преград, имеющих хорошую звукоотражающую способность, уровень шума в контрольной точке также будет снижаться, что приведет к улучшению акустической эргономики в целом.

Шум блока питания находится на сравнительно низком уровне (ниже среднетипичного) при работе на мощности до 750 Вт включительно. Такой шум будет малозаметен на фоне типичного фонового шума в помещении в дневное время суток, особенно при эксплуатации данного блока питания в системах, не имеющих какой-либо звукошумовой оптимизации. В типичных бытовых условиях большинство пользователей оценивает устройства с подобной акустической эргономикой как относительно тихие.

При работе на мощности 850 Вт уровень шума данной модели приближается к среднетипичному значению при расположении БП в ближнем поле. При более значительном удалении блока питания и размещении его под столом в корпусе с нижним расположением БП такой шум можно будет трактовать как находящийся на уровне ниже среднего. В дневное время суток в жилом помещении источник с подобным уровнем шума будет не слишком заметен, особенно с расстояния в метр и более, и тем более он будет малозаметен в офисном помещении, так как фоновый шум в офисах обычно выше, чем в жилых помещениях. В ночное время суток источник с таким уровнем шума будет хорошо заметен, спать рядом будет затруднительно. Подобный уровень шума можно считать комфортным при работе за компьютером.

Таким образом, с точки зрения акустической эргономики данная модель обеспечивает комфорт при выходной мощности в пределах 850 Вт.

Также мы оцениваем уровень шума электроники блока питания, поскольку в некоторых случаях она является источником нежелательных призвуков. Данный этап тестирования осуществляется путем определения разницы между уровнем шума в нашей лаборатории с включенным блоком питания и с выключенным. В случае, если полученное значение находится в пределах 5 дБА, никаких отклонений в акустических свойствах БП нет. При разнице более 10 дБА, как правило, есть определенные дефекты, которые можно услышать с расстояния около полуметра. На данном этапе измерений микрофон шумомера располагается на расстоянии около 40 мм от верхней плоскости БП, так как на бо́льших расстояниях измерение шума электроники весьма затруднительно. Измерение производится в двух режимах: дежурном режиме (STB, или Stand by) и при работающем на нагрузку БП, но с принудительно остановленным вентилятором.

В режиме ожидания шум электроники почти полностью отсутствует. В целом шум электроники можно считать относительно невысоким: превышение фонового шума составило около 6 дБА.

Потребительские качества

Потребительские качества Chieftronic PowerUp 850W находятся на хорошем уровне. Нагрузочная способность канала +12VDC высокая, что позволяет использовать данный БП в достаточно мощных системах с одной или двумя видеокартами. Акустическая эргономика хоть и не выдающаяся, но при работе во всем диапазоне мощности шум невысокий. Длина проводов у БП достаточная для комфортного использования в современных корпусах. Стоит отметить установленный вентилятор на подшипнике качения с высоким сроком службы. Недостатком можно считать повышенную термонагруженность при работе на мощности свыше 750 Вт, что может негативно сказаться на сроке службы конденсаторов.

Итоги

Серия блоков питания PowerUp располагается у Chieftronic на ступеньку ниже, чем PowerPlay, представителей которой мы уже рассматривали. При схожей в целом конструкции тут используется более бюджетная платформа — того же, впрочем, производителя (CWT). Также у БП PowerUp отсутствует переключатель, позволяющий выбрать режим работы системы охлаждения, потому что гибридного режима у них не предусмотрено, вентилятор вращается постоянно. Кроме того, в новой серии использованы конденсаторы ChengX, которые не очень популярны среди знатоков, вместо Nichicon и Nippon Chemi-Con, которые были установлены в серии PowerPlay. С другой стороны, техническая реализация у Chieftronic PowerUp 850W вполне достойная, заметных провалов наше тестирование не выявило.

Биполярный переходной транзистор

| Электронные учебники | Повязки Mepits

BJT Transistor

Bipolar Junction Transistor — это трехслойное полупроводниковое устройство , которое имеет широкий спектр применения в полупроводниковой промышленности. Три слоя эмиттер, база и коллектор BJT-транзистора сформированы путем объединения альтернативных слоев P и N. Эмиттер — это сильно легированная область BJT-транзистора, которая обеспечивает основные носители в базовой области.Базовая область представляет собой тонкую, слегка легированную область, зажатую между эмиттером и коллектором. Основные носители из эмиттера проходят через базовую область, и их поток может контролироваться извне. Коллекторная область умеренно легирована. В конце концов, основные носители эмиттера собираются в области коллектора BJT-транзистора.

BJT-транзистор может быть сконструирован двумя способами. В одном методе N-слой помещается между двумя P-слоями, называемыми PNP-транзистором , а в другом P-слой помещается между двумя N-слоями, называемыми NPN-транзисторами.

Структура и обозначение биполярного переходного транзистора — транзистор NPN, транзистор PNP

Структура и обозначение схемы транзистора PNP и NPN показаны на рисунках выше. В транзисторе NPN электроны являются основными носителями, а в транзисторе PNP дырки являются основными носителями. Подвижность электронов выше, чем у дырок, поэтому в электронных схемах предпочтительнее использовать NPN-транзисторы.Все остальные свойства транзистора NPN и транзистора PNP одинаковы.

Работа транзистора BJT Биполярный транзистор

можно определить как трехконтактное устройство с управляемым током. Биполярный транзистор работает аналогично водопроводному крану. Количество воды, протекающей по трубе, можно контролировать, перемещая ручку крана. Точно так же поток основных носителей от эмиттера к коллектору можно контролировать с помощью тока базы. Управляемая мощность может быть выше, чем входная управляющая мощность.Следовательно, BJT-транзистор может использоваться как усилитель .

Работа транзистора BJT — транзистор NPN

На рисунке показана наиболее распространенная конфигурация транзистора NPN. Здесь соединение эмиттер-база смещено в прямом направлении, а соединение коллектор-база — в обратном.То есть для транзистора NPN база более положительна по отношению к эмиттеру, а коллектор более положительна по отношению к базе. Когда цепь включена, более высокий потенциал в базовой области NPN-транзистора притягивает электроны от эмиттера NPN-транзистора к себе. Электронный поток, который достигает базовой области NPN-транзистора, снова притягивается более положительным напряжением коллекторной области NPN-транзистора. Через базовый вывод NPN-транзистора проходит очень небольшой ток, поскольку он очень тонкий и слегка легированный, поэтому движение электронов вниз ограничивается его более высоким сопротивлением (для движения вниз требуется большая длина и небольшая площадь).

Текущие компоненты БЮТ-транзистора

Когда BJT-транзистор не смещен, то есть на его переходах нет падения напряжения и, следовательно, через него не течет ток. Если соединение эмиттер-база имеет значение с прямым смещением , а соединение коллектор-база имеет значение с обратным смещением , напряжение на устройстве заставляет электроны от эмиттера течь к коллектору. При этом электроны проходят через слаболегированную базовую область P-типа, и некоторые электроны рекомбинируют с дырками.Следовательно, ток коллектора меньше, чем ток эмиттера. Ток эмиттера, базовый ток и ток коллектора могут быть связаны между собой.

Ток эмиттера = Базовый ток + Ток коллектора

В основном, три параметра используются для определения характеристик транзистора BJT. Текущий коэффициент усиления, базовый транспортный коэффициент, параметры эффективности инжекции эмиттера показывают характеристики транзистора NPN и транзистора PNP.

(а).Коэффициент усиления по току

Коэффициент усиления тока в BJT-транзисторе определяется как отношение выходного тока к его входному току. В общей базовой конфигурации коэффициент усиления тока представляет собой отношение тока коллектора к току эмиттера.

α = Ic / Ie

(б). Базовый транспортный коэффициент

Определяется как коэффициент базового тока, необходимый для передачи тока эмиттера на коллектор BJT-транзистора. Базовый транспортный коэффициент — это отношение тока коллектора к току базы BJT-транзистора.То есть это отношение выходного тока к входному в конфигурации с общим эмиттером.

β = Ic / Ib

(в). Эффективность впрыска эмиттера

Эффективность инжекции эмиттера в BJT-транзисторе определяет эффективность инжекции основной несущей из эмиттера. Это отношение тока основных носителей эмиттера к полному току эмиттера. Он определяет способность эмиттера к инжекции. Сильнолегированная область будет иметь высокий коэффициент инжекции.

Режимы работы биполярного транзистора

BJT-транзистор можно смоделировать как два PN перехода, соединенных спина к спине. В зависимости от приложения каждый переход может иметь прямое или обратное смещение независимо. Таким образом, существует четыре различных метода смещения.

(а). Прямо-активный режим

В прямом активном режиме биполярного транзистора соединение эмиттер-база смещено в прямом направлении, а соединение база-коллектор смещено в обратном направлении. Когда транзистор работает в этом режиме, ток коллектора линейно увеличивается с увеличением тока базы.Поэтому, когда BJT-транзистор используется в качестве усилителя, он смещается для работы в активном режиме .

(б). Обратно-активный режим

Обратный активный режим также называется обратный активный , потому что его условия смещения прямо противоположны условиям прямого активного режима. То есть переход эмиттер-база смещен в обратном направлении, а переход коллектор-база смещен в прямом направлении.

BJT-транзистор является симметричным, поэтому, если условия смещения инвертируются, эмиттер и коллектор транзистора меняются местами, и ток течет в противоположном направлении.Из-за разницы в концентрации легирования и размерах области коллектора и эмиттера коэффициент усиления по току транзистора в два-три раза меньше, чем в прямом активном режиме.

(в). Режим насыщенности

В режиме насыщения переходы эмиттер-база и коллектор-база смещены в прямом направлении. Максимальный ток протекает через транзистор, потому что ширина обеднения в обоих переходах очень мала. BJT-транзистор в этом режиме ведет себя как замкнутый переключатель.

(г).Режим отключения

Переходы эмиттер-база и коллектор-база имеют обратное смещение в режиме отсечки. В этом режиме транзистор неактивен, т.е. ток не течет от эмиттера к коллектору. Транзистор в режиме отключения ведет себя как открытый переключатель.

Три режима конфигурации транзистора аналогичны движению автомобиля. Активный режим движения вперед — это когда автомобиль движется со средней скоростью, и ее скорость может регулироваться печенью акселератора. Точно так же ток в транзисторе в прямом активном режиме контролируется током базы.

Режим отключения — это когда двигатель автомобиля выключен, и даже если акселератор нажат на максимум, ничего не происходит. Аналогично для транзистора в режиме отсечки коллекторный ток близок к нулю, увеличение тока базы на него не влияет.

Насыщение в BJT-транзисторе аналогично автомобилю, движущемуся с крутого холма, так что он уже достиг максимальной скорости. Дальнейшее увеличение скорости автомобиля в этом состоянии невозможно. Для транзистора в области насыщения через устройство протекает максимальный ток.Увеличение базового тока не влияет на ток коллектора.

Режимы работы биполярного переходного транзистора (BJT-транзистор)

BJT-транзистор настроен на работу в режиме насыщения и отсечки для приложений, когда он используется в качестве переключателя. BJT-транзистор в режиме отсечки ведет себя как открытый переключатель, а транзистор в режиме насыщения ведет себя как закрытый переключатель.

Для таких приложений, как усилители, NPN-транзистор и PNP-транзистор смещены для работы в активном режиме.BJT-транзистор усиливает сигнал, подаваемый на клемму базы, не влияя на другие параметры.

Конфигурация транзистора BJT

В электронных схемах, в зависимости от применения, транзистор NPN и транзистор PNP могут быть сконфигурированы как с общей базой, с общим коллектором или с общим эмиттером . Термин «общий» означает, что терминал является общим как для входа, так и для выхода. Лучший способ определить конфигурацию транзистора NPN и транзистора PNP в сложной электронной схеме — это проверить клеммы, к которым подключен вход и выход.Тогда мы можем сделать вывод, что третья клемма является общей клеммой.

(а). Общая конфигурация эмиттера

Это наиболее часто используемая конфигурация транзистора BJT. В этом случае , входное напряжение подается на переход база-эмиттер , а выходное напряжение — на переход коллектор-эмиттер . Коэффициент усиления по напряжению, коэффициент усиления по току и коэффициент усиления по мощности конфигурации с общим эмиттером высоки по сравнению с другими конфигурациями транзисторов. Поскольку входной сигнал подается через смещенный в прямом направлении переход, входное сопротивление усилителя с общим эмиттером низкое.Выходное сопротивление велико, так как выходной сигнал проходит через смещенный в обратном направлении переход. Еще одним важным свойством общей конфигурации эмиттера является то, что его выход сдвинут по фазе на 180 градусов.

Конфигурация общего эмиттера NPN-транзистора

(б). Общая базовая конфигурация

В общей базовой конфигурации BJT-транзистора вход подается на вывод эмиттера , а выход — через вывод коллектора .Он используется в приложениях, где требуется низкий входной импеданс и высокий выходной импеданс. В отличие от обычного эмиттера, в общей базовой конфигурации вход и выход находятся в одной фазе. На следующем рисунке показан транзистор PNP, подключенный с общей базой.

Общая базовая конфигурация транзистора PNP

(в). Конфигурация общего коллектора

Конфигурация общего коллектора BJT-транзистора также называется повторителем напряжения или эмиттерным повторителем .В этом случае коллектор является общим как для ввода, так и для вывода. Как показано на рисунке ниже, вход подключен к переходу база-коллектор с обратным смещением , а выход — к переходу эмиттер-коллектор с прямым смещением. Следовательно, входное сопротивление велико, а выходное сопротивление низкое, и в приложениях для согласования импеданса используется общая конфигурация коллектора. Это дает высокий коэффициент усиления по току, но коэффициент усиления по напряжению в конфигурации с общим коллектором меньше единицы.

Конфигурация общего коллектора NPN-транзистора

Форматы кодирования, используемые для транзистора

1.Система JIS

JIS — это аббревиатура от японского промышленного стандарта, используемого в Японии. Используемый формат —

• Цифра — 2 — это цифра, используемая для транзисторов.
• Письма:

• Порядковый номер — этот номер может находиться в диапазоне от 10 до 9999.
• Суффикс — необязательно. Он указывает тип, одобренный японскими организациями.

Примеры: Транзисторы, использующие формат кодирования JIS:

• 2SC733 — Это транзистор. SC означает, что они относятся к ВЧ-транзистору NPN. 733 — это порядковый номер. Суффикс здесь не используется.
• 2SA1187, 2SB646 — другие примеры транзисторов, которые подпадают под формат кодирования JIS.

2. Система JEDEC

JEDEC — это аббревиатура от Joint Electron Device Engineering Council.Эта система имеет формат, указанный ниже:

• Цифра — для транзисторов используется цифра 2.
• Буква — буква «N» используется всегда.
• Порядковый номер — может варьироваться от 100 до 9999. Он используется, чтобы показать, когда впервые появился транзистор.
• Суффикс — необязательно. Если он включен в формат нумерации, то суффикс означает усиление устройства.

A — Низкое усиление, B — Среднее усиление, C — Высокое усиление.

Примеры: 2N3906 — это транзистор PNP, входящий в систему JEDEC.

3. Pro — Электронная система

• Две буквы — Первая буква указывает на материал, из которого изготовлен транзистор, а вторая буква указывает на применение транзистора.
• Первая буква может быть любой из них, как указано ниже:
• Вторая буква может быть любой из них, как указано в таблице.
• [письмо] — необязательно. Он указывает, используется ли транзистор для коммерческого или промышленного применения. Обычно для обозначения этого используются буквы W, X, Y, Z.
• Последовательный номер — может быть любым числом от 100 до 9999.
• Суффикс — необязательно.

Примеры: BC107, BD139, AD140 и т. Д.

Советы и хитрости — Как читать код транзистора?

Следуя простым советам и рекомендациям, приведенным ниже, вы легко сможете определить свой транзистор.

• Сначала поймите и изучите JIS, JEDEC и формат электронного кодирования транзистора.

• Теперь прочтите числа, напечатанные на электронном компоненте транзистора.

• Определите используемую систему кодирования, т. Е. Проверьте, принадлежит ли она к системе кодирования JIS, JEDEC и Pro-electronic.
• Если код транзистора начинается с «2N», следуйте системе JEDEC, «2 с двумя буквами», затем используйте формат JIS, «Две буквы», затем используйте систему Pro-Electron.

• После определения формата кодирования (JIS / JEDEC / Pro-Electron) следуйте правилам и шагам, описанным в разделе «Форматы кодирования для транзисторов» выше для конкретной системы кодирования.
• Теперь просмотрите каталог транзисторов, чтобы получить более подробную информацию о работе электронных компонентов, спецификациях, характеристиках, применении и т. Д. Также убедитесь, что выбранный транзистор подходит для выбранного вами проекта / приложения DIY…

Обычно система кодирования Pro-Electron используется чаще, чем система JEDEC.Но оба они используются многими производителями устройств для кодирования транзисторов. Система кодирования действительно полезна и помогает легко идентифицировать.

Примечание: Помимо систем кодирования JIS, JEDEC и Pro-Electron, некоторые производители электронных компонентов выпускают свои собственные типы для коммерческих целей. Некоторыми примерами для этого являются ZTX302, TIS43 и т. Д. Здесь символы представляют конкретного производителя. Некоторые из них приведены в таблице ниже:

Глава 8: Транзисторы [Analog Devices Wiki]

В этой главе мы рассмотрим наши первые активные устройства.

8.1 Основные принципы

Активное устройство — это компонент любого типа, способный электрически управлять потоком тока (управлять одним электрическим сигналом другим электрическим сигналом). Чтобы схему можно было назвать электронной, она должна содержать хотя бы одно активное устройство. Все активные устройства контролируют прохождение тока через них. Один тип активного устройства использует напряжение для управления током, в то время как другой тип активных устройств использует другой ток в качестве управляющего сигнала.Устройства, использующие напряжение в качестве управляющего сигнала, неудивительно, называются устройствами, управляемыми напряжением. Устройства, работающие по принципу контроля одного тока другим током, известны как устройства с регулируемым током. Первым успешно продемонстрированным типом транзисторов стало устройство с регулируемым током.

В качестве примечания: происхождение термина «транзистор» — это сокращение от «варистор крутизны», поскольку предложенный Bell Telephone Laboratories. Иногда это ошибочно приписывают сокращению трансрезистентности.

Простой и общий вид такого устройства показан на рисунке 8.1.1. Имеет три терминала; назовем их пока X, Y и Z. Предположим также, что управляемый ток течет на клемму X и выводит ее обратно на клемму Y. Третья клемма, Z, является клеммой управления. Чтобы описать функцию этого блока, нам сначала нужно определить токи на клеммах IX _{, IY и IZ , и напряжения на клеммах VXY и VZY , как показано на рисунке.Поскольку ток течет на клемму X, мы обычно предполагаем, что напряжение на клемме X больше, чем на клемме Y, а напряжение VXY является положительным числом. То же самое можно сказать и о напряжении на клемме Z относительно клеммы Y, и о напряжении VZY является положительным числом.}

Рисунок 8.1.1 Общая модель

В случае устройства, управляемого током, предположим, что управляющий ток IZ, _{протекает на клемму Z и выходит обратно на клемму Y.Сохранение заряда говорит нам, что сумма токов, текущих в коробку, должна равняться сумме текущих токов. Таким образом, IY = IX + IZ . Чтобы сделать устройство полезным, было бы желательно, чтобы управляющий ток IZ был очень мал по сравнению с гораздо большим управляемым током IX . Отношение IX к IZ является коэффициентом усиления устройства, и для обозначения этого коэффициента используется греческая буква β (бета).Отношение IX к IY , которое всегда меньше единицы, также является мерой усиления устройства и чаще всего обозначается греческой буквой α (альфа).}

Для устройства, управляемого напряжением, давайте предположим, как мы делали раньше, что ток течет на клемму X и выходит на клемму Y. Напряжение на клемме Z теперь управляет величиной тока на клеммах X и Y. относительно одного из двух других терминалов, и здесь мы будем использовать терминал Y для наших целей.Кроме того, поскольку в этом случае управляющим сигналом является напряжение, мы будем предполагать, что ток не течет на клемму Z (или не выходит из нее). Сравнивая это с устройством, управляемым током, мы можем сказать, что α = 1 и β бесконечно. Соотношение между выходным током и управляющим напряжением, выраженное в амперах / вольт, является размерной проводимостью, и для обозначения проводимости чаще всего используется буква g . Этот параметр транзистора называется крутизной, и обычно используется gm .

Мы также можем описать дополнительные устройства, изменив направление токов на обратное, так что теперь управляемый ток течет из клеммы X в клемму Y, как показано на рисунке 8.1.2. Поскольку направление тока теперь меняется на противоположное, мы обычно предполагаем, что напряжение на Y больше, чем на клемме X, а напряжение VXY является отрицательным числом. То же самое можно сказать и о напряжении на клемме Z относительно клеммы Y, и о напряжении VZY является отрицательным числом.Для случая с управлением по току мы также меняем направление управляющего тока I _Z , который теперь вытекает из клеммы Z.

Рисунок 8.1.2 Дополнительная модель

Подводя итог, мы описали четыре типа активных устройств: источник тока, управляемый положительным током, и его дополнительную отрицательную форму, а также источник тока, управляемый положительным напряжением, и его дополнительную отрицательную форму.

8.1.1 Характеристики простой модели

Теперь мы рассмотрим передаточные характеристики этих простых моделей транзисторов и то, как их можно модифицировать или расширять, чтобы сделать их более реалистичными.Сначала мы рассмотрим характеристики выходного тока в зависимости от выходного напряжения простого (идеального) источника тока, управляемого напряжением, при ступенчатом изменении напряжения на управляющем входе. Результаты для управляемого источника с крутизной 1 мА / В показаны на рисунке 8.1.3, поскольку В _XY изменяется от 0 до 5 В, а управляющее напряжение В _ZY ступенчато. с шагом 0,4 В от 0,1 В до 2,1 В . Идеальный источник тока с регулируемым током должен иметь по существу те же характеристики, за исключением того, что каждая горизонтальная линия будет представлять другой управляющий ток (на клемме Z), а не другое управляющее напряжение.

Рисунок 8.1.3 Характеристики источника тока с идеальным управлением напряжением (или током)

Из этих характеристических кривых мы можем узнать следующее; во-первых, ток действительно не зависит от напряжения на клеммах X и Y. Во-вторых, ток I _XY равен 1 мА на вольт, приложенный к клемме Z по отношению к клемме X (рисунок 8.1.1). Однако очевидна одна вещь, которая не может произойти в реальном устройстве, и это то, что I _XY имеет значение, отличное от нуля, когда напряжение V _XY равно нулю.Это означает, что устройство содержит источник энергии, и мы знаем, что это невозможно. В противном случае у нас было бы решение мирового энергетического кризиса. Более реалистичный набор характеристик больше похож на показанный на рисунке 8.1.4.

Кривые, подобные приведенным на рисунке 8.1.4, имеют больше физического смысла, но все же обладают некоторыми свойствами, которых не могут иметь реальные устройства. На графике видны резкие изломы кривых, где наклонная линия, проходящая через начало координат, пересекает горизонтальную линию при постоянном контролируемом значении тока.Этот переход никогда не может быть таким резким и должен каким-то образом плавно переходить от одной линии к другой.

Еще одним свойством этих простых кривых является идеально горизонтальный характер линий тока и напряжения. Реальное устройство покажет некоторое изменение, обычно увеличение из-за конечного реального сопротивления, с напряжением на X и Y.

Рисунок 8.1.4 Ток VCCS должен быть равен нулю, если В _XY = 0

Более полная сложная математическая модель реального физического транзистора показана на рисунке 8.1.5. Мы рассмотрим эту более полную модель в следующих разделах этой главы.

Рисунок 8.1.5 Сложная математическая модель устройства

8.2 Обозначения транзисторов

Этим базовым моделям активных устройств соответствуют четыре типа транзисторов. Их схематические символы показаны на рисунке 8.2.1. Управляемым током устройством n-типа является биполярный транзистор NPN (BJT). Управляемым по току устройством p-типа является PNP BJT.Устройство n-типа, управляемое напряжением, представляет собой NMOS FET (металлооксидный полупроводниковый полевой транзистор). И, наконец, управляемое напряжением устройство p-типа — PMOS FET. Вместо того, чтобы давать клеммам устройства общие имена, такие как X, Y и Z, установленное соглашение для BJT — Коллектор и Эмиттер для клемм источника тока и База для клеммы управления током. Точно так же условное обозначение для устройства MOS — сток и источник для клемм источника тока и затвор для клеммы управления напряжением,

Рисунок 8.2.1 символы транзисторов

Примечание. Если читатель не занимается производством устройства, обычно менее важно понимать внутреннюю работу транзисторов. Описания, которые можно получить, углубляясь в внутренние свойства, не особенно подходят для схемотехники и могут быть трудными для полного понимания. Скорее для анализа и проектирования схем обычно достаточно понять внешние свойства транзисторов, рассматривая их более или менее как черный ящик. Добавление некоторого обсуждения тонкостей, которые возникают из-за физики, происходящей внутри черного ящика, конечно, необходимо для надежного проектирования схем.

8.3 Основные сведения о биполярных переходных транзисторах

Транзистор с биполярным переходом (BJT) представляет собой электронное устройство с тремя выводами, построенное из легированного полупроводникового материала, и может использоваться в приложениях для усиления или переключения. Биполярные транзисторы названы так потому, что в их работе участвуют как электроны, так и дырки. Поток заряда в BJT обусловлен двунаправленной диффузией носителей заряда через соединение между двумя областями с разной концентрацией заряда. По своей конструкции большая часть тока коллектора БЮТ связана с потоком зарядов, вводимых от эмиттера с высокой концентрацией в базу, где они являются неосновными носителями, которые диффундируют к коллектору, и поэтому БЮТ классифицируются как устройства с неосновными носителями. в отличие от транзисторов с большинством носителей, таких как полевые транзисторы, в которых только основные носители участвуют в протекании тока из-за дрейфа.

Типичное поперечное сечение планарного NPN-транзистора показано на рисунке 8.3.1. NPN-транзистор можно рассматривать как два диода с PN-переходом с очень тонким общим анодом, P-слоем. При типичной работе переход база-эмиттер смещен в прямом направлении, а переход база-коллектор — в обратном направлении. В NPN-транзисторе, например, когда положительное напряжение прикладывается к переходу база-эмиттер, равновесие между термически генерируемыми носителями и отталкивающим электрическим полем обедненной области становится несбалансированным, позволяя термически возбужденным электронам инжектироваться в базовую область.Эти электроны блуждают (или «диффундируют») через очень тонкую базу из области высокой концентрации рядом с эмиттером в сторону области низкой концентрации возле коллектора. Электроны в базе называются неосновными носителями, потому что база легирована p-типом, что делает дырки основными носителями в базе.

Рисунок 8.3.1 Поперечное сечение планарного NPN-транзистора

Чтобы свести к минимуму процент носителей, которые рекомбинируют перед достижением слоя истощения коллекторно-базового перехода, базовая область транзистора должна быть достаточно тонкой, чтобы носители могли диффундировать по ней за гораздо меньшее время, чем время жизни неосновных носителей полупроводника.В частности, толщина основания должна быть намного меньше диффузионной длины электронов. Коллектор-база-переход имеет обратное смещение, и поэтому инжекция электронов от коллектора к базе происходит незначительно, но электроны, которые диффундируют через базу к коллектору, уносятся в коллектор электрическим полем в обедненной области коллектор-база. соединение. Тонкая общая база и асимметричное легирование коллектор-эмиттер — это то, что отличает биполярный транзистор от двух отдельных диодов с противоположным смещением, установленных последовательно.

8.3.1 Контроль напряжения, тока и заряда

Ток коллектора-эмиттера можно рассматривать как управляемый током база-эмиттер (управление током) или напряжением база-эмиттер (управление напряжением). Эти представления связаны между собой соотношением тока и напряжения в переходе база-эмиттер, которое представляет собой обычную экспоненциальную кривую вольт-амперной характеристики PN-перехода (диода).

Физическое объяснение тока коллектора — это количество заряда неосновных носителей заряда в базовой области.

Подробные модели действия транзистора, такие как модель Гаммеля-Пуна, явно объясняют распределение этого заряда, чтобы более точно объяснить поведение транзистора. Представление управления зарядом легко обрабатывает фототранзисторы, где неосновные носители в базовой области создаются за счет поглощения фотонов, и управляет динамикой выключения или временем восстановления, которое зависит от заряда в рекомбинации базовой области. Однако, поскольку базовый заряд не является сигналом, видимым на клеммах, при проектировании и анализе схем обычно используются режимы управления током и напряжением.

При проектировании аналоговых схем иногда используется представление управления током, поскольку оно приблизительно линейно. То есть ток коллектора примерно? _F раз больше тока базы. Некоторые базовые схемы могут быть спроектированы, исходя из предположения, что напряжение эмиттер-база примерно постоянное, а ток коллектора в бета умножен на ток базы. Однако для точного и надежного проектирования надежных цепей BJT чаще используется модель управления напряжением (например, Ebers-Moll).Модель управления напряжением требует учета экспоненциальной функции. Следующее уравнение для тока коллектора I _C показывает экспоненциальную зависимость от V _BE .

Достаточно стандартный транзистор, работающий при токе около 100 мкА, может иметь В _BE около 650 мВ при комнатной температуре, где q / kT составляет около 0,039 / мВ (или тепловое напряжение kT / q составляет 25 мВ). Экспоненциальный множитель в уравнении будет порядка 10 ¹¹ .В этом случае мы можем безопасно опустить член -1 в уравнении без серьезной ошибки. Беря натуральный логарифм, мы получаем уравнение для V _BE .

Когда эта экспонента линеаризуется так, что транзистор может быть смоделирован как крутизна, как в модели Эберса-Молла, проектирование таких схем, как усилители, снова становится в основном линейной проблемой, поэтому часто предпочтительнее рассматривать управление напряжением. Для транслинейных схем, в которых экспоненциальная кривая I- В является ключевой для работы, транзисторы обычно моделируются как управляемые по напряжению с крутизной, пропорциональной току коллектора.Как правило, проектирование схем на уровне транзисторов выполняется с использованием SPICE или аналогичного имитатора аналоговых схем, поэтому математическая сложность модели обычно не имеет большого значения для разработчика.

8.3.2 Транзистор альфа и бета

Доля электронов, способных пересечь базу и достигнуть коллектора, является мерой эффективности BJT. Асимметричное сильное легирование эмиттерной области и легкое легирование базовой области вызывает инжекцию гораздо большего количества электронов из эмиттера в базу, чем дырок, инжектируемых из базы в эмиттер.Общий эмиттер — ток усиление представлено как ß _F или h _fe и является приблизительно отношением постоянного тока коллектора к постоянному току базы в прямой активной области. Обычно оно больше 100 для малосигнальных транзисторов, но может быть меньше для транзисторов, предназначенных для мощных приложений. Другой важный параметр — коэффициент усиления по току общей базы, _F . Коэффициент усиления по току с общей базой приблизительно равен коэффициенту усиления по току от эмиттера к коллектору в прямой активной области.Это отношение обычно имеет значение, близкое к единице; между 0,98 и 0,998. Альфа и бета более точно связаны следующими тождествами (транзистор NPN):

Биполярный транзистор состоит из трех областей полупроводника с различными легировками: области эмиттера, области базы и области коллектора. Этими областями являются, соответственно, тип p , тип n и тип p в PNP и тип p , тип p и тип n в транзисторе NPN.Каждая полупроводниковая область подключена к клемме, обозначенной соответствующим образом: эмиттер (E), база (B) и коллектор (C).

База физически расположена между эмиттером и коллектором и изготовлена ​​из слегка легированного материала с высоким сопротивлением. Коллектор окружает эмиттерную и базовую области (рисунок 8.3.1), что делает практически невозможным выход электронов, инжектированных в базовую область из эмиттерной области, что делает результирующее значение очень близким к единице, и поэтому , придавая транзистору большую ß.Вид в разрезе BJT, рисунок 8.3.1, показывает, что переход коллектор-база имеет гораздо большую площадь, чем переход эмиттер-база.

Биполярный переходный транзистор, в отличие от полевого МОП-транзистора, который мы вскоре подробно обсудим, обычно не является симметричным устройством. Это означает, что перестановка коллектора и эмиттера заставляет транзистор выйти из прямого активного режима и начать работать в так называемом обратном активном режиме.

Поскольку внутренняя структура транзистора обычно оптимизирована для работы в прямом режиме, перестановка коллектора и эмиттера делает значения a и ß при работе в обратном направлении намного меньше, чем при работе в прямом направлении; часто а обратного режима ниже 0.5. Отсутствие симметрии в первую очередь связано с относительными степенями легирования эмиттера и коллектора. Эмиттер сильно легирован, а коллектор слегка легирован, что позволяет приложить большое обратное напряжение смещения до того, как произойдет пробой перехода коллектор-база. Коллектор-база при нормальной работе имеет обратное смещение. Причина, по которой эмиттер сильно легирован, состоит в том, чтобы увеличить эффективность инжекции эмиттера: отношение носителей, введенных эмиттером, к тем, которые введены базой.Для высокого усиления по току большая часть носителей, вводимых в переход эмиттер-база, должна исходить от эмиттера.

Низкопроизводительные «боковые» биполярные транзисторы, которые иногда используются в процессах CMOS, иногда проектируются симметрично, то есть без разницы между прямым и обратным режимом работы, рисунок 8.3.2. Однако, поскольку ширина основания часто намного больше, чем у вертикальной конструкции на рисунке 8.3.1, ß и а не так высоки. Метод компоновки для повышения эффективности сбора состоит в том, чтобы полностью окружить эмиттерную область со всех четырех сторон областью коллектора в форме кольца или пончика.Конечно, эта структура больше не симметрична.

Рисунок 8.3.2 Боковое сечение NPN

Небольшие изменения напряжения, приложенного к клеммам база-эмиттер, приводят к значительному изменению тока, протекающего между эмиттером и коллектором. Этот эффект можно использовать для усиления входного напряжения или тока. BJT можно рассматривать как источники тока с управлением по напряжению, но их проще охарактеризовать как источники тока с регулируемым током или усилители тока из-за относительно низкого импеданса, наблюдаемого на базе.

Ранние транзисторы были сделаны из германия, но большинство современных BJT сделаны из кремния. Устройства специального назначения также изготавливаются из полупроводниковых соединений элементов III- V , таких как арсенид галлия, особенно для приложений с очень высокими частотами.

8.3.3 НПН

NPN — это один из двух типов биполярных транзисторов, в которых буквы «N» (отрицательный) и «P» (положительный) относятся к основным носителям заряда внутри различных областей транзистора.Производимые сегодня биполярные транзисторы с лучшими характеристиками — это NPN-транзисторы, потому что подвижность электронов выше подвижности дырок в полупроводниках, что обеспечивает большие токи и более быструю работу.

Транзисторы NPN состоят из слоя полупроводника с примесью фосфора («основа»), помещенного между двумя слоями с примесью азота. Небольшой ток, поступающий в базу в режиме с общим эмиттером, усиливается на выходе коллектора. Другими словами, NPN-транзистор включен, когда его база поднята высоко относительно эмиттера.Стрелка в символе транзистора NPN находится на плече эмиттера и указывает направление обычного тока, когда устройство находится в прямом активном рабочем режиме.

Одно мнемоническое устройство для идентификации символа для NPN-транзистора: « n ot p ointing i n , или« n ot p ointing, n o »».

8.3.4 PNP

Другой тип BJT — это PNP с буквами «P» и «N», обозначающими основные носители заряда внутри различных областей транзистора.Транзисторы PNP состоят из слоя полупроводника с примесью азота, расположенного между двумя слоями материала с примесью фосфора. Небольшой ток, выходящий из базы в режиме общего эмиттера, усиливается на выходе коллектора. Другими словами, транзистор PNP включен, когда его база опущена относительно эмиттера.

Стрелка в символе транзистора PNP находится на плече эмиттера и указывает направление обычного тока, когда устройство находится в прямом активном режиме.

8.3.5 BJT Регионы работы

Биполярные транзисторы имеют пять различных областей работы, определяемых способом смещения переходов. Чтобы наглядно представить режимы работы, нарисуйте NPN-транзистор с коллектором вверху, базой в середине и эмиттером внизу. Теперь есть две разницы напряжения: между коллектором и базой и между базой и эмиттером. Обратите внимание на два момента: V _CB = — V _BC , а «соединение база-коллектор с обратным смещением» означает V _BC <0 или V _CB > 0.Проще говоря, это означает, что коллектор имеет более высокое напряжение, чем база (если зондировать). Механическим аналогом может быть труба и вентиль.

Клапан базовый, а две стороны трубы — коллектор и эмиттер. Теперь количество воды (тока), проходящего через него, зависит от того, насколько открыт клапан (напряжение от базы к эмиттеру) и сколько воды у вас наверху трубы (напряжение от коллектора до базы). Если вы запишете смещения в терминах приложенных напряжений ( V _CB , V _BE ) вместо смещения перехода, режимы работы можно описать как:

1. Активный в прямом направлении: база выше эмиттера, коллектор выше базы (в этом режиме ток коллектора пропорционален току базы на β _F ).
   

2. Насыщенность: База выше эмиттера, но коллектор не выше базы.
   

3. Cut-Off: База ниже эмиттера, но коллектор выше базы. Это означает, что транзистор не пропускает обычный ток через коллектор к эмиттеру.
   

4. Reverse Active: база ниже эмиттера, коллектор ниже базы: обратный условный ток проходит через транзистор.

Что касается смещения перехода: (« переход база-коллектор с обратным смещением » означает V _BC <0 или V _CB > 0)

1. Прямой — активный (или просто активный): переход база-эмиттер смещен в прямом направлении, а переход база-коллектор — в обратном направлении.Большинство биполярных транзисторов спроектированы так, чтобы обеспечить максимальное усиление по току с общим эмиттером, β _F , в прямом активном режиме. В этом случае ток коллектор-эмиттер приблизительно пропорционален току базы, но во много раз больше при небольших изменениях тока базы.
   

2. Реверс – активен (или инверсный – активен или инвертирован): реверсируя условия смещения прямой активной области, биполярный транзистор переходит в обратно-активный режим.В этом режиме области эмиттера и коллектора меняются ролями. Поскольку большинство биполярных транзисторов предназначены для максимального увеличения коэффициента усиления по току в прямом активном режиме, β _F в инвертированном режиме в несколько (2-3 для обычного германиевого транзистора) раз меньше. Этот транзисторный режим используется редко, обычно рассматривается только для условий отказоустойчивости и некоторых типов биполярной логики. Напряжение пробоя обратного смещения к базе может быть на порядок ниже в этой области.
   

3. Насыщение: с обоими переходами, смещенными в прямом направлении, BJT находится в режиме насыщения и обеспечивает проведение сильного тока от эмиттера к коллектору.Этот режим соответствует логическому «включению» или замкнутому переключателю.
   

4. Отсечка: В отсечке присутствуют условия смещения, противоположные насыщению (оба перехода смещены в обратном направлении). Ток очень слабый, что соответствует логическому «выключению» или разомкнутому переключателю.

5. Лавина авария район

Хотя эти области хорошо определены для достаточно большого приложенного напряжения, они частично перекрываются при малых (менее нескольких сотен милливольт) смещениях.Например, в типичной конфигурации с заземленным эмиттером NPN BJT, используемого в качестве понижающего переключателя в цифровой логике, состояние «выключено» никогда не включает в себя переход с обратным смещением, поскольку базовое напряжение никогда не опускается ниже уровня земли; тем не менее прямое смещение достаточно близко к нулю, чтобы ток практически не протекал, поэтому этот крайний предел прямой активной области можно рассматривать как область отсечки.

8.4.1 Биполярный переходной транзистор большого сигнала Модель

Как мы только что узнали, транзистор с биполярным переходом (BJT) может работать в одной из трех областей:

1. Область отсечки: транзистор выключен, и ток между коллектором и эмиттером не течет ( i.е. , сопротивление коллектор-эмиттер бесконечно).
   

2. Активная область: Транзистор действует как источник тока с регулируемым током между коллектором и эмиттером, как в базовой модели.
   

3. Область насыщения: когда напряжение между коллектором и эмиттером падает ниже определенного уровня (обычно, когда напряжение коллектора и базы равно нулю или меньше), ток базы увеличивается и соотношение I _C к I _B , или β намного меньше, чем в активной области.

В активной области транзистор регулирует ток коллектора на? умножить на базовый ток. Если базовый ток I _B , падает до 0, транзистор входит в область отсечки и закрывается. Когда напряжение коллектора становится меньше или равным базовому напряжению, базовый ток увеличивается, а β падает. В этом случае транзистор переходит в область насыщения. Чтобы не допустить попадания транзистора в область насыщения, общее практическое правило состоит в том, что напряжение на коллекторе должно быть более положительным, чем напряжение на базе.То есть переход коллектор-база всегда имеет обратное смещение.

Простая модель работы NPN и PNP BJT транзисторов в активной области показана на рисунке 8.4.1. Требуется знать коэффициент усиления по току β, чтобы спроектировать схему. В обеих этих моделях

I _C = βI _B , I _E = (β + 1) I _B и

Эмиттер отделен от базы диодом. Чтобы этот диод проводил ток, в случае устройства на основе кремния он должен быть смещен в прямом направлении на ~ 0.65В.

Рисунок 8.4.1 (a) Активная область NPN (b) Активная область PNP

Диод база-эмиттер: всегда помните о рисунке 8.4.1. Модель Эберса-Молла BJT рассматривает соотношение тока и напряжения в переходе база-эмиттер точно так же, как идеальный диод Шокли, ток которого отражается в коллекторе с усилением. Когда V _B и V _E не очевидны, вспомните диод база-эмиттер.

8.4.2 Ранний эффект (модуляция базовой ширины)

Ранний эффект был впервые обнаружен и объяснен Джеймсом Эрли, когда он работал в Bell Labs. В нашем идеальном устройстве ток коллектора должен быть равен току базы, умноженному на постоянный коэффициент усиления β. Но, как мы видели выше, каждый p-n-переход имеет два обедненных слоя. Для перехода коллектор-база один истощающий слой простирается в коллектор, другой — в основание. База почти всегда более сильно легирована, чем коллектор, поэтому ее обедненный слой довольно неглубокий.Однако основание также очень тонкое, поэтому даже неглубокий обедненный слой занимает значительную часть ширины основания. С увеличением напряжения на коллекторе обедненные слои расширяются. В области коллектора это имеет небольшой эффект (пока он не попадает в другую сторону коллектора), но в области основания это сужает ширину основания. Поскольку коэффициент усиления биполярного транзистора очень сильно зависит от ширины базы, коэффициент усиления просто увеличивается при уменьшении эффективной ширины базы. Если вы проведете прямую линию, увеличивая наклон в передней активной области (от 0.От 4 до 15 вольт, например) в отрицательный квадрант и дайте ему пересечься с линией нулевого тока, вы получите раннее напряжение В _A . В преувеличенном случае, показанном на рисунке 8.4.2, раннее напряжение будет -15 В (но обычно выражается как 15 В). В зависимости от ширины основания, предусмотренной в производственном процессе, она может быть больше или меньше, чем показанная, с соответственно меньшим или более крутым уклоном.

Рисунок 8.4.2 Раннее напряжение

8.5.1 Основная конструкция и принцип работы

Полевой транзистор металл-оксид-полупроводник n-типа (MOSFET) состоит из истока и стока, двух высокопроводящих полупроводниковых областей n-типа, которые изолированы от подложки p-типа PN-диодами с обратным смещением. Затвор из поликристаллического кремния покрывает область между истоком и стоком, но отделен от полупроводника изолирующим слоем оксида. Базовая структура полевого МОП-транзистора n-типа и соответствующий символ схемы показаны на рисунке 8.5.1.

Рисунок 8.5.1 Поперечное сечение и условное обозначение схемы металл-оксид-полупроводник-полевой транзистор n-типа (MOSFET)

Как видно на рисунке, области истока и стока идентичны. Именно приложенные напряжения определяют, какая область n-типа обеспечивает электроны и становится источником, в то время как другая область n-типа собирает электроны и становится стоком. Напряжения, приложенные к электроду стока и затвора, а также к подложке посредством заднего контакта, относятся к потенциалу истока, как также показано на рисунке.

Вид сверху того же полевого МОП-транзистора показан на рисунке. 8.5.2, где указаны длина ворот L и ширина ворот W. Обратите внимание, что длина затвора не равна физическому размеру затвора, а скорее расстоянию между областями истока и стока под затвором. Перекрытие между затвором и областью истока и стока требуется, чтобы гарантировать, что инверсионный слой образует непрерывный проводящий путь между областью истока и стока. Обычно это перекрытие делается как можно меньше, чтобы свести к минимуму его паразитную емкость.

Рисунок 8.5.2 Вид сверху металл-оксид-полупроводник-полевой транзистор n-типа (MOSFET)

Поток электронов от истока к стоку контролируется напряжением, приложенным к затвору. Положительное напряжение, приложенное к затвору, притягивает электроны к границе раздела между диэлектриком затвора и полупроводником. Эти электроны образуют проводящий канал между истоком и стоком, называемый инверсионным слоем. Ток затвора не требуется для поддержания инверсионного слоя на границе раздела, поскольку оксид затвора блокирует любой поток носителей.В итоге ток между стоком и истоком регулируется напряжением, приложенным к затвору.

Типичные характеристики тока в зависимости от напряжения (I- В ) полевого МОП-транзистора показаны на рисунке ниже. Реализована квадратичная модель полевого МОП-транзистора.

8,6 МОП-транзистор Модель большого сигнала

8.6.1 Режимы работы

Работа полевого МОП-транзистора может быть разделена на три различных режима в зависимости от напряжений на клеммах.В следующем обсуждении используется упрощенная алгебраическая модель, точная только для старых технологий. Характеристики современных полевых МОП-транзисторов требуют компьютерных моделей, которые имеют более сложное поведение.

Для расширения — режим , n-канальный MOSFET, три рабочих режима:

Режим отсечки, подпорога или слабой инверсии
Когда:
Где В _th — пороговое напряжение устройства.

Согласно базовой пороговой модели, транзистор выключен, и между стоком и истоком нет проводимости.В действительности, распределение энергии электронов Больцмана позволяет некоторым из более энергичных электронов в источнике проникать в канал и течь в сток, что приводит к подпороговому току, который является экспоненциальной функцией напряжения затвор-исток. В то время как ток между стоком и истоком в идеале должен быть равен нулю, когда транзистор используется в качестве выключателя, существует слабый ток инверсии, иногда называемый подпороговой утечкой. При слабой инверсии ток изменяется экспоненциально в зависимости от смещения затвор-исток В _GS , как приблизительно определяется по формуле:

Где:
I _D0 = ток при В _GS = В _th

а коэффициент наклона n определяется выражением

С участием:

C _D = емкость обедненного слоя

А также

C _OX = емкость оксидного слоя.

В устройстве с длинным каналом нет зависимости тока однократно от напряжения стока. сложным образом от геометрии устройства (например, легирование канала, легирование перехода и т. д.). Часто пороговое напряжение В _-й для этого режима определяется как напряжение затвора, при котором возникает выбранное значение тока I _D0 , например, I _D0 = 1 мкА, что может не совпадать с V _th — значение, используемое в уравнениях для следующих режимов.

Некоторые аналоговые схемы микромощностей предназначены для использования преимущества подпороговой проводимости. Работая в области слабой инверсии, полевые МОП-транзисторы в этих схемах обеспечивают максимально возможное отношение крутизны к току, а именно:

Что почти то же самое, что и биполярный транзистор.

Подпороговая кривая I- В экспоненциально зависит от порогового напряжения, вводя сильную зависимость от любых производственных изменений, которые влияют на пороговое напряжение; например: изменения толщины оксида, глубины перехода или легирования тела, которые изменяют степень снижения барьера, вызванного стоком.Возникающая в результате чувствительность к вариациям изготовления усложняет оптимизацию утечки и производительности.

Триодный режим или линейная область (также известный как резистивный режим)

Когда

а также

Транзистор включается, и создается канал, который позволяет току течь между стоком и истоком. МОП-транзистор работает как резистор, управляемый напряжением затвора относительно напряжений истока и стока.Ток от стока к истоку моделируется следующим образом:

Где:
μ _n — эффективная подвижность носителей заряда,
W — ширина затвора,
L — длина затвора
C _ox — емкость оксида затвора на единицу площади.

Переход от экспоненциальной подпороговой области к триодной области не такой резкий, как предполагают уравнения.

Насыщенность или активный режим,

Когда

а также

Переключатель включен, и был создан канал, который позволяет току течь между стоком и истоком.Поскольку напряжение стока выше, чем напряжение затвора, электроны распространяются, и проводимость осуществляется не через узкий канал, а через более широкое, двумерное или трехмерное распределение тока, простирающееся от границы раздела и глубже в подложку. Начало этой области также известно как pinch- off, чтобы указать на отсутствие области канала около стока. Ток стока теперь слабо зависит от напряжения стока и контролируется в основном напряжением затвор-исток и моделируется очень приблизительно как:

Дополнительный фактор, включающий λ, параметр модуляции длины канала, моделирует зависимость тока от напряжения стока из-за эффекта Early или модуляции длины канала.Согласно этому уравнению, ключевым параметром конструкции крутизна полевого МОП-транзистора является:

Комбинация называется напряжением перегрузки. Другим ключевым параметром конструкции является выходное сопротивление полевого МОП-транзистора r _O , определяемое по формуле:

r _out — это обратное значение g _ds , где

V _DS — выражение в области насыщения.

Если ? принимается равным нулю, в результате получается бесконечное выходное сопротивление устройства, что приводит к нереалистичным предсказаниям схемы, особенно в аналоговых схемах.Поскольку длина канала становится очень короткой, эти уравнения становятся неточными. Возникают новые физические эффекты. Например, перенос носителей в активном режиме может быть ограничен насыщением скорости. Когда преобладает насыщение по скорости, ток стока насыщения более близок к линейному, чем к квадратичному в V _GS . На еще меньших длинах носители транспортируются с почти нулевым рассеянием, известным как квазибаллистический транспорт. Кроме того, на выходной ток влияет снижение порогового напряжения, вызванное стоком.

8.7 Малосигнальные модели Hybrid-pi

Модель Hybrid-Pi — это популярная схемная модель, используемая для анализа поведения слабого сигнала биполярных переходных и полевых транзисторов. Модель может быть достаточно точной для низкочастотных цепей и может быть легко адаптирована для более высокочастотных цепей с добавлением соответствующих межэлектродных емкостей и других паразитных элементов.

8.7.1 Параметры биполярного перехода (BJT)

Модель hybrid-pi представляет собой приближение линеаризованной двухпортовой сети к BJT с использованием напряжения база-эмиттер слабого сигнала v ₌ и напряжения коллектор-эмиттер v _ce в качестве независимых переменных, а базовый ток слабого сигнала i _b и ток коллектора i _c как зависимые переменные.Базовая низкочастотная гибридная пи-модель биполярного транзистора (NPN) показана на рисунке 8.7.1.

Рисунок 8.7.1 Модель BJT Hybrid-pi

Различные параметры следующие:

Крутизна, г _м , в сименсах, определяется следующим уравнением:

где:

I _C — ток покоя коллектора (также называемый током смещения коллектора или постоянным током коллектора) — тепловое напряжение, рассчитанное из постоянной Больцмана k , заряда электрона q и температуры транзистора в кельвинах T .При 300 K (приблизительно комнатная температура) V _T составляет около 26 мВ .

где:
— текущий коэффициент усиления на низких частотах (также обозначается как h _FE ).

Здесь I _B — базовый ток точки покоя. Это параметр, специфичный для каждого транзистора, его можно найти в таблице данных; ß — это функция выбора тока коллектора.

Выходное сопротивление из-за раннего эффекта ( В _A — раннее напряжение).

Связанные термины:

Величина, обратная выходному сопротивлению, называется выходной проводимостью.

Величина, обратная величине г _м , называется внутренним сопротивлением r _E

8.7.2 Параметры MOSFET

Базовая низкочастотная гибридная пи-модель для полевого МОП-транзистора (n-типа) показана на рисунке 8.7.2.

Рисунок 8.7.2 Модель MOSFET Hybrid-pi

Различные параметры следующие:

gm — крутизна в сименсах, рассчитанная по току стока I _D . куда:

I _D — это ток стока покоя (также называемый током смещения стока или постоянным током стока) В _th = пороговое напряжение и В _GS = напряжение затвор-исток.

Комбинация: часто называется напряжением перегрузки.

r _o — выходное сопротивление из-за модуляции длины канала с использованием аппроксимации для параметра модуляции длины канала λ.

Здесь V _E — параметр, связанный с технологией (около 4 V / мкм для технологического узла 65 нм), а L — длина разнесения истока и стока.

Величина, обратная выходному сопротивлению, называется проводимостью стока.

8.8 Модель T

Модель hybrid-pi, безусловно, является самой популярной моделью слабого сигнала для транзисторов BJT и MOS. Альтернативой является T-модель, которая полезна в определенных ситуациях. Модель T также имеет две версии:

Т-модели слабого сигнала для транзисторов PNP BJT и PMOS идентичны показанным здесь для транзисторов NPN и NMOS. Важно отметить, что нет никаких изменений полярностей (напряжения или тока) для моделей p-типа по сравнению с моделями n-типа.Опять же, эти модели слабого сигнала идентичны. Модель может быть достаточно точной для низкочастотных цепей и может быть легко адаптирована для более высокочастотных цепей с добавлением соответствующих межэлектродных емкостей и других паразитных элементов.

Базовая низкочастотная Т-модель для MOSFET и BJT показана на рисунке 8.8.1.

Рисунок 8.8.1 Модель MOSFET и BJT T

Некоторые важные уравнения МОП.

Некоторые важные уравнения БЮТ.

Лабораторная деятельность

Основные параметры 4H-SiC и 6H-SiC при T = 300 K

Контекст 1

… кроме того, было предложено множество материалов для замены кремниевой технологии, в том числе карбид кремния (SiC) [7], это связано с их отличительными характеристиками, такими как широкая запрещенная зона, высокая теплопроводность, высокое поле пробоя и высокая скорость насыщения электронов Таблица 1 [8].Именно поэтому он используется в производстве электронных устройств с высоким напряжением, большой мощностью, высокой частотой и которые работают в широком диапазоне температур [9]. …

Контекст 2

… µ eff — эффективная подвижность, C ox — емкость затвора на единицу площади, параметр E sat соответствует критическому электрическому полю, при котором скорость носителя становится насыщенной, а параметр Объем используется для учета эффекта объемного заряда. Различные модели DG-MOSFET-транзисторов работают правильно (омические области и области насыщения), как SG-MOSFET-транзисторы в 1.Напряжение 2 В для различных полупроводниковых технологий, как показано на рис. 4. Согласно этой характеристике (ID = f (V DS)) транзисторы в технологии 4H-SiC характеризуются низким током стока ID по сравнению с транзисторами в 6H. -SiC-технология для различных моделей (SG-MOSFET и DG-MOSFET) из-за разницы порогового напряжения V th (6H-SiC)

Context 3

… транзистор DG-MOSFET в последовательной структуре очень подходит для приложений с низким энергопотреблением.Пороговое напряжение прямо пропорционально ширине запрещенной зоны E g и обратно пропорционально концентрации носителей n и в соответствии с электронными свойствами полупроводников 4H-SiC и 6H-SiC в таблице 1. Это то, что делает SG-MOSFET и DG-MOSFET транзисторы в технологии 6H-SiC характеризуются низким значением порогового напряжения по сравнению с другими транзисторами в технологии 4H-SiC, как показано на рис. 5. …

Контекст 4

… (SiC) полупроводники с очень низким значением концентрации носителей n.Это то, что делает SG-MOSFET и DG-MOSFET транзисторы этой технологии характеризуются сверхнизким током утечки I OFF и очень высоким отношением I ON / I OFF порядка 10 7 и 10 6 для транзисторов в 6H-SiC и 4H-SiC соответственно, как показано в таблице 1. Согласно этим результатам и на основании (9) транзисторы в технологии 4H-SiC характеризуются высоким подпороговым параметром размаха η по сравнению с транзисторами в технологии 6H-SiC. , Это позволяет сделать его более оптимальным для проектирования электронных устройств, работающих в подпороговой области….

Контекст 5

… кроме того, было предложено множество материалов для замены кремниевой технологии, в том числе карбид кремния (SiC) [7], это связано с их отличительными характеристиками, такими как широкая запрещенная зона, высокая термическая стойкость. проводимость, высокое поле пробоя и высокая скорость насыщения электронов Таблица 1 [8]. Именно поэтому он используется в производстве электронных устройств с высоким напряжением, большой мощностью, высокой частотой и которые работают в широком диапазоне температур [9]….

Контекст 6

… µ eff — эффективная подвижность, C ox — емкость затвора на единицу площади, параметр E sat соответствует критическому электрическому полю, при котором скорость носителя становится насыщенной, а параметр Объем используется для учета эффекта объемного заряда. Различные модели транзисторов DG-MOSFET работают правильно (омические области и области насыщения), как транзисторы SG-MOSFET, при напряжении 1,2 В для различных полупроводниковых технологий, как показано на рис.4. Согласно этой характеристике (ID = f (V DS)) транзисторы в технологии 4H-SiC характеризуются низким током стока ID по сравнению с транзисторами в технологии 6H-SiC для различных моделей (SG-MOSFET и DG. -MOSFET) из-за разницы порогового напряжения V th (6H-SiC)

Context 7

… транзистор DG-MOSFET в последовательной структуре очень подходит для приложений с низким энергопотреблением. Пороговое напряжение прямо пропорционально ширине запрещенной зоны E g и обратно пропорционально концентрации носителей n и в соответствии с электронными свойствами полупроводников 4H-SiC и 6H-SiC в таблице 1.Именно поэтому транзисторы SG-MOSFET и DG-MOSFET в технологии 6H-SiC характеризуются низким значением порогового напряжения по сравнению с другими транзисторами в технологии 4H-SiC, как показано на рис. 5. …

Контекст 8

… (SiC) — полупроводники с очень низким значением концентрации носителей n. Это то, что делает SG-MOSFET и DG-MOSFET транзисторы этой технологии характеризуются сверхнизким током утечки I OFF и очень высоким отношением I ON / I OFF порядка 10 7 и 10 6 для транзисторов в 6H-SiC и 4H-SiC соответственно, как показано в таблице 1.Согласно этим результатам и на основании (9) транзисторы в технологии 4H-SiC характеризуются высоким подпороговым параметром размаха η по сравнению с транзисторами в технологии 6H-SiC, что позволяет им быть более оптимальными для проектирования электронных устройств. которые работают в подпороговой области. … Усилитель с общей базой (CB)

или усилитель с общей базой

Общая база Конфигурация

В общая базовая конфигурация, эмиттер — входной терминал, коллектор — это выходной терминал, а базовый терминал — подключен как общий терминал для входа и выхода.Что означает, что терминал эмиттера и общий базовый терминал известны как входные клеммы, тогда как клемма коллектора и общий базовый терминал известен как выходной терминал.

В общая базовая конфигурация, базовая клемма заземлена, поэтому общая базовая конфигурация также известна как заземленная база конфигурация. Иногда упоминается общая базовая конфигурация как общий базовый усилитель, усилитель CB или CB конфигурация.

входной сигнал подается между выводами эмиттера и базы в то время как соответствующий выходной сигнал снимается через коллекторные и базовые клеммы. Таким образом, базовый терминал транзистор является общим для входных и выходных клемм и поэтому она называется общей базовой конфигурацией.

напряжение питания между базой и эмиттером обозначается V _BE в то время как напряжение питания между коллектором и базой обозначается Автор: V _CB .

как упоминалось ранее, в каждой конфигурации база-эмиттер соединение J _E всегда смещено вперед и коллектор-база J _C всегда обратный пристрастный. Поэтому в общей базовой конфигурации переход база-эмиттер J _E имеет прямое смещение и коллектор-база J _C имеет обратное смещение.

общая базовая конфигурация для обоих NPN и PNP транзисторы показаны на рисунке ниже.

От приведенные выше принципиальные схемы транзисторов npn и pnp, он может видно, что для транзисторов npn и pnp на входе применяется к эмиттеру, а вывод берется из коллекционер.Общая клемма для обеих цепей — это база.

Текущий поток в общей базе усилителя

Для для понимания, давайте рассмотрим транзистор NPN в общая базовая конфигурация.

npn-транзистор образуется, когда одиночный p-тип полупроводниковый слой зажат между двумя n-типами полупроводниковые слои.

переход база-эмиттер J _E смещен вперед напряжение питания _{В ВЕ} при коллектор-база переход J _C обратно смещен напряжением питания V _CB .

Срок к напряжению прямого смещения V _BE , свободные электроны (основные носители) в области эмиттера испытывают сила отталкивания от отрицательной клеммы аккумулятора аналогично отверстия (большинство перевозчиков) в базовом регионе испытывают сила отталкивания от положительного вывода аккумулятор.

как в результате свободные электроны начинают перетекать от эмиттера к базе аналогично дырки начинают перетекать от базы к эмиттеру. Таким образом бесплатно электроны, которые текут от эмиттера к базе и дыркам которые протекают от базы к эмиттеру, проводят электрические Текущий. Фактический ток переносится свободными электронами. которые перетекают от эмиттера к базе.Однако мы следуем общепринятый текущее направление от базы к эмиттеру. Таким образом электрический ток создается в области базы и эмиттера.

свободные электроны, которые текут от эмиттера к базе, будут Совместите с отверстиями в области основания аналогично отверстиям которые текут от базы к эмиттеру, будут сочетаться с электроны в эмиттерной области.

От На рисунке выше видно, что ширина базовой области очень тонкий. Поэтому лишь небольшой процент бесплатных электроны из области эмиттера объединятся с дырками в базовый регион и оставшееся большое количество свободных электроны пересекают базовую область и попадают в коллектор область. Большое количество свободных электронов, вошедших в регион коллектора испытает притягательную силу от положительный полюс аккумуляторной батареи.Таким образом, бесплатные электроны в области коллектора будут течь к положительный полюс аккумуляторной батареи. Таким образом, электрический ток равен производится в коллекторском регионе.

электрический ток, производимый в области коллектора, в основном за счет свободных электронов из области эмиттера аналогично электрический ток, производимый в базовой области, также в первую очередь за счет свободных электронов из эмиттерной области.Следовательно, ток эмиттера больше, чем базовый ток и ток коллектора. Ток эмиттера — это сумма тока базы и коллектора.

I _E = I _B + I _C

ср Знайте, что ток эмиттера — это входной ток, а ток коллектора ток — это выходной ток.

выходной ток коллектора меньше входного эмиттера ток, поэтому коэффициент усиления по току этого усилителя на самом деле меньше 1.Другими словами, усилитель с общей базой ослабляет электрический ток, а не усиливает его.

база-эмиттер разветвление J _E на входе действует как передний смещенный диод. Таким образом, усилитель с общей базой имеет низкий входное сопротивление (низкое сопротивление входящему току). На с другой стороны, переход коллектор-база J _C при выходная сторона действует как обратная смещенный диод.Таким образом, усилитель с общей базой имеет высокий выходное сопротивление.

Следовательно, в усилитель с общей базой обеспечивает низкий входной импеданс и высокий выходное сопротивление.

Транзисторы с низким входным сопротивлением и высоким выходным сопротивлением обеспечивают высокий коэффициент усиления по напряжению.

Даже хотя коэффициент усиления по напряжению высокий, коэффициент усиления по току очень низкий и общий коэффициент усиления мощности общего базового усилителя низкий. по сравнению с другими конфигурациями транзисторных усилителей.

транзисторные усилители с общей базой в основном используются в приложения, где требуется низкий входной импеданс.

Усилитель с общей базой в основном используется как усилитель напряжения или текущий буфер.

Это тип схемы транзистора не очень распространен и не является так же широко используются, как и две другие конфигурации транзисторов.

Принцип работы pnp-транзистора с конфигурацией CB: То же, что и npn-транзистор с конфигурацией CB. Единственный разница в том, что свободные электроны npn-транзистора проводят большую часть ток, тогда как в транзисторе pnp отверстия проводят больше всего тока.

Кому полностью описать поведение транзистора с CB конфигурации, нам понадобится два набора характеристик: они

• Ввод характеристики
  
• Выход характеристики.

Ввод характеристики

входные характеристики описывают взаимосвязь между входными ток (I _E ) и входное напряжение (V _BE ).

Первый, проведите вертикальную линию и горизонтальную линию. Вертикальная линия представляет ось y, а горизонтальная линия представляет ось x. В принимается входной ток или ток эмиттера (I _E ) по оси y (вертикальная линия) и входное напряжение (V _BE ) _{берется по оси x (горизонтальная линия).}

Кому определить входные характеристики, выходное напряжение V _CB (напряжение коллектор-база) поддерживается постоянным на уровне нуля вольт и входное напряжение V _BE увеличивается с нуля вольт на разные уровни напряжения. Для каждого уровня напряжения входное напряжение (В _BE ), входной ток (I _E ) записывается на бумаге или в любой другой форме.

Тогда кривая между входным током I _E и входным напряжением V _BE при постоянном выходном напряжении V _CB (0 вольт).

Далее, выходное напряжение (В _CB ) увеличено с нуля вольт до определенного уровня напряжения (8 вольт) и поддерживается постоянным на 8 вольт. При увеличении выходного напряжения ( _{V, CB} ), входное напряжение (V _BE ) поддерживается постоянным на нуле вольт.После мы сохранили выходное напряжение ( _{V, CB} ) постоянным при 8 вольт, входное напряжение V _BE равно увеличился от нуля вольт до различных уровней напряжения. Для каждый уровень входного напряжения (V _BE ), входной ток (I _E ) записывается на бумаге или в любом другая форма.

А Затем строится кривая между входным током I _E и входное напряжение В _BE при постоянном выходном напряжении В _CB (8 вольт).

Это повторяется для более высоких фиксированных значений выходного напряжения (V _CB ).

Когда выходное напряжение ( _{В, CB} ) равно нулю и переход эмиттер-база J _E смещен в прямом направлении входное напряжение (В _BE ), переход эмиттер-база действует как обычный диод с p-n переходом. Итак, входные характеристики такие же, как прямые характеристики нормального pn переходной диод.

Падение напряжения кремниевого транзистора составляет 0,7 вольт и на германиевом транзисторе 0,3 вольта. В нашем случае это кремниевый транзистор. Итак, из приведенного выше графика мы видим, что после 0,7 В небольшое увеличение входного напряжения (В _BE ) быстро увеличит входной ток (I _E ).

Когда выходное напряжение (В _CB ) увеличено с нуля вольт до определенного уровня напряжения (8 вольт), эмиттер ток будет увеличиваться, что, в свою очередь, уменьшает ширина обедненной области на переходе эмиттер-база.Как результат, падение напряжения будет уменьшено. Следовательно, кривые смещен влево для более высоких значений вывода напряжение В _CB .

Выход характеристики

выходные характеристики описывают взаимосвязь между выходной ток (I _C ) и выходное напряжение (V _CB ).

Первый, проведите вертикальную линию и горизонтальную линию. Вертикальная линия представляет ось y, а горизонтальная линия представляет ось x. В выходной ток или ток коллектора (I _C ) берется по оси ординат (вертикальная линия) и выходное напряжение ( _{В, CB} ) снимается по оси абсцисс (горизонтальная линия).

Кому определить выходные характеристики, входной ток или ток эмиттера I _E поддерживается постоянным равным нулю мА и выходное напряжение V _CB увеличивается с нуля вольт на разные уровни напряжения.Для каждого уровня напряжения выходное напряжение В _CB , выходной ток (I _C ) записывается.

А Затем строится кривая между выходным током I _C и выходное напряжение В _CB при постоянном входном токе I _E (0 мА).

Когда ток эмиттера или входной ток I _E равен 0 мА транзистор работает в области отсечки.

Далее, входной ток (I _E ) увеличивается с 0 мА до 1 мА, регулируя входное напряжение V _BE и входное ток I _E поддерживается постоянным на уровне 1 мА. В то время как увеличивая входной ток I _E , выходное напряжение V _CB остается неизменным.

После мы сохранили входной ток (I _E ) постоянным на уровне 1 мА, выходное напряжение (В _CB ) увеличено с нуля вольт на разные уровни напряжения.Для каждого уровня напряжения выходное напряжение ( _CB ), выходной ток (I _C ) записывается.

А Затем строится кривая между выходным током I _C и выходное напряжение В _CB при постоянном входном токе I _E (1 мА). Эта область известна как активная область транзистор.

Это повторяется для более высоких фиксированных значений входного тока I _E (Я.е. 2 мА, 3 мА, 4 мА и т. Д.).

От Из приведенных выше характеристик видно, что при постоянном входной ток I _E , при выходном напряжении V _CB увеличивается, выходной ток I _C остается постоянный.

в область насыщения, оба перехода эмиттер-база J _E и переход коллектор-база J _C смещены в прямом направлении.Из приведенного выше графика мы видим, что внезапное увеличение ток коллектора при выходном напряжении V _CB составляет переход коллектор-база J _C смещен вперед.

Ранний эффект

Срок для прямого смещения переход база-эмиттер J _E действует как диод с прямым смещением и из-за обратного смещения переход коллектор-база J _C действует как обратносмещенный диод.

Следовательно, в ширина истощения область на переходе база-эмиттер J _E очень мала, тогда как ширина обедненной области на переход коллектор-база J _C очень большой.

Если выходное напряжение V _CB приложено к коллектор-базовый переход J _C дополнительно увеличен, ширина обедненной области еще больше увеличивается.Базовый регион слабо легирован по сравнению с коллекторной областью. Так что область истощения проникает больше в базовую область и меньше в коллекторский регион. В результате ширина основания регион уменьшается. Эта зависимость базовой ширины от вывода напряжение (V _CB ) известно как ранний эффект.

Если выходное напряжение V _CB приложено к коллектор-базовый переход J _C сильно увеличен, ширина основания может быть уменьшена до нуля и вызывает напряжение пробой транзистора.Это явление известно как удар через.

Транзистор параметры

Динамический ввод сопротивление (r _i )

динамический входное сопротивление определяется как отношение изменения входного напряжение или напряжение эмиттера (V _BE ) на соответствующее изменение входного тока или тока эмиттера (I _E ), с выходным напряжением или напряжением коллектора (В _CB ) держится на постоянном уровне.

Входное сопротивление общей базы усилитель очень низкий.

Динамический выход сопротивление (r _o )

динамический выход сопротивление определяется как отношение изменения выходного напряжения или напряжение коллектора (В _CB ) к соответствующему изменение выходного тока или тока коллектора (I _C ), при сохранении входного тока или тока эмиттера (I _E ) при постоянном.

Выходное сопротивление общего база усилителя очень высока.

Текущее усиление (α)

Текущий усиление транзистора в конфигурации CB определяется как соотношение выходного тока или тока коллектора (I _C ) к входному току или току эмиттера (I _E ).

коэффициент усиления по току транзистора в конфигурации CB меньше чем единство.Типичный коэффициент усиления по току обычного базового усилителя составляет 0,98.

Различные конфигурации транзисторов — общая база, коллектор и эмиттер

В этом руководстве по транзисторам мы узнаем о различных конфигурациях транзисторов.Поскольку биполярный переходной транзистор представляет собой трехконтактное устройство, возможны три различных конфигурации транзисторов с биполярными транзисторами. Понимание этих различных конфигураций транзисторов поможет вам лучше реализовать ваше приложение.

Введение

Мы знаем, что обычно транзистор имеет три вывода — эмиттер (E), базу (B) и коллектор. Но в схемах подключения нам нужно четыре клеммы, две клеммы для входа и еще две клеммы для выхода.Чтобы преодолеть эти проблемы, мы используем один общий терминал как для входных, так и для выходных действий.

Используя это свойство, мы создаем схемы, и эти структуры называются конфигурациями транзисторов. Обычно существует три различных конфигурации транзисторов: конфигурация с общей базой (CB), конфигурация с общим коллектором (CC) и конфигурация с общим эмиттером (CE).

Поведение этих трех различных конфигураций транзисторов относительно коэффициента усиления показано ниже.

• Конфигурация с общей базой (CB) : без усиления по току, но с усилением по напряжению
• Конфигурация с общим коллектором (CC) : усиление по току, но без усиления по напряжению
• Конфигурация с общим эмиттером (CE) : усиление по току и напряжение усиление

Теперь мы обсудим эти три различные конфигурации транзисторов с их входными и выходными характеристиками в следующих разделах.

НАЗАД В начало

Общая базовая конфигурация

В этой конфигурации мы используем базу в качестве общей клеммы как для входных, так и для выходных сигналов.Само название конфигурации указывает на общий терминал. Здесь ввод применяется между выводами базы и эмиттера, а соответствующий выходной сигнал берется между выводами базы и коллектора с заземленным выводом базы. Здесь входными параметрами являются V _EB и I _E , а выходными параметрами — V _CB и I _C . Входной ток, протекающий на выводе эмиттера, должен быть выше, чем ток базы и ток коллектора для работы транзистора, поэтому выходной ток коллектора меньше, чем ток входного эмиттера.

Текущее усиление обычно равно или меньше единицы для этого типа конфигурации. В этой конфигурации входные и выходные сигналы синфазны. Конфигурация схемы усилителя этого типа называется схемой неинвертирующего усилителя. Построение этой схемы конфигурации сложно, потому что этот тип имеет высокие значения коэффициента усиления по напряжению.

Входные характеристики этой конфигурации похожи на характеристики светящегося фотодиода, в то время как выходные характеристики представляют собой диод с прямым смещением.Эта конфигурация транзистора имеет высокое выходное сопротивление и низкое входное сопротивление. Этот тип конфигурации имеет высокий коэффициент усиления сопротивления, то есть отношение выходного сопротивления к входному сопротивлению велико. Коэффициент усиления по напряжению для этой конфигурации схемы приведен ниже.

A _V = V _out / V _in = (I _C * R _L ) / (I _E * R _in )

Дано усиление по току в конфигурации с общей базой as

α = Выходной ток / Входной ток

α = I _C / I _E

Общая базовая схема в основном используется в схемах однокаскадных усилителей, таких как микрофонный предусилитель или усилители радиочастоты из-за их высокочастотная характеристика.Схема транзистора с общей базой приведена ниже.

НАЗАД В начало

Входные характеристики

Входные характеристики получаются между входным током и входным напряжением при постоянном выходном напряжении. Сначала сохраните выходное напряжение V _CB постоянным и измените входное напряжение V _EB для разных точек, затем в каждой точке запишите значение входного тока I _E . Повторите тот же процесс для разных уровней выходного напряжения.Теперь с этими значениями нам нужно построить график между параметрами I _E и V _EB . На рисунке ниже показаны входные характеристики общей базовой конфигурации. Уравнение для расчета входного сопротивления R _{в значении} приведено ниже.

R _в = V _EB / I _E (когда V _CB является постоянным)

НАЗАД В начало

Выходные характеристики

Выходные характеристики общей базовой конфигурации получены между выходной ток и выходное напряжение при постоянном входном токе.Сначала сохраните ток эмиттера постоянным и измените значение V _CB для разных точек, теперь запишите значения I _C в каждой точке. Повторите тот же процесс для других значений I _E . Наконец, нам нужно нарисовать график между V _CB и I _C при постоянном I _E. На рисунке ниже показаны выходные характеристики общей базовой конфигурации. Уравнение для расчета значения выходного сопротивления приведено ниже.

R _out = V _CB / I _C (когда I _E постоянный)

НАЗАД

Конфигурация общего коллектора

В этой конфигурации мы используем клемма коллектора является общей как для входных, так и для выходных сигналов.Эта конфигурация также известна как конфигурация эмиттерного повторителя, поскольку напряжение эмиттера следует за напряжением базы. Эта конфигурация в основном используется в качестве буфера. Эти конфигурации широко используются в приложениях для согласования импеданса из-за их высокого входного импеданса.

В этой конфигурации входной сигнал применяется между областью база-коллектор, а выходной сигнал берется из области эмиттер-коллектор. Здесь входными параметрами являются VBC и IB, а выходными параметрами — VEC и IE.Конфигурация с общим коллектором имеет высокий входной импеданс и низкий выходной импеданс. Входной и выходной сигналы синфазны. Здесь также ток эмиттера равен сумме тока коллектора и тока базы. Теперь давайте посчитаем текущий коэффициент усиления для этой конфигурации.

Коэффициент усиления по току,

A _i = выходной ток / входной ток

A _i = I _E / I _B

A _i = (I _C + I _B ) / I _B

A _i = (I _C / I _B ) + 1

A _i = β + 1

Схема транзистора с общим коллектором показана выше.Эта общая конфигурация коллектора представляет собой схему неинвертирующего усилителя. Коэффициент усиления по напряжению для этой схемы меньше единицы, но имеет большое усиление по току, потому что нагрузочный резистор в этой схеме принимает как ток коллектора, так и ток базы.

НАЗАД

Входные характеристики

Входные характеристики конфигурации с общим коллектором сильно отличаются от конфигураций с общей базой и общим эмиттером, поскольку входное напряжение V _BC в значительной степени определяется V _EC уровень.Здесь

V _EC = V _EB + V _BC

V _EB = V _EC — V _BC

Входные характеристики конфигурации с общим коллектором получаются между входными токами. I _B и входное напряжение V _CB при постоянном выходном напряжении V _EC . Сохраняйте выходное напряжение V _EC постоянным на разных уровнях и изменяйте входное напряжение V _BC для разных точек и записывайте значения I _B для каждой точки.Теперь, используя эти значения, нам нужно построить график между параметрами V _BC и I _B при постоянном V _EC .

НАЗАД

Выходные характеристики

Работа схемы с общим коллектором такая же, как и с схемой с общим эмиттером. Выходные характеристики схемы общего коллектора получаются между выходным напряжением V _EC и выходным током I _E при постоянном входном токе I _B .При работе схемы с общим коллектором, если ток базы равен нулю, то ток эмиттера также становится равным нулю. В результате через транзистор

не протекает ток. Если ток базы увеличивается, транзистор работает в активной области и, наконец, достигает области насыщения. Чтобы сначала построить график, мы сохраняем постоянное значение I _B и будем изменять значение V _EC для различных точек, теперь нам нужно записать значение I _E для каждой точки.Повторите тот же процесс для разных значений I _B . Теперь, используя эти значения, нам нужно построить график между параметрами I _E и V _CE при постоянных значениях I _B . На рисунке ниже показаны выходные характеристики общего коллектора.

НАЗАД В начало

Конфигурация общего эмиттера

В этой конфигурации мы используем эмиттер в качестве общей клеммы для входа и выхода. Эта общая конфигурация эмиттера представляет собой схему инвертирующего усилителя.Здесь вход применяется между областью база-эмиттер, а выход — между выводами коллектора и эмиттера. В этой конфигурации входными параметрами являются V _BE и I _B , а выходными параметрами — V _CE и I _C .

Этот тип конфигурации в основном используется в усилителях на базе транзисторов. В этой конфигурации ток эмиттера равен сумме малого тока базы и большого тока коллектора. я.е. Я _Е = Я _С + Я _В . Мы знаем, что соотношение между током коллектора и током эмиттера дает коэффициент усиления по току альфа в конфигурации с общей базой, аналогично соотношение между током коллектора и током базы дает коэффициент усиления по току бета в конфигурации с общим эмиттером.

Теперь давайте посмотрим на взаимосвязь между этими двумя текущими приростами.

Коэффициент усиления по току (α) = I _C / I _E

Коэффициент усиления по току (β) = I _C / I _B

Ток коллектора I _C = α I _E = βI _B

Эта конфигурация чаще всего используется как одна из всех трех.Он имеет средние значения входного и выходного сопротивления. Он также имеет средний коэффициент усиления по току и напряжению. Но выходной сигнал имеет фазовый сдвиг 1800, т. Е. Как вход, так и выход противоположны друг другу.

НАЗАД В начало

Входные характеристики

Входные характеристики конфигурации с общим эмиттером получаются между входным током I _B и входным напряжением V _BE с постоянным выходным напряжением V _CE . Сохраняйте выходное напряжение V _CE постоянным и изменяйте входное напряжение V _BE для разных точек, теперь запишите значения входного тока в каждой точке.Теперь, используя эти значения, нам нужно построить график между значениями I _B и V _BE при постоянном V _CE . Уравнение для расчета входного сопротивления R _в приведено ниже.

R _in = V _BE / I _B (когда V _CE постоянный)

НАЗАД В начало

Выходные характеристики

Получены выходные характеристики общей конфигурации эмиттера между выходным током I _C и выходным напряжением V _CE при постоянном входном токе I _B .Сохраняйте базовый ток I _B постоянным и изменяйте значение выходного напряжения V _CE для разных точек, теперь запишите значение коллектора I _C для каждой точки. Постройте график между параметрами I _C и V _CE , чтобы получить выходные характеристики конфигурации с общим эмиттером. Уравнение для расчета выходного сопротивления по этому графику приведено ниже.

R _out = V _CE / I _C (когда I _B постоянный)

НАЗАД В начало

Сводка конфигураций транзисторов

Таблица, которая дает основные характеристики транзистора в трех приведенных выше конфигурациях.Транзисторы BJT имеют в основном три типа конфигураций. Это конфигурации с общим эмиттером, общей базой и общим коллектором. Среди всех этих трех конфигураций чаще всего используется тип с общим эмиттером. Эти три имеют разные характеристики, соответствующие как входным, так и выходным сигналам. К тому же у этих трех конфигураций мало общего.

НАЗАД

ПРЕДЫДУЩИЙ — ТРАНЗИСТОР PNP

СЛЕДУЮЩИЙ — JFET

Измерительные транзисторы с использованием параметров модели Эберса-Молла

Если транзисторные схемы будут использоваться или поддаются диагностике должен уметь их моделировать.Даже самое лучшее электронное испытательное оборудование бесполезно, если мы не знаем, что искать в исследуемых цепях.

Для транзисторов

характерно наличие нескольких режимов проводимости. Мы можем рассматривать эти явления в двухдиодной модели биполярного переходного транзистора (BJT). Два диода, аноды которых соединяются, образуя центральный отвод, аналогичны транзистору NPN, поскольку показания омметра точно представляют реальное устройство. Два диода с катодами, подключенными к общему узлу, аналогичны транзистору PNP.(NPN-транзисторы предпочтительнее из-за повышенной подвижности электронов по сравнению с дырками, а также из-за того, что они совместимы с системой отрицательного заземления). Поскольку два диода являются отдельными компонентами и не могут иметь общий полупроводниковый слой, они не работают как усилитель, переходят в колебание или выполняют коммутационное действие, как настоящие транзисторы.

Модели Эберса-Молла для устройств PNP и NPN, а также приближенная модель Эберса-Молла для транзистора NPN в прямом активном режиме.В прямом активном режиме коллекторный диод имеет обратное смещение, поэтому I _CD практически равен нулю. Большая часть тока эмиттерного диода (αF составляет почти 1) отводится от коллектора, обеспечивая усиление тока базы.

Чтобы точно смоделировать BJT, мы должны выйти за рамки простого подключения диодов, хотя это остается актуальным. Модель Эберса-Молла представляет собой электронное представление транзистора NPN или PNP в любой из четырех основных конфигураций. В дополнение к модели диода, которая представляет собой физическое моделирование, Ebers-Moll представляет собой бумажную конструкцию, которая частично существует в виде схематической диаграммы, а также в виде набора уравнений, в любом из которых используются обычные символы.

Джевел Джеймс Эберс и Джон Л. Молл представили эту математическую модель транзисторных токов в 1954 году. Модель описана в статье под названием Поведение больших сигналов переходных транзисторов , опубликованной в Proceedings of the Institute of Radio Engineers. В аннотации статьи авторы говорят:

При рассмотрении переходного транзистора в качестве переключателя наибольший интерес представляют три характеристики: открытый импеданс, закрытый импеданс и время переключения.Представлена ​​обобщенная теория двухполюсных переходных транзисторов, которая применима на постоянном токе во всех областях эксплуатации. Используя эту теорию, открытый и закрытый импедансы транзисторного ключа можно выразить в терминах легко измеряемых параметров транзистора. Для идеального транзистора такими параметрами являются токи насыщения эмиттерного и коллекторного переходов, а также нормальный и инвертированный альфа-каналы. Обсуждается переход транзисторного переключателя из открытого состояния в закрытое или наоборот, включая эффекты хранения неосновных носителей.Этот переход может быть выражен в аналитической форме через альфа-канал, а также нормальную и инвертированную альфа-частоту отсечки.

Модель Эберса-Молла состоит из следующих уравнений для тока эмиттера и коллектора:

Прямое и обратное усиление, обозначаемое α _F и α _R , меньше единицы, потому что не весь ток проходит от одного перехода к другому.

Это условие взаимности, как известно, подразумевает базовый ток, который может быть вычислен с использованием закона Кирхгофа по току, согласно которому сумма всех токов, входящих в узел, равна нулю.Обратите внимание, что

В BJT обычно есть две двухпроводные схемы, вход и выход. Устройство в его основной форме имеет три, а не четыре вывода, потому что один из них — который может быть базой, эмиттером или коллектором — является общим для обеих схем. Выходная схема может передавать на следующий каскад усиленную или ослабленную версию сигнала на входе. Когда вход и выход в каждый момент времени находятся в одном и том же соотношении, устройство называется линейным, а когда это соотношение изменяется, устройство является нелинейным.

X = 2 Y — линейное уравнение.
X = Y ² — нелинейное уравнение.

Как линейные, так и нелинейные устройства обладают некоторым конечным коэффициентом усиления. Или выигрыш может быть бесконечным, теоретически, но не на самом деле, когда существует условие большого взрыва. Прирост обозначается греческим альфа (α) и греческим бета (β). Чтобы уточнить, α — это I _C / I _E . β — это I _C / I _B . Коэффициент усиления по напряжению с общим эмиттером всегда находится на небольшой отрицательной территории.

Коэффициент усиления по току в схеме транзистора с общей базой по определению представляет собой изменение тока коллектора по сравнению с изменением тока эмиттера, когда разность напряжений между базой и коллектором не меняется. Типичный коэффициент усиления по току общей базы равен единице.

В BJT каждый из двух переходов может быть смещен в прямом или обратном направлении. Соответственно, существует четыре возможных режима работы транзистора. Он отсекается, когда переход эмиттер-база и переход коллектор-база смещены в обратном направлении.Когда оба этих перехода смещены в прямом направлении, устройство находится в состоянии насыщения. Когда переход эмиттер-база смещен в прямом направлении, а переход коллектор-база смещен в обратном направлении, транзистор находится в прямом активном режиме. Наконец, транзистор находится в реверсивно-активном режиме, когда эмиттер-база смещена в обратном направлении, а коллектор-база смещена в прямом направлении.

Между отсечкой и насыщением устройство действует как переключатель, который может быть разомкнутым с высоким импедансом или замкнутым с низким импедансом.В этих условиях смещения нет промежуточного состояния. В прямом активном режиме транзистор работает как усилитель, а в обратном активном режиме он может использоваться для операций цифрового и аналогового переключения.

Удивительно, но при определенных условиях смещения и входного сигнала физические размеры BJT фактически изменяются. Это явление было впервые замечено Джеймсом Эрли в 1952 году и известно как эффект Раннего. Это проявляется в уменьшении ширины базы из-за расширения области истощения базы-коллектора.В результате увеличивается ток и напряжение коллектора. Металлооксидные полупроводниковые полевые транзисторы (MOSFET) также демонстрируют это странное поведение.

Показанная здесь полярность формы волны применима к npn-транзистору. Настройки трассировки для pnp-транзистора будут использовать напряжение и токи противоположной полярности (отрицательные).

Когда возникает необходимость в физическом измерении параметров транзистора, таких как усиление по току, напряжения пробоя и импеданс, обычно выбирают прибор для измерения кривой транзистора.Индикатор кривой может генерировать и отображать семейство кривых тока коллектора, I _c , в зависимости от напряжения коллектор-эмиттер, В _CE , для различных значений тока базы, I _B . На этом экране можно напрямую определить текущее усиление β.

Измеритель кривой использует три основные схемы для генерации этого дисплея: генератор напряжения развертки для управления напряжением коллектора; источник базового тока, которым можно управлять для обеспечения ряда равных приращений базовых токов при каждой развертке генератора напряжения; и источник синхронизации для изменения базового тока в начале каждой развертки напряжения.

Форма сигнала генератора напряжения развертки, V _s , состоит из повторяющихся разверток, происходящих с периодом времени T. Это напряжение питания коллектора, которое периодически прикладывается к транзистору. Напряжение коллектора, V _ce , будет обеспечивать горизонтальную развертку (ось x).

Вид выходного сигнала источника тока базы показывает, что для каждой последовательной развертки напряжения базовый ток I _B увеличивается с равными шагами, причем каждый шаг синхронизируется с началом каждой развертки напряжения коллектора.По окончании последнего периода приращения генератор базового тока повторяет последовательность шагов. В США частота линии электропередачи 60 Гц обычно используется в качестве синхронизирующего сигнала для ступеней напряжения развертки коллектора и базового тока.

Напряжение коллектор-эмиттер, V _ce , обеспечивает горизонтальную развертку, в то время как напряжение на резисторе измерения тока, R _c , которое пропорционально току коллектора, обеспечивает вертикальную развертку, в результате чего получается семейство кривые I _c в сравнении с V _ce для серии одинаковых приращений изменения тока базы.

Показанные здесь дисплеи относятся к npn-транзистору. Коэффициент усиления транзистора по току определяется по формуле: β = коэффициент усиления по току = ΔI _c / ΔI _B , где ΔI _B устанавливается переключателем шага отслеживания кривой.

Текущее усиление транзистора определяется из этого индикатора кривой с использованием соотношения β = ΔIc / ΔI _B , где ΔI _B — установка переключателя шага индикатора.

Наклон линии нагрузки определяется резистором, ограничивающим рассеяние, R _L , выбранным в секции управления свипированием коллектора.Этот резистор выбран таким образом, чтобы максимально допустимый ток коллектора I _c для транзистора не превышался для V _ce = 0 В.

При использовании измерителя кривой малые транзисторы не обладают большой способностью к рассеиванию тепла, поэтому их следует ограничивать примерно 50 мА и 40 В; Транзисторы большей мощности обычно имеют корпус, который позволяет прикрепить к радиатору. Обычно можно с уверенностью предположить, что они могут выдерживать 1 или 2 А при 40 В.

Направление тока в pnp-транзисторе является обратным по отношению к npn-транзистору, поэтому V _CE и направление тока базы должны быть поменяны местами, в результате чего здесь видна характеристическая кривая.

β будет изменяться в зависимости от потребляемого тока коллектора, уменьшаясь по мере увеличения тока. Коэффициент усиления обычно измеряется в диапазоне напряжения / тока, в котором предполагается, что транзистор будет работать.

Наконец, транзисторы на измерителе кривой могут нагреваться, поэтому будьте осторожны при обращении с ними.

y% 20параметры% 20of% 20Транзисторы техническое описание и примечания по применению

2009 — 2SA1491P.Y Аннотация: абстрактный текст недоступен Текст: нет текста в файле	Оригинал	PDF	CST-100 SL-156 МТА-100 МТА-100 2SA1491P.Y
2009 — Нет в наличии Аннотация: абстрактный текст недоступен Текст: нет текста в файле	Оригинал	PDF	CST-100 SL-156 МТА-100
2005 — HC49SSDLF Аннотация: sn-3.0ag-0.5cu F1602T F5101 F1145 F3415 FSMLF FOX801BE F1144E F1100ER Текст: нет текста в файле	Оригинал	PDF	F1100E F1100ER F1144E F1144ER F1145E F1145ER F1148E F1523BA F1523BAM F1602T HC49SSDLF сн-3.0ag-0.5cu F1602T F5101 F1145 F3415 FSMLF FOX801BE F1144E F1100ER
1998 — микросхема w53 Абстракция: SLQ34 y623 Текст: нет текста в файле	Оригинал	PDF
108-1051 Резюме: EP 1408 6414 трубка MTA 170 85 03 MTA-156 LR7189 CST-100 KPH 141 82056 amp Tyco аппликатор Текст: нет текста в файле	Оригинал	PDF	CST-100 SL-156 MTA-156 UL94V-0, 108-1051 EP 1408 6414 трубка MTA 170 85 03 LR7189 KPH 141 82056 аппликатор amp tyco
Нет в наличии Аннотация: абстрактный текст недоступен Текст: нет текста в файле	Сканирование OCR	PDF	МТА-15 MTA-156 UL94V-0
2008 — N / S877T Аннотация: N / A7W18 N / M2N6660 Текст: нет текста в файле	Оригинал	PDF	CST-100 SL-156 MTA-156 N / S877T N / A7W18 N / M2N6660
1998 — гдж, Аннотация: абстрактный текст недоступен Текст: нет текста в файле	Оригинал	PDF
108-1051 Аннотация: MTA-156 LR7189 Текст: нет текста в файле	Оригинал	PDF	MTA-156 108-1051 LR7189
мф 31-55 Реферат: EN 3155 MF31-55 радиолокационная трубка 15кв300 Текст: нет текста в файле	сканирование OCR	PDF	MF31-55 мф 31-55 EN 3155 MF31-55 радиолокационная трубка 15кв300
2014 — SN74AUP1GXX Аннотация: абстрактный текст недоступен Текст: нет текста в файле	Оригинал	PDF	DFN0808 SN74AUP1GXX
2011 — Renesas v850 — цена: + 0 руб. Аннотация: upd70f3805 uPD70F3745gj UPD70F3742GC UPD70F3793GC-UEU-AX upd70f38 QB-V850ES uPD70F3740 UPD70F3761GC-UEU-AX UPD70F3744GJ Текст: нет текста в файле	Оригинал	PDF	32-битный V850ES 0411 / 4K / CPRN / BCD / SP R01PF0037EU0100 Renesas V850 upd70f3805 uPD70F3745gj UPD70F3742GC UPD70F3793GC-UEU-AX upd70f38 QB-V850ES uPD70F3740 UPD70F3761GC-UEU-AX UPD70F3744GJ
усилитель мта 100 Резюме: 3-641213-2 408-8040 LR7189 CST-100 IDC закрытый заголовок AMP 641994-1 641126-2 644893-2 4-647630-0 Текст: нет текста в файле	Оригинал	PDF	CST-100 SL-156 МТА-100 МТА-100 усилитель mta 100 3-641213-2 408-8040 LR7189 закрытый заголовок idc AMP 641994-1 641126-2 644893-2 4-647630-0
2009 — Нет в наличии Аннотация: абстрактный текст недоступен Текст: нет текста в файле	Оригинал	PDF	CST-100 SL-156 МТА-50 E28476 E53793 Sys354
RA3CSH9 Аннотация: RA3esh9 RA3CSH9R RA3FSH9R RA3ATL6 RA3ctl9 RA3FTL6-2SL ra3ftl6 RA3ETL9 RA3CTH9 Текст: нет текста в файле	Оригинал	PDF	50 мА / 24 В постоянного тока AQCXX-24 AQCXX-25 AQCXX-26 AQCXX-27 1B09XUXXX 1D09XXX 1F096XXX 1ZB09XDXXX Кнопка1ZB09 RA3CSH9 РА3еш9 RA3CSH9R RA3FSH9R RA3ATL6 RA3ctl9 RA3FTL6-2SL ra3ftl6 RA3ETL9 RA3CTH9
2012 — 62087 Аннотация: абстрактный текст недоступен Текст: нет текста в файле	Оригинал	PDF	47 дюймов Th57LFT30W 47 дюймов PMY02 / 08/2012 62087
ЗАЖИГАТЕЛЬ Z 400 M Резюме: 67551 Thyratron Ignitron PL6755 Scans-00180016 Тиратронная трубка RS-сканирование трубки-0018001 redresseur Текст: нет текста в файле	сканирование OCR	PDF	PL6755 ЗАЖИГАТЕЛЬ Z 400 M 67551 Тиратрон Игнитрон PL6755 Скан-00180016 тиратронная трубка RS трубка сканы-0018001 рецензент
2009 — GPMC Аннотация: ARM Cortex A8 Neon SIMD PBGA 423 cus PowerVR 12X12 POP PACKAGE проводное соединение ноутбука камера процессор 1wire AM3517 ARM процессор.Шаг 4 мм e-MMC Текст: нет текста в файле	Оригинал	PDF	OMAP35x AM35x AM3505 / 17 OMAP35x OMAP35 GPMC ARM Cortex A8 Neon SIMD PBGA 423 cus PowerVR ПАКЕТ 12X12 провод подключения ноутбук камера процессор 1wire AM3517 Процессор ARM с шагом 0,4 мм e-MMC
108-1050 Аннотация: разъем idc 10 pin mta 156 Текст: нет текста в файле	Оригинал	PDF	CST-100 SL-156 МТА-100 UL94V-0, 108-1050 разъем idc 10 контактов mta 156
2012 — em231 Аннотация: предохранитель ЭМ-231 ф 3.15а 250в Текст: нет текста в файле	Оригинал	PDF	Май 2012D 5×20 мм IEC-127-2 63 В постоянного тока. EIA-296-F em231 ЭМ-231 предохранитель f 3.15a 250v
Стн 800×600 моно Абстракция: Stn 640×480 mono tft lcd 8-дюймовая панель 1024×768 256KX16-60 1280X1024 Y 60 800X600 640X480 256KX16 68554 Текст: нет текста в файле	Оригинал	PDF	CT82 / 3-97 640 x 480 800X600 1024X768 1280X1024 256Kx16-40 55 МГц CT82 / 3-97 Стн 800×600 моно Stn 640×480 моно tft жк-панель 8 дюймов 1024×768 256KX16-60 1280X1024 Y 60 800X600 640X480 256KX16 68554
113 лет Абстракция: HA 1329 QN-08 1329 y-448 AO2222 Текст: нет текста в файле	Оригинал	PDF	147нс, 00866pF) ao211 ao2111 ao2111d2 ao211d2 ao211d4 ao21d2 ao21d4 ao221 113 лет HA 1329 QN-08 1329 у-448 AO2222
GCK 164 Аннотация: samsung 649 ao21 OA21D Текст: нет текста в файле	Оригинал	PDF	204нс, 00486pF, 048пФ, 048пФ ao2111 ao2111d2 ao211d2 ao211d4 ao21d2 ao21d4 GCK 164 Самсунг 649 ao21 OA21D
Нет в наличии Аннотация: абстрактный текст недоступен Текст: нет текста в файле	сканирование OCR	PDF
AO222 Аннотация: ND3B FD2D2 FD3D2 FD4D2 NID4 Samsung 546 STD150 OA221 FD2Q Текст: нет текста в файле	Оригинал	PDF	112нс, 00305pF) ao211 ao2111 ao2111d2 ao211d2 ao211d4 ao21d2 ao21d4 ao221 AO222 ND3B FD2D2 FD3D2 FD4D2 NID4 Samsung 546 STD150 OA221 FD2Q

.