Транзистор на схеме: Транзистор. Обозначение на схемах и внешний вид транзисторов.

Содержание

Транзистор. Обозначение на схемах и внешний вид транзисторов.

Внешний вид и обозначение транзистора на схемах

На фото справа вы видите первый работающий транзистор, который был создан в 1947 году тремя учёными – Уолтером Браттейном, Джоном Бардином и Уильямом Шокли.

Несмотря на то, что первый транзистор имел не очень презентабельный вид, это не помешало ему произвести революцию в радиоэлектронике.

Трудно предположить, какой бы была нынешняя цивилизация, если бы транзистор не был изобретён.

Транзистор является первым твёрдотельным устройством, способным усиливать, генерировать и преобразовывать электрический сигнал. Он не имеет подверженных вибрации частей, обладает компактными размерами. Это делает его очень привлекательным для применения в электронике.

Это было маленькое вступление, а теперь давайте разберёмся более подробно в том, что же представляет собой транзистор.

Сперва стоит напомнить о том, что транзисторы делятся на два больших класса. К первому относятся так называемые биполярные, а ко второму – полевые (они же униполярные). Основой как полевых, так и биполярных транзисторов является полупроводник. Основной же материал для производства полупроводников - это германий и кремний, а также соединение галлия и мышьяка - арсенид галлия (

GaAs).

Стоит отметить, что наибольшее распространение получили транзисторы на основе кремния, хотя и этот факт может вскоре пошатнуться, так как развитие технологий идёт непрерывно.

Так уж случилось, но вначале развития полупроводниковой технологии лидирующее место занял биполярный транзистор. Но не многие знают, что первоначально ставка делалась на создание полевого транзистора. Он был доведён до ума уже позднее. О полевых MOSFET-транзисторах читайте здесь.

Не будем вдаваться в подробное описание устройства транзистора на физическом уровне, а сперва узнаем, как же он обозначается на принципиальных схемах. Для новичков в электронике это очень важно.

Для начала, нужно сказать, что биполярные транзисторы могут быть двух разных структур. Это структура P-N-P и N-P-N. Пока не будем вдаваться в теорию, просто запомните, что биполярный транзистор может иметь либо структуру P-N-P, либо N-P-N.

На принципиальных схемах биполярные транзисторы обозначаются вот так.

Как видим, на рисунке изображены два условных графических обозначения. Если стрелка внутри круга направлена к центральной черте, то это транзистор с P-N-P структурой. Если же стрелка направлена наружу – то он имеет структуру N-P-N.

Маленький совет.

Чтобы не запоминать условное обозначение, и сходу определять тип проводимости (p-n-p или n-p-n) биполярного транзистора, можно применять такую аналогию.

Сначала смотрим, куда указывает стрелка на условном изображении. Далее представляем, что мы идём по направлению стрелки, и, если упираемся в «стенку» – вертикальную черту – то, значит, «Прохода Нет»! "Нет" – значит p-n-p (П-Н-П ).

Ну, а если идём, и не упираемся в "стенку", то на схеме показан транзистор структуры n-p-n. Похожую аналогию можно использовать и в отношении полевых транзисторов при определении типа канала (n или p). Про обозначение разных полевых транзисторов на схеме читайте тут.

Обычно, дискретный, то есть отдельный транзистор имеет три вывода. Раньше его даже называли полупроводниковым триодом. Иногда у него может быть и четыре вывода, но четвёртый служит для подключения металлического корпуса к общему проводу. Он является экранирующим и не связан с другими выводами. Также один из выводов, обычно это коллектор (о нём речь пойдёт далее), может иметь форму фланца для крепления к охлаждающему радиатору или быть частью металлического корпуса.

Вот взгляните. На фото показаны различные транзисторы ещё советского производства, а также начала 90-ых.

А вот это уже современный импорт.

Каждый из выводов транзистора имеет своё назначение и название: база, эмиттер и коллектор. Обычно эти названия сокращают и пишут просто Б (База), Э (Эмиттер), К (Коллектор). На зарубежных схемах вывод коллектора помечают буквой C, это от слова

Collector - "сборщик" (глагол Collect - "собирать"). Вывод базы помечают как B, от слова Base (от англ. Base - "основной"). Это управляющий электрод. Ну, а вывод эмиттера обозначают буквой E, от слова Emitter - "эмитент" или "источник выбросов". В данном случае эмиттер служит источником электронов, так сказать, поставщиком.

В электронную схему выводы транзисторов нужно впаивать, строго соблюдая цоколёвку. То есть вывод коллектора запаивается именно в ту часть схемы, куда он должен быть подключен. Нельзя вместо вывода базы впаять вывод коллектора или эмиттера. Иначе не будет работать схема.

Как узнать, где на принципиальной схеме у транзистора коллектор, а где эмиттер? Всё просто. Тот вывод, который со стрелкой – это всегда эмиттер. Тот, что нарисован перпендикулярно (под углом в 900) к центральной черте – это вывод базы. А тот, что остался – это коллектор.

Также на принципиальных схемах транзистор помечается символом VT или

Q. В старых советских книгах по электронике можно встретить обозначение в виде буквы V или T. Далее указывается порядковый номер транзистора в схеме, например, Q505 или VT33. Стоит учитывать, что буквами VT и Q обозначаются не только биполярные транзисторы, но и полевые в том числе.

Далее узнаем, как найти транзисторы на печатной плате электронного прибора.

В реальной электронике транзисторы легко спутать с другими электронными компонентами, например, симисторами, тиристорами, интегральными стабилизаторами, так как те имеют такие же корпуса. Особенно легко запутаться, когда на электронном компоненте нанесена неизвестная маркировка.

В таком случае нужно знать, что на многих печатных платах производится разметка позиционирования и указывается тип элемента. Это так называемая шелкография. Так на печатной плате рядом с деталью может быть написано Q305. Это значит, что этот элемент транзистор и его порядковый номер в принципиальной схеме – 305. Также бывает, что рядом с выводами указывается название электрода транзистора. Так, если рядом с выводом есть буква E, то это эмиттерный электрод транзистора. Таким образом, можно чисто визуально определить, что же установлено на плате – транзистор или совсем другой элемент.

Как уже говорилось, это утверждение справедливо не только для биполярных транзисторов, но и для полевых. Поэтому, после определения типа элемента, необходимо уточнять класс транзистора (биполярный или полевой) по маркировке, нанесённой на его корпус.


Полевой транзистор FR5305 на печатной плате прибора. Рядом указан тип элемента - VT

Любой транзистор имеет свой типономинал или маркировку. Пример маркировки: КТ814. По ней можно узнать все параметры элемента. Как правило, они указаны в даташите (datasheet). Он же справочный лист или техническая документация. Также могут быть транзисторы этой же серии, но чуть с другими электрическими параметрами. Тогда название содержит дополнительные символы в конце, или, реже, в начале маркировки. (например, букву А или Г).

Зачем так заморачиваться со всякими дополнительными обозначениями? Дело в том, что в процессе производства очень сложно достичь одинаковых характеристик у всех транзисторов. Всегда есть определённое, пусть и, небольшое, но отличие в параметрах. Поэтому их делят на группы (или модификации).

Строго говоря, параметры транзисторов разных партий могут довольно существенно различаться. Особенно это было заметно ранее, когда технология их массового производства только оттачивалась.

Главная &raquo Радиоэлектроника для начинающих &raquo Текущая страница

Также Вам будет интересно узнать:

 

Восемь простых схем на транзисторах для начинающих радиолюбителей

Приведены несколько схем простых устройств и узлов, которые могут быть изготовлены начинающими радиолюбителями.

Однокаскадный усилитель ЗЧ

Это простейшая конструкция, которая позволяет продемонстрировать усилительные способности транзистора Правда, коэффициент усиления по напряжению невелик - он не превышает 6, поэтому сфера применения такого устройства ограничена.

Тем не менее его можно подключить, скажем, к детекторному радиоприемнику (он должен быть нагружен на резистор 10 кОм) и с помощью головного телефона BF1 прослушивать передачи местной радиостанции.

Усиливаемый сигнал поступает на входные гнезда X1, Х2, а напряжение питания (как и во всех остальных конструкциях этого автора, оно составляет 6 В - четыре гальванических элемента напряжением по 1,5 В, соединенных последовательно) подается на гнезда ХЗ, Х4.

Делитель R1R2 задает напряжение смещения на базе транзистора, а резистор R3 обеспечивает обратную связь по току, что способствует температурной стабилизации работы усили теля.

Рис. 1. Схема однокаскадного усилителя ЗЧ на транзисторе.

Как происходит стабилизация? Предположим, что под воздействием температуры увеличился ток коллекто ра транзистора Соответственно увеличится падение напряжения на резисто ре R3. В итоге уменьшится ток эмитте ра, а значит, и ток коллектора - он достигнет первоначального значения.

Нагрузка усилительного каскада - головной телефон сопротивлением 60.. 100 Ом. Проверить работу усилителя несложно, нужно коснуться входного гнезда Х1 например, пинцетом в телефоне должно прослушиваться слабое жужжание, как результат наводки пере менного тока. Ток коллектора транзис тора составляет около 3 мА.

Двухкаскадный УЗЧ на транзисторах разной структуры

Он выполнен с непосредственной связью между каскадами и глубокой отрицательной обратной связью по постоянному току, что делает его режим независящим от температуры окружающей среды. Основа температурной стабилизации - резистор R4, работаю щий аналогично резистору R3 в предыдущей конструкции

Усилитель более "чувствительный” по сравнению с однокаскадным - коэффициент усиления по напряжению достигает 20. На входные гнезда можно подавать переменное напряжение амплитудой не более 30 мВ, иначе возникнут искажения, прослушиваемые в головном телефоне.

Проверяют усилитель, прикоснувшись пинцетом (или просто пальцем) входного гнезда Х1 - в телефоне раздастся громкий звук. Усилитель потребляет ток около 8 мА.

Рис. 2. Схема двухкаскадного усилителя ЗЧ на транзисторах разной структуры.

Эту конструкцию можно использовать для усиления слабых сигналов например, от микрофона. И конечно он позволит значительно усилить сигнал 34, снимаемый с нагрузки детекторного приемника.

Двухкаскадный УЗЧ на транзисторах одинаковой структуры

Здесь также использована непосредственная связь между каскадами, но стабилизация режима работы несколько отличается от предыдущих конструкций.

Допустим, что ток коллектора транзистора VТ1 уменьшился Падение напряжения на этом транзисторе увеличится что приведет к увеличению напряжения на резисторе R3, включенном в цепи эмиттера транзис тора VТ2.

Благодаря связи транзисторов через резистор R2, увеличится ток базы входного транзистора, что приведет к увеличению его тока коллектора. В итоге первоначальное изменение тока коллектора этого транзистора будет скомпенсировано.

Рис. 3. Схема двухкаскадного усилителя ЗЧ на транзисторах одинаковой структуры.

Чувствительность усилителя весьма высока - коэффициент усиления достигает 100. Усиление в сильной степени зависит от емкости конденсатора С2 - если его отключить, усиление снизится. Входное напряжение должно быть не более 2 мВ.

Усилитель хорошо работает с детекторным приемником, с электретным микрофоном и другими источниками слабого сигнала. Ток, потребляемый усилителем - около 2 мА.

Двухтактный усилитель мощности ЗЧ на транзисторах

Он выполнен на транзисторах разной структуры и обладает усилением по напряжению около 10. Наибольшее входное напряжение может быть 0,1 В.

Усилитель двухкаскадный первый собран на транзисторе VТ1 второй - на VТ2 и VТЗ разной структуры. Первый ка скад усиливает сигнал 34 по напряжению причем обе полуволны одинаково. Второй - усиливает сигнал по току но каскад на транзисторе VТ2 “работает” при положительных полуволнах, а на транзисторе VТЗ - при отрицательных.

Рис. 4. Двухтактный усилитель мощности ЗЧ на транзисторах.

Режим по постоянному току выбран таким что напряжение в точке соединения эмиттеров транзисторов второго каскада равно примерно половине напряжения источника питания.

Это достигается включением резистора R2 обратной связи Ток коллектора входного транзистора, протекая через диод VD1, приводит к падению на нем напряжения. которое является напряжением смещения на базах выходных транзисторов (относительно их эмиттеров), - оно позволяет уменьшить искажения усиливаемого сигнала.

Нагрузка (несколько параллельно включенных головных телефонов либо динамическая головка) подключена к усилителю через оксидный конденсатор С2.

Если усилитель будет работать на динамическую головку (сопротивлением 8 -.10 Ом), емкость этого конденсатора должна бы ь минимум вдвое больше Обратите внимание на подключение нагрузки первого каскада - резистора R4 Его верхний по схеме вывод соединен не с плюсом питания, как это обычно делается, а с нижним выводом нагрузки.

Это так называемая цепь вольтодобавки, при которой в базовую цепь выходных транзисторов поступает небольшое на пряжение ЗЧ положительной обратной связи, выравнивающее условия работы транзисторов.

Двухуровневый индикатор напряжения

Такое устройство можно использовать. например, для индикации “истощения” батареи питания либо индикации уровня воспроизводимого сигнала в бытовом магнитофоне. Макет индикатора позволит продемонстрировать принцип его работы.

Рис. 5. Схема двухуровневого индикатора напряжения.

В нижнем по схеме положении движка переменного резистора R1 оба транзистора закрыты, светодиоды HL1, HL2 погашены. При перемещении движкарезистора вверх, напряжение на нем увеличивается. Когда оно достигнет напряжения открывания транзистора VТ1 вспыхнет светодиод HL1

Если продолжать перемещать движок. наступит момент, когда вслед за диодом VD1 откроется транзистор VТ2. Вспыхнет и светодиод HL2. Иными словами, малое напряжение на входе индикатора вызывает свечение только светодиода HL1 а большее обоих светодиодов.

Плавно уменьшая входное напряжение переменным резистором, заметим что вначале гаснет светодиод HL2, а затем - HL1. Яркость светодиодов зависит от ограничительных резисторов R3 и R6 при увеличении их сопротивлений яркость падает.

Чтобы подключить индикатор к реальному устройству, нужно отсоединить верхний по схеме вывод переменного резистора от плюсового провода источника питания и подать контролируемое напряжение на крайние выводы этого резистора. Перемещением его движка подбирают порог срабатывания индикатора.

При контроле только напряжения источника питания допустимо установить на месте HL2 светодиод зеленого свечения АЛ307Г.

Трехуровневый индикатор напряжения

Он выдает световые сигналы по принципу меньше нормы - норма - больше нормы. Для этого в индикаторе использованы два светодиода красно го свечения и один - зеленого.

Рис. 6. Трехуровневый индикатор напряжения.

При некотором напряжении на движке переменного резистора R1 (напряжение в норме) оба транзистора закрыты и (работает) только зеленый светодиод HL3. Перемещение движка резистора вверх по схеме приводит к увеличению напряжения (больше нормы) на нем открывается транзистор VТ1.

Светодиод HL3 гаснет, а HL1 зажигается. Если движок перемещать вниз и уменьшать таким образом напряжение на нем (‘меньше нормы”) транзистор VТ1 закроется, а VТ2 откроется. Будет наблюдаться такая картина: вначале погаснет светодиод HL1, затем зажжется и вскоре погаснет HL3 и в заключение вспыхнет HL2.

Из-за низкой чувствительности индикатора получается плавный переход от погасания одного светодиода к зажиганию другого еще не погас полностью например, HL1, а уже зажигается HL3.

Триггер Шмитта

Как известно это устройство ис пользуется обычно для преобразования медленно изменяющегося напряжения в сигнал прямоугольной формыКогда движок переменного резистора R1 находится в нижнем по схеме положении транзистор VТ1 закрыт.

Напряжение на его коллекторе высокое, в результате транзистор VТ2 оказывается открытым а значит, светодиод HL1 зажжен На резисторе R3 образуется падение напряжения.

Рис. 7. Простой триггер Шмитта на двух транзисторах.

Медленно перемещая движок переменного резистора вверх по схеме, удастся достичь момента когда произойдет скачкообразное открывание транзистора VТ1 и закрывание VТ2 Это случится при превышении напряжения на базе VТ1 падения напряжения на резисторе R3.

Светодиод погаснет. Если после этого перемещать движок вниз триггер возвратится в первоначальное положение - вспыхнет светодиод Это произойдет при напряжении на движке меньшем чем напряжение выключения светодиода.

Ждущий мультивибратор

Такое устройство обладает одним устойчивым состоянием и переходит в другое только при подаче входного сигнала При этом мультивибратор формирует импульс своей длительности независимо от длительности входного. Убедимся в этом проведя эксперимент с макетом предлагаемого устройства.

Рис. 8. Принципиальная схема ждущего мультивибратора.

В исходном состоянии транзистор VТ2 открыт, светодиод HL1 светится. Достаточно теперь кратковременно замкнуть гнезда Х1 и Х2 чтобы импульс тока через конденсатор С1 открыл транзистор VТ1. Напряжение на его коллекторе снизится и конденсатор С2 окажется подключенным к базе транзистора VТ2 в такой полярности, что тот закроется. Светодиод погаснет.

Конденсатор начнет разряжаться ток разрядки потечет через резистор R5, удерживая транзистор VТ2 в закрытом состоянии Как только конденсатор разрядится, транзистор VТ2 вновь откроется и мультивибратор перейдет снова в режим ожидания.

Длительность формируемого мультивибратором импульса (продолжительность нахождения в неустойчивом состоянии) не зависит от длительности запускающего, а определяется сопротивлением резистора R5 и емкостью конденсатора С2.

Если подключить параллельно С2 конденсатор такой же емкости, светодиод вдвое дольше будет оставаться в погашенном состоянии.

И. Бокомчев. Р-06-2000.

Схемы УМЗЧ на транзисторах: Секреты надежности усилителей


Увеличение надежности схемы УМЗЧ на транзисторах

Схемы УМЗЧ на транзисторах: секреты надежности усилителей, принципы самостоятельной сборки усилителей мощности, правильные расчеты схемы УМЗЧ на транзисторах.

В данной статье представлены общие рекомендации по самостоятельной сборке усилителей мощности звука. Все показанные расчеты несколько упрощены в сторону запаса не более, чем на 15%.

Выбор драйверного каскада для усилителя мощности.

Драйверным каскадом называют каскад который непосредственно работает на управление оконечного каскада, как правило это первый каскад после усилителя напряжения, обычно эмиттерный повторитель, но при использовании каскодных выходных каскадов может быть включен и по схеме с общим эмиттером.

Основная задача драйверного каскада заключается в разгрузке усилителя напряжения и позволяет развить необходимые токи управления базами мощных выходных транзисторов. Рассмотрим что именно происходит в единичный момент времени в усилителе, для наглядности возьмем довольно популярный усилитель мощности ЛАНЗАР. Схема печатной платы усилителя Ланзар.

Для того, чтобы понять все процессы происходящие в усилителе переделаем его под усилитель постоянного напряжения и это позволит контролировать ВСЕ что происходит в усилителе на протяжении одной полу-волны синусоидального сигнала. В результате переделок получилась схема, показанная на рисунке 1.


Рисунок 1 Принципиальная схема усилителя постоянного напряжения на базе усилителя ЛАНЗАР.

В качестве нагрузки используется постоянное сопротивление величиной 6 Ом. По мере экспериментов оно будет меняться в ту или иную сторону. Питание усилителя возьмем ±60 В.

Итак, для начала установим необходимый ток покоя и проверим в каких точках какие напряжения.


Рисунок 2 Карта напряжений


Рисунок 3 Карта протекающих токов


Рисунок 4 Карта рассеиваемых мощностей

Как видно из рисунка на транзисторах последнего каскада усилителя напряжения Q5 и Q6 выделяется порядка 1 Вт, следовательно этим транзисторам уже необходим теплоотвод. На предпоследнем каскаде (драйверах Q8 и Q9) даже в режиме молчания выделяется порядка 2 Вт, тут уже однозначно требуется радиатор.

Радиатор охлаждения

Ну а для оконечного каскада радиатор уже просто обязателен, хотя в режиме молчания или без нагрузки размеры корпуса транзистора позволяют рассеивать выделяемое тепло. Тут же следует отметить, что в качестве оконечного каскада используется две пары транзисторов, включенных параллельно для увеличения выходной мощности усилителя, поскольку одна пара не в состоянии справится, но об этом несколько позже.

[adsens]

Поскольку переменное напряжение представляет из себя меняющее полярность постоянное, то рассмотрим происходящие процессы на примере одной положительной полуволны с контрольными точками 0,5; 1,0; 1,5; 2,0; 2,5 В (величина входного сигнала, рисунок 5).


Рисунок 5 В качестве примера возьмем положительную полуволну входного сигнала с амплитудой 2,5 В

По мере роста входного сигнала к нагрузке прилагается все большее напряжение, следовательно увеличивается протекающий ток и через нагрузку и через оконечные транзисторы. Поскольку мы используем биполярные транзисторы, то ток коллектора на прямую зависит от тока базы, следовательно чем больший ток требуется пропустить через оконечный транзистор, тем больший ток требуется приложить к его базе.

Этим собственно и занимается драйверный каскад усилителя. Как видно из рисунка 6 по мере роста амплитуды входного сигнала протекающий ток через оконечные транзисторы увеличивается, увеличивается и ток, протекающий через транзисторы предпоследнего каскада, а вот мгновенно рассеиваемая мощность сначала увеличивается, а потом уменьшается.

Тут, пожалуй, следует пояснить почему мощность увеличивается, а затем уменьшается, хотя казалось бы она должна не уклонно расти. Дело в том, что выделяемая на элементе мощность зависит от протекающего через элемент тока и падения напряжения на нем. Да, да это школьный курс физики, тот самый закон Ома.


Рисунок 6 Изменение токов и рассеиваемых мощностей в зависимости о величины входного сигнала

Схемы для наглядности

Для большей ясности рассмотрим простенькую схемку, состоящую из источника питания, сопротивления нагрузки и транзистора, через который собственно и подается напряжение на нагрузку. Однако в данном случае транзистор будет выполнять роль переменного резистора в качестве движка которого можно подразумевать ток, протекающий через его базу. Для большей наглядности заменим транзистор резистором R1, сопротивление которого мы и будем менять (рис 7).


Рисунок 7 Принципиальная схема поясняющая рассеиваемые мощности

На рисунке 7 сопротивление регулируемого элемента (R1) равно 1000 кОм, ну что то типа утечки. В этом случае через нагрузку протекают микро токи и на регулирующем элементе рассеиваются микро ватты. Но стоит уменьшить сопротивление регулирующего элемента до такой степени, чтобы приложить к нагрузке 0,5 В как картина начинает меняться — рисунок 8. Поскольку к нагрузке прилагается 0,5 В, а напряжение питания составляет 10 В, то на регулирующем элементе падение будет составлять 9,5 В, что собственно и показывает подключенный к выводам регулирующего элемента вольтметр.

[adsens1]

Ток через нагрузку и регулирующий элемент будет составлять 50 мА, т.е. 0,05 А. В этом случае, для вычисления выделяемой регулирующим элементом мощности, следует протекающий через него ток (0,05 А) умножить на приложенное к его выводам напряжение (9,5 В). В результате мы получаем, что выделяемая регулирующим элементом будет рассеиваться 0,475 Вт (475 мВт, как показывает симулятор).


Рисунок 8

Далее приложим к нагрузке 1 В. На регулирующем элементе остается 9 В, а протекающий ток составит 0,1 А (рис 9). Выделяемая мощность на регулирующем элементе составит 9 В х 0,1 А = 0,9 Вт (900мВт согласно симулятору). Пока все верно: увеличивается протекающий ток — увеличивается рассеиваемая мощность.


Рисунок 9

Далее приложим к нагрузке 2 В. Падение на регулирующем элементе 8 В, протекающий ток составляет 0,2 А, рассеиваемая мощность 8 В х 0,2 А = 1,6 Вт. (рис 10)


Рисунок 10

Казалось бы, что дальнейшие вычисления не имеют смысла — с увеличением протекающего тока увеличивается и рассеиваемая регулирующим элементом мощность. Да, все верно, но лишь до тех пор, пока АКТИВНОЕ сопротивление регулирующего элемента не станет равным сопротивлению нагрузки. В этом случае к нагрузке будет приложено 5 В, протекающий ток составит 0,5 А, на регулирующем элементе и на нагрузке будет рассеиваться по 2,5 Вт (рис 11).


Рисунок 11

Теперь активное сопротивление регулирующего элемента меньше сопротивления нагрузки, приложенное к его выводам напряжение равно 4 В, протекающий ток равен 0,6 А, следовательно рассеиваемая мощность равна 4 В х 0,6 А = 2,4 Вт, т.е рассеиваемая мощность начинает уменьшаться, не смотря на то, что протекающий через регулирующий элемент ток продолжает увеличиваться (рис 12).


Рисунок 12

Для очистки совести откроем даташник на популярные в звукотехнике транзисторы 2SA1943 и 2SC5200 и посмотрим величину напряжения коллектор-эмиттер в открытом состоянии. Для 2SC5200 эта величина составляет 0,4 В, для 2SA1943 — 1,5 В. Поскольку последняя величина больше, то ее и попробуем — уменьшим величину активного сопротивления регулирующего элемента до получения падения на нем 1,5 В (рис 13).


Рисунок 13

Из всего выше сказанного следует, что рассеиваемая мощность на регулирующем элементе связана не только с протекающим через нее током, падением напряжения, но и с сопротивлением нагрузки и максимальное тепловыделение происходит в тот момент, когда активное сопротивление регулирующего элемента равно сопротивлению нагрузки.

Снова к усилителю

Ну теперь вернемся к усилителю постоянного напряжения, к рисунку 6. Как видно максимальный ток через транзисторы драйвера и оконечные транзисторы протекает как раз в момент когда входное напряжение составляет 2,5 В при нагрузке 3 Ома. Следовательно транзисторы драйвера должен быть рассчитан на ток не менее 310 мА, а транзисторы оконечного каскада на ток не менее 8,8 А.

[adsens]

Однако не стоит забывать, что реальный усилитель мощности работает на динамическую головку, которая к активному сопротивлению имеет отношение лишь до тех пор, пока диффузор не подвижен. Как только диффузор головки начинает двигаться динамическая головка перестает быть активной нагрузкой, поскольку начинают сказываться и индуктивность катушки и наводимый в этой катушке ток, когда диффузор по инерции продолжает движение. Самый примитивный эквивалент динамической головки представлен на рисунке 14.


Рисунок 14 Эквивалент динамической головки.

Как видно в эквиваленте присутствуют и индуктивность и конденсатор, следовательно в моменты, когда диффузор головки разогнан до максимальной скорости происходит смена полярности выходного сигнала мгновенное значение активного сопротивления нагрузки может уменьшиться — в эквиваленте это будет емкость заряженного конденсатора и само индукция дросселя, причем ОЧЕНЬ сильно, и это только в случае когад акустическая система использует один широкополосный динамик, если же используется многополосная АС то активное сопротивление может уменьшится вплоть до 50% в определенные моменты времени.

Ну а поскольку активное сопротивление уменьшилось, то увеличиваются токи через оконечные транзисторы, естественно увеличивая токи своих баз. Поэтому в данном случае буде целесообразно использовать в качестве драйверов транзисторы с максимальным током коллектора уже не на 310 мА, а на 50% больше, т.е. на 460-500 мА, ну а если уж обращаться к реальным транзисторам, то это будут транзисторы с током коллектора на 1А. Ток коллектора оконечного каскада приобретает величину уже в 13 А, ближайшая стандартная величина 15 А.

Почему не удваивается мощность? Да потому что токи имеют мгновенное значение, а рассеиваемая мощность гораздо более инерционная и получившихся 135 Вт будут вполне достаточно кристалл транзистора не успеет нагреться до критической температуры.

Когда уровень входного напряжения достиг величины 2,5 В (рис 15). В этом случае на выходе усилителя получается максимально возможное напряжение, поскольку Q5 уже вошел в режим насыщения и дальнейшее увеличение входного напряжения не приведет к росту выходного. Если бы это было в усилителе мощности звукового сигнала, то эта ситуация как раз и называется клиппингом.


Рисунок 15 Карта напряжений при входном напряжении 2,5 В.

На что здесь стоит обратить внимание?

Прежде всего на прилагаемые напряжения к транзисторам, отвечающим на усиление отрицательной полу волны. Как видно из карты напряжений в момент, когда на выходе максимально возможное положительное напряжение к транзисторам отрицательной полу волны звукового сигнала прилагается отрицательная полярность источника питания и напряжение подаваемое с открытых транзисторов транзисторов положительной полу волны.

Следовательно транзисторы последнего каскада усилителя напряжения Q5, Q6, транзисторы драйверного каскада Q8, Q9 и транзисторы оконечного каскада Q10-Q13 должны быть рассчитаны на напряжение ни как не меньше 120 В и это только критический минимум, поскольку даже не большое увеличение сетевого напряжения и использовании не стабилизированного источника питания заставит транзисторы работать на технологическом запасе, что сводит схему к схемам пониженной надежности.

Поскольку электросети обещают напряжение в сети 220 В ±7%, а в реальности отклонения могут достигать и 10-15%, вот 15% и следует добавить с минимальному значению напряжения используемых транзисторов, т.е. используемые транзисторы должны быть рассчитаны на 138-140 В.

Открываем даташиты на транзисторы 2SA1943 и 2SC5200, которые используются в оконечном каскаде усилителя ЛАНЗАР и смотрим следующие величины:

  • Максимальный ток коллектор-эмиттер . . . . . . . . . . .15 А
  • Максимальное напряжение коллетор-эмиттер . . . 230 В
  • Тепловая мощность коллектора . . . . . . . . . . . . . . . 150 Вт

Правда там оговорка имеется — тепловая мощность при температуре 25°С и рекомендуемая мощность всего 100 Вт с одного транзистора, но как показывает при хороших теплоотводах в качестве номинальных можно использовать максимальные значения, но об этом немного ниже. В данной же схеме эти транзисторы вполне уместны, имеют довольно приличный запас по току и напряжению, а учитывая довольно большой технологический запас ТОШИБОВСКИХ изделий, в этом усилителе их убить будет довольно сложно.

Открываем даташиты на используемые в качестве драйверного каскада 2SA1930 и 2SC5171

  • Максимальный ток коллектор-эмиттер . . . . . . . . . . . 2 А
  • Максимальное напряжение коллетор-эмиттер . . . 180 В
  • Тепловая мощность коллектора . . . . . . . . . . . . . . . . 20 Вт

Опять же по всем параметрам заложен довольно приличный запас, причем в качестве драйверного могут вполне справиться и более слабые транзисторы 2SA1837 и 2SC4793 током коллектора в 1А и максимальным напряжением 230 В. Так же подойдут транзисторы на 1,5 А 160 В 2SB649A и 2SD669A.

Более подробно о параметрах рекомендуемых для усилителя строения транзисторах можно узнать в справочном листке.

В качестве Q7 можно использовать практически любой транзистор, поскольку протекающий через него ток равен 16 мА, а прилагаемое напряжение не превышает 2-3 В во всех режимах работы. Используемые для этого в ЛАНЗАРЕ BD135 выбраны из за удобства крепления к радиатору и имеющие несколько большую зависимость тока коллектора от температуры, т. е. они гарантировано справятся с возлагаемыми на них функциями.

Выходные транзисторы

В качестве оконечных транзисторов используется 2 пары соединенных параллельно транзистора. Это обстоятельство вносит дополнительные задачи при выборе элементной базы. Прежде всего транзисторы, которые соединены параллельно должны иметь довольно близкие параметры и только в этом случае нагрузка на них будет распределена равномерно и перегрузки одного из транзисторов не произойдет.

Если транзисторы покупаются в разных местах или в разное время, то тут без подбора транзисторов уже не обойтись, еси же покупаются в одном месте и все сразу, то следует обратить внимание на номер партии покупаемых транзисторов — у транзисторов одной структуры номер партии должен быть одинаковым. В этом случае завод-изготовитель гарантирует разброс параметров не более 2%, что вполне достаточно для использования в усилителях с параллельным включением транзисторов.

Номер партии пишется немного ниже и правей наименования транзистора. Так же следует обратить внимание на маркировку — маркировка краской ни фирменных транзисторах не делается уже достаточно давно — все надписи выполнены лазером.

Учитывая популярность своих изделий фирма ТОШИБА начала выпускать транзисторы и n-p-n и p-n-p структур одной партией, т.е. даже в транзисторах разной структуры параметры будут максимально приближены. Вот правда в продаже такие пары встречаются пока не часто (рис 16).


Рисунок 16 Транзисторы расной структуры, но одной партии

Если же нет возможности купить транзисторы одной партии, то тут возникает довльно патовая ситуация с одной стороны нужны транзисторы с максимально похожими характеристиками, с другой — цифровой мультиметр с измерителем h31 для этих целей не подходит, поскольку его измерения производятся в режиме микротоков, а мощные транзисторы в этих режимах имеют коф усиления больше 1000…

Для подбора силовых транзисторов потребуется более серьезное оборудование или два мультиметра — рисунок 17


Рисунок 17 Стенд для отбраковки силовых транзисторов

Для произведения отбраковки следует взять любой транзистор из отбраковываемой партии и переменным резистором выставить ток коллектора равным 0,4…0,6 А для транзисторов предпоследнего каскада и 1…1,3 А для транзисторов оконечного каскада. Ну а далее все просто — к клеммам подключаются транзисторы и по показаниям амперметра, включенного в коллектор выбираются транзисторы с одинаковыми показаниями, не забывая поглядывать на показания амперметра в базовой цепи — они тоже должны быть похожими.

Разброс в 5% вполне приемлем, для стрелочных индикаторов на шкале можно сделать метки «зеленого коридора» во время градуировки. Следует заметить, что подобные токи вызывают не плохой нагрев кристалла транзистора, а учитывая то, что он без теплоотвода длительность замеров не следует растягивать во времени — кнопку SB1 удерживать в нажатом состоянии более чем 1…1,5 сек не следует. Подобная отбраковка прежде всего позволит отобрать транзисторы с реально похожим коэффициент усиления.

Так же следует учитывать, что как бы вы не старались одинаковых транзисторов с теми, что у вас есть вы все равно не найдете, поэтому выбрав максимально похожие имеет смысл увеличить токовыравнивающие резисторы R24-R27 до 1 Ома. Разумеется вы потеряете в КПД, но выиграете по более равномерно распределенной мощности на каждый транзистор.

Резюмируя все выше сказанное можно сделать вывод:

Для данного усилителя мощности для предпоследнего каскада необходимы транзисторы с током коллектора не менее 1 А и напряжением коллектор-эмиттер не менее напряжения между плюсом и минусом двуполярного источника + 10-15% от этого значения. Для оконечного каскада требуется транзистор с током коллектора не менее 25 А или два включенных параллельно транзистора с током коллектора не менее 13 А.

Напряжение коллектор-эмиттер у транзисторов оконечного каскада должно быть такое же как и у транзисторов драйверного каскада. При соединении транзисторов параллельно необходимы транзисторы с идентичными параметрами, особенно по h31 (коф усиления), которое необходимо мереть при токах превышающих 0,1 А, либо использовать транзисторы одной партии. Мощность коллекторов соединенных параллельно транзисторов оконечного каскада должна быть не менее расчетной мощности усилителя при условии хорошего охлаждения кристалла транзистора, которое зависит от типа корпуса.

Последними строчками «О ТРАНЗИСТОРАХ» пожалуй стоит прописать, что с корпусов типа ТО-220 (IRF640-IRF9640) не рекомендуется «брать» более 60-70 Вт с одной пары, с корпусов типа ТО-247 (IRFP240-IRFP9240) не рекомендуется «брать» более 100-110 Вт с одной пары, с корпусов TO-3PBL (TO-264) (2SA1943-2SC5200) не рекомендуется брать более 140-150 Вт с одной пары, с корпусов ТО-204АА (MJ15022-MJ15023) не рекомендуется «брать» более 170-180 Вт с одной пары для широкополосных усилителей. Для сабвуферов приведенные значения могут быть увеличены примерно на 15-20%.

Источник: umz.htm

транзисторных схем

транзисторных схем Главная | Карта | Проекты | Строительство | Пайка | Исследование | Компоненты | 555 | Символы | FAQ | Ссылки
На этой странице объясняется работа транзисторов в схемах. Практические вопросы, такие как тестирование, меры предосторожности при пайке и идентификация выводов, рассматриваются в Страница транзисторов.

Общие: Типы | Токи | Функциональная модель | Пара Дарлингтона
Коммутация: Введение | Использовать реле? | Выход чипа | для NPN | и ПНП | Датчики | Инвертор

Следующая страница: Аналоговые и цифровые системы
См. Также: Транзисторы (пайка, идентификация выводов)

Типы транзисторов

Обозначения схемы транзистора
Есть два типа стандартных транзисторов, NPN и PNP , с разными обозначениями схем.Буквы относятся к слоям полупроводникового материала, из которых изготовлен транзистор. Большинство используемых сегодня транзисторов являются NPN, потому что это самый простой тип из кремния. Эта страница в основном посвящена транзисторам NPN, и если вы новичок в электронике, лучше всего начните с изучения того, как их использовать.

Выводы обозначены цифрами , база (B), коллектор , (C) и эмиттер , (E).
Эти термины относятся к внутренней работе транзистора, но их не так много. Помогите понять, как используется транзистор, поэтому просто относитесь к ним как к ярлыкам!

Пара Дарлингтона - это два транзистора, соединенных вместе чтобы дать очень высокий коэффициент усиления по току.

Помимо стандартных (биполярных) транзисторов, есть полевые транзисторы , которые обычно обозначаются как FET s. У них разные символы схем и свойства, и они (пока) не рассматриваются на этой странице.


Токи транзисторов

На схеме показаны два пути тока через транзистор. Вы можете построить эта схема с двумя стандартными красными светодиодами 5 мм и любым маломощным универсальным Транзистор NPN (например, BC108, BC182 или BC548).

Малый базовый ток управляет большим током коллектора .

Когда переключатель замкнут небольшой ток течет в основание (B) транзистор. Этого достаточно, чтобы светодиод B тускло светился. Транзистор усиливает этот небольшой ток, чтобы позволить большему току течь через его коллектор (C) к его эмиттеру (E). Этот ток коллектора достаточно велик, чтобы светодиод C светился ярко.

Когда переключатель разомкнут Базовый ток не течет, поэтому транзистор отключается коллекторный ток. Оба светодиода выключены.

Транзистор усиливает ток и может использоваться как переключатель.

Это устройство, в котором эмиттер (E) находится в цепи управления (базовый ток) а в управляемой цепи (коллекторный ток) называется общим эмиттерным режимом . Это наиболее широко используемая конструкция транзисторов, поэтому ее нужно изучить в первую очередь.


Функциональная модель NPN-транзистора

Работу транзистора сложно объяснить и понять с точки зрения его внутренней структуры.Полезнее использовать эту функциональную модель:
  • Переход база-эмиттер ведет себя как диод.
  • A базовый ток I B течет только при напряжении V BE через переход база-эмиттер составляет 0,7 В или более.
  • Малый базовый ток I B управляет большим током коллектора Ic.
  • Ic = h FE × I B (если транзистор не открыт и не насыщен)
    h FE - это усиление по току (строго по постоянному току), типичное значение для h FE - 100 (у него нет единиц измерения, потому что это соотношение)
  • Сопротивление коллектор-эмиттер R CE контролируется током базы I B :
    • I B = 0 R CE = бесконечный транзистор выключен
    • I B малый R CE пониженный транзистор частично включен
    • I B увеличено R CE = 0 транзистор полностью открыт («насыщен»)
Дополнительные замечания:
  • Резистор часто требуется последовательно с базой, чтобы ограничить базу. ток I B и предотвращает повреждение транзистора.
  • Транзисторы имеют максимальный ток коллектора Ic.
  • Коэффициент усиления по току h FE может широко варьироваться , даже для однотипных транзисторов!
  • Транзистор, заполненный на на (с R CE = 0), называется « насыщенный ».
  • Когда транзистор насыщен, напряжение коллектор-эмиттер В CE снижается почти до 0В.
  • Когда транзистор насыщен, определяется ток коллектора Ic. от напряжения питания и внешнего сопротивления в цепи коллектора, а не от коэффициент усиления транзистора по току.В результате соотношение Ic / I B для насыщенного транзистора коэффициент усиления по току меньше FE .
  • Ток эмиттера I E = Ic + I B , но Ic намного больше, чем I B , поэтому примерно I E = Ic.
На плате есть таблица с техническими характеристиками некоторых популярных транзисторов. страница транзисторов.

Схема сенсорного переключателя

Пара Дарлингтона

Это два транзистора, соединенных между собой так, чтобы ток усиливался первым усиливается вторым транзистором.Общий коэффициент усиления по току равен два индивидуальных выигрыша, умноженные вместе:

Коэффициент усиления по току пары Дарлингтона, ч FE = h FE1 × h FE2
(h FE1 и h FE2 - коэффициенты усиления отдельных транзисторов)

Это дает паре Дарлингтона очень высокий коэффициент усиления по току, например 10000, так что для включения пары требуется лишь крошечный базовый ток.

Пара Дарлингтона ведет себя как одиночный транзистор с очень высокий коэффициент усиления по току. Имеет три вывода ( B , C и E ) которые эквивалентны выводам стандартного отдельного транзистора. Для включения должно быть 0,7 В на обоих соединенных переходах база-эмиттер. последовательно внутри пары Дарлингтона, поэтому для включения требуется 1,4 В.

Пары Дарлингтона доступны в виде полных пакетов, но вы можете составить свои собственные. от двух транзисторов; TR1 может быть маломощным, но обычно TR2 должен быть высоким. мощность.Максимальный ток коллектора Ic (max) для пары одинаков как Ic (max) для TR2.

Пара Дарлингтона достаточно чувствительна, чтобы реагировать на небольшой ток, проходящий через Ваша кожа, и его можно использовать для изготовления сенсорного переключателя , как показано на схеме. Для этой схемы, которая просто зажигает светодиод, два транзистора могут быть любыми транзисторы малой мощности. 100 тыс. резистор защищает транзисторы, если контакты соединены куском провода.


Использование транзистора в качестве переключателя

Когда транзистор используется в качестве переключателя, он должен быть либо ВЫКЛ. , либо полностью ВКЛЮЧЕННЫМ . В полностью открытом состоянии напряжение V CE на транзисторе практически равно нулю. и транзистор называется насыщенным , потому что он больше не может проходить ток коллектора Ic. Устройство вывода, переключаемое транзистором, обычно называется «нагрузкой».

Мощность, развиваемая переключающим транзистором, очень мала:

  • В состоянии ВЫКЛ. : мощность = Ic × V CE , но Ic = 0, поэтому мощность равна нулю.
  • В состоянии полный ВКЛ : мощность = Ic × V CE , но V CE = 0 (почти), поэтому мощность очень мала.
Это означает, что транзистор не должен нагреваться при использовании, и вам не нужно рассмотрите его максимальную мощность. Важные характеристики в схемах переключения - максимальный ток коллектора Ic (макс.) и минимальный коэффициент усиления по току h FE (мин) . Номинальное напряжение транзистора можно игнорировать, если вы не используют напряжение питания более 15 В. На плате есть таблица с техническими характеристиками некоторых популярных транзисторов. страница транзисторов.

Для получения информации о работе транзистора см. функциональная модель выше.

Защитный диод
Если нагрузка - двигатель , реле или соленоид (или любое другое устройство с катушкой) диод должен быть подключен к нагрузке для защиты транзистор (и микросхема) от поломки при отключении нагрузки.Схема показывает как это связано «в обратном направлении», так что обычно НЕ будет проводить. Только проведение возникает при отключении нагрузки, в этот момент ток пытается продолжить движение через катушку и безопасно отводится через диод. Без диода нет ток может протекать, и катушка вызовет разрушительный выброс высокого напряжения в ее попытаться сохранить текущее течение.
Когда использовать реле
Транзисторы не могут переключать переменный ток или высокое напряжение (например, электросеть), и они обычно не лучший выбор для коммутации больших токов (> 5A). В этих случаях потребуется реле, но учтите, что транзистор малой мощности может потребоваться для переключения тока катушки реле!

Преимущества реле:

  • Реле могут переключать переменного тока и постоянного тока, транзисторы могут переключать только постоянный ток.
  • Реле могут переключать высокого напряжения , транзисторы - нет.
  • Реле - лучший выбор для переключения больших токов (> 5A).
  • Реле могут переключать много контактов одновременно.
Недостатки реле:
  • Реле на громоздче , чем транзисторы для коммутации малых токов.
  • Реле не могут переключаться быстро , транзисторы могут переключаться много раз в секунду.
  • Реле потребляют больше энергии из-за тока, протекающего через их катушку.
  • Реле требуют большего тока, чем могут обеспечить многие микросхемы , поэтому низкое энергопотребление Транзистор может понадобиться для переключения тока катушки реле.


Подключение транзистора к выводу микросхемы

Большинство микросхем не могут обеспечивать большие выходные токи, поэтому может потребоваться транзистор. для переключения большего тока, необходимого для выходных устройств, таких как лампы, двигатели и реле. Микросхема таймера 555 необычна, потому что она может обеспечивать относительно большой ток до 200 мА, которого достаточно для некоторых устройств вывода, таких как слаботочные лампы, зуммеры и много катушек реле без необходимости использования транзистора.

Транзистор также можно использовать для включения микросхемы, подключенной к источнику низкого напряжения (например, 5 В). для переключения тока для выходного устройства с отдельным источником более высокого напряжения (например, 12 В). Два источника питания должны быть соединены, обычно это делается путем соединения их 0В соединений. В этом случае следует использовать транзистор NPN.

Резистор R B необходим для ограничения тока, протекающего в базе транзистор и предотвратить его повреждение. Однако R B должен быть достаточно низким, чтобы убедитесь, что транзистор полностью пропитан, чтобы предотвратить его перегрев, это особенно важно, если транзистор коммутирует большой ток (> 100 мА). Безопасное правило - сделать базовый ток I B примерно в пять раз больше, чем значение, которое должно просто насыщать транзистор.

Выбор подходящего NPN-транзистора
На принципиальной схеме показано, как подключить NPN транзистор , он включится нагрузка при выходе микросхемы высокая .Если вам нужно обратное действие, с включенной нагрузкой, когда выход микросхемы низкий (0В) пожалуйста см. схему транзистора PNP ниже.

В приведенной ниже процедуре объясняется, как выбрать подходящий переключающий транзистор.

Транзисторный переключатель NPN
(нагрузка включена, когда выходной сигнал микросхемы высокий)


Использование единиц измерения в расчетах
Не забудьте использовать V, A и или
В, мА и k. Подробнее
см. страницу Закона Ома.

  1. Максимальный ток коллектора транзистора Ic (max) должен быть больше тока нагрузки Ic.
    ток нагрузки Ic = напряжение питания Vs
    сопротивление нагрузки R L
  2. Минимальное усиление тока транзистора h FE (мин) должно быть не менее пяти раз деленного тока нагрузки Ic по максимальному выходному току с микросхемы.
    ч FE (мин)> 5 × ток нагрузки Ic
    макс. ток микросхемы
  3. Выберите транзистор, который соответствует этим требованиям, и запишите его свойства: Ic (max) и h FE (мин).
    Есть таблица с техническими характеристиками некоторых популярных транзисторов. на странице транзисторов.
  4. Рассчитайте приблизительное значение для базового резистора:
    R B = Vc × h FE где Vc = напряжение питания микросхемы
    (в простой схеме с одним источником питания это Vs)
    5 × Ic

    Для простой схемы, в которой микросхема и нагрузка используют один и тот же источник питания (Vc = Vs) вы можете предпочесть использовать: R B = 0.2 × R L × h FE

    Затем выберите ближайшее стандартное значение для базового резистора.

  5. Наконец, помните, что если нагрузкой является двигатель или катушка реле, требуется защитный диод.

Пример
Выход КМОП-микросхемы серии 4000 необходим для работы реле с 100 катушек.
Напряжение питания составляет 6В как для микросхемы, так и для нагрузки. Чип может обеспечить максимальный ток 5 мА.

  1. Ток нагрузки = Vs / R L = 6/100 = 0,06 A = 60 мА, поэтому транзистор должен иметь Ic (макс.)> 60 мА.
  2. Максимальный ток от микросхемы 5мА, поэтому транзистор должен иметь h FE (мин)> 60 (5 × 60 мА / 5 мА).
  3. Выберите транзистор BC182 малой мощности общего назначения с Ic (макс.) = 100 мА и h FE (мин) = 100.
  4. R B = 0,2 × R L × h FE = 0.2 × 100 × 100 = 2000 г. поэтому выберите R B = 1k8 или 2k2.
  5. Для катушки реле требуется защитный диод.

Транзисторный переключатель PNP
(нагрузка включена, когда выходной сигнал микросхемы низкий)
Выбор подходящего транзистора PNP
На принципиальной схеме показано, как подключить транзистор PNP , он включится нагрузка при выходе микросхемы низкий (0В).Если вам нужно обратное действие, с включенной нагрузкой, когда выход чипа высокий пожалуйста см. схему NPN-транзистора выше.

Процедура выбора подходящего PNP-транзистора точно такая же. как для описанного выше NPN-транзистора.


Использование транзисторного ключа с датчиками

Светодиод загорается, когда LDR находится в темноте
Светодиод загорается, когда LDR имеет яркость
На верхней принципиальной схеме показан LDR (датчик освещенности). подключен так, чтобы светодиод загорался, когда LDR находится в темноте.Переменный резистор регулирует яркость, при которой транзистор включается и выключается. В этой схеме можно использовать любой транзистор малой мощности общего назначения.

Постоянный резистор 10 кОм защищает транзистор от чрезмерного базового тока (который приведет к его разрушению), когда переменная резистор уменьшен до нуля. Чтобы переключить эту схему на подходящую яркость, вы можете необходимо поэкспериментировать с разными значениями постоянного резистора, но оно не должно быть меньше 1к.

Если транзистор переключает нагрузку с помощью катушки, такой как двигатель или реле, помните для добавления защитного диода к нагрузке.

Действие переключения можно инвертировать , поэтому светодиод загорается, когда LDR ярко освещен, если поменять местами LDR и переменный резистор. В этом случае фиксированный резистор можно не устанавливать, поскольку сопротивление LDR не может быть уменьшено до нуля.

Обратите внимание, что переключающее действие этой схемы не очень хорошее, потому что будет промежуточная яркость, когда транзистор будет частично на (не насыщенный).В этом состоянии транзистор находится в опасности перегрева, если он не переключает небольшой ток. Нет проблем с небольшим током светодиода, но с большим током лампа, двигатель или реле могут вызвать перегрев.

Другие датчики, например термистор, могут использоваться с этой схемой, но для них может потребоваться другой переменный резистор. Вы можете рассчитать приблизительное значение переменного резистора (Rv), используя мультиметр для определения минимального и максимального значений сопротивления датчика (Rmin и Rmax):

Переменный резистор, Rv = квадратный корень из (Rmin × Rmax)

Например, LDR: Rmin = 100, Rmax = 1M, поэтому Rv = квадратный корень из (100 × 1M) = 10к.

Вы можете сделать гораздо лучшую схему переключения, подключив датчики к подходящему IC (чип). Действие переключения будет намного резче без частичного включения.


Транзисторный инвертор (НЕ затвор)

Инверторы (НЕ вентили) доступны на логических микросхемах, но если вам нужен только один инвертор, как правило, лучше использовать эту схему. Выходной сигнал (напряжение) является инверсией входного сигнала:
  • Когда на входе высокий (+ Vs), на выходе низкий (0V).
  • Когда на входе низкий уровень (0 В), на выходе высокий уровень (+ Vs).
Можно использовать любой маломощный NPN-транзистор общего назначения. Для общего пользования R B = 10 тыс. и R C = 1k, тогда выход инвертора можно подключить к устройству с входным сопротивлением (сопротивлением) не менее 10к например, логическая микросхема или таймер 555 (входы запуска и сброса).

Если вы подключаете инвертор к входу логической микросхемы CMOS (очень высокий импеданс) вы можете увеличить R B до 100 тыс. и C до 10 тыс., это уменьшит ток, используемый инвертором.


Следующая страница: Аналоговые и цифровые системы | Изучение электроники

© VCampus 2013, Клуб электроники, vcampus.co

Проектирование логического элемента И с использованием транзисторов

Как многие из нас знают, интегральная схема или ИС - это комбинация множества небольших схем в небольшом корпусе, которые вместе выполняют командную задачу. Подобно операционному усилителю или микросхеме таймера 555, она построена на основе комбинации многих транзисторов, триггеров, логических вентилей и других комбинационных цифровых схем.Точно так же триггер может быть построен с использованием комбинации логических вентилей, а сам логический вентиль может быть построен с использованием нескольких транзисторов.

Логические вентили

являются основой многих цифровых электронных схем. От базовых триггеров до микроконтроллеров. Логические вентили образуют основной принцип хранения и обработки битов. Они устанавливают связь между каждым вводом и выводом системы, используя логику артметики. Есть много разных типов логических вентилей, и каждый из них имеет разную логику, которая может использоваться для разных целей.Но в центре внимания этой статьи будет логический элемент и вентиль , потому что позже мы будем строить логический элемент , используя схему биполярного транзистора . Интересно, правда? Давайте начнем.

И логический вентиль

Логический вентиль И представляет собой D-образный логический вентиль с двумя входами и одним единственным выходом, где D-образный элемент между входом и выходом представляет собой логическую схему. Связь между входными и выходными значениями может быть объяснена с помощью таблицы И истинности ворот, показанной ниже.

Выходные данные уравнения можно легко объяснить с помощью логического уравнения AND Gate , которое составляет Q = A x B или Q = AB . Следовательно, для логического элемента AND выход HIGH только тогда, когда оба входа HIGH .

Транзистор

Транзистор - это полупроводниковый прибор с тремя выводами, который можно подключить к внешней цепи. Устройство можно использовать как переключатель, а также как усилитель для изменения значений или управления прохождением электрического сигнала.

Для , создающего логический вентиль И с использованием транзистора , мы будем использовать биполярные транзисторы, которые можно разделить на два типа: PNP и NPN - Биполярные переходные транзисторы . Символ схемы для каждого из них можно увидеть ниже.

Эта статья объяснит вам, как построить схему логического элемента И на транзисторе. Логика логического элемента И уже объяснена выше, и для построения логического элемента И с использованием транзистора мы будем следовать той же таблице истинности, которая показана выше.

Принципиальная схема и необходимые компоненты

Список компонентов, необходимых для построения логического элемента И с использованием NPN-транзистора , представлен следующим образом:

  1. Два транзистора NPN. (Вы также можете использовать транзистор PNP, если он есть)
  2. Два резистора 10 кОм и один резистор 4-5 кОм.
  3. Один светодиод (светоизлучающий диод) для проверки выхода.
  4. Макетная плата.
  5. A + 5V Электропитание.
  6. Две кнопки PUSH.
  7. Соединительные провода.

Схема представляет собой входы A и B для логического элемента И и выход Q, который также имеет подачу + 5 В на коллектор первого транзистора, который соединен последовательно со вторым транзистором, а светодиодный индикатор подключен к эмиттеру. вывод второго транзистора. Входы A и B подключены к клемме базы транзистора 1 и транзистора 2 соответственно, а выход Q идет к светодиоду положительной клеммы. На диаграмме ниже представлена ​​объясненная выше схема для построения логического элемента И с использованием транзистора NPN.

В этом руководстве используются транзисторы BC547 NPN , которые были добавлены со всеми вышеупомянутыми компонентами в схему, как показано ниже.

Если у вас нет с собой кнопок, вы также можете использовать провода в качестве переключателя, добавляя или удаляя их по мере необходимости (вместо нажатия переключателя). То же самое можно было увидеть на видео, где я использовал бы провода в качестве переключателя, подключенного к клемме базы для обоих транзисторов.

Эта же схема, построенная с использованием вышеупомянутых аппаратных компонентов, будет выглядеть примерно так, как показано на рисунке ниже.

Работа и затвор с использованием транзистора

Здесь мы будем использовать транзистор в качестве переключателя, и поэтому, когда напряжение подается через клемму коллектора NPN-транзистора, напряжение достигает эмиттерного перехода только тогда, когда базовый переход имеет подачу напряжения между 0 В и напряжением коллектора.

Точно так же в приведенной выше схеме светодиод будет светиться, т.е. на выходе будет 1 (высокий), только когда на обоих входах будет 1 (высокий), то есть когда есть напряжение на базовом выводе обоих транзисторов. Это означает, что будет прямолинейный путь тока от VCC (источник питания +5 В) до светодиода и далее до земли. Во всех остальных случаях на выходе будет 0 (низкий), а светодиод будет выключен. Все это можно объяснить более подробно, разбираясь в каждом конкретном случае по отдельности.

Случай 1: Когда оба входа равны нулю - A = 0 & B = 0 .

Когда оба входа A и B равны 0, в этом случае вам не нужно нажимать какие-либо кнопки. Если вы не используете кнопки, отсоедините провода, соединенные с кнопками и клеммой базы обоих транзисторов. Итак, мы получили оба входа A и B как 0, и теперь нам нужно проверить выход, который также должен быть 0 в соответствии с таблицей истинности логического элемента AND.

Теперь, когда напряжение подается через вывод коллектора транзистора 1, эмиттер не получает никакого ввода, потому что значение на выводе базы равно 0. Точно так же эмиттер транзистора 1, который подключен к коллектору транзистора 2, подает питание. нет тока или напряжения, а также значение базовой клеммы транзистора 2 равно 0. Итак, эмиттер транзистора 2 и выдает значение 0, и в результате светодиод будет выключен.

Случай 2: Когда входы - A = 0 & B = 1 .

Во втором случае, когда входы A = 0 и B = 1, схема имеет первый вход как 0 (низкий), а второй вход как 1 (высокий) на базу транзистора 1 и 2 соответственно. Теперь, когда на коллектор первого транзистора подается напряжение 5 В, фазовый сдвиг транзистора не изменяется, так как на клемме базы 0 вход. Которая передает значение 0 на эмиттер, а эмиттер первого транзистора последовательно соединен с коллектором второго транзистора, поэтому значение 0 поступает на коллектор второго транзистора.

Итак, второй транзистор имеет высокое значение в базе, поэтому он позволяет передать то же значение, полученное в коллекторе, на эмиттер. Но поскольку значение на клемме коллектора второго транзистора равно 0, эмиттер также будет иметь значение 0, и светодиод, подключенный к эмиттеру, не будет светиться.

Случай 3: Когда входы - A = 1 & B = 0 .

Здесь вход 1 (высокий) для первой базы транзистора и низкий для второй базы транзистора.Таким образом, путь тока начнется от источника питания 5 В к коллектору второго транзистора, проходящему через коллектор и эмиттер первого транзистора, поскольку значение клеммы базы для первого транзистора высокое.

Но во втором транзисторе значение клеммы базы равно 0, и поэтому ток не проходит от коллектора к эмиттеру второго транзистора, и в результате светодиод все равно будет выключен.

Случай 4: Когда оба входа - один - A = 1 & B = 1 .

Последний случай, и здесь оба входа должны иметь высокий уровень, которые подключены к клеммам базы обоих транзисторов. Это означает, что всякий раз, когда ток или напряжение проходят через коллектор обоих транзисторов, база достигает своего насыщения, а транзистор проводит.

Практически объясняя, когда питание +5 В подается на вывод коллектора транзистора 1, а также вывод базы насыщен, тогда вывод эмиттера будет получать высокий выходной сигнал, поскольку транзистор смещен в прямом направлении.Этот высокий выходной сигнал эмиттера идет напрямую на коллектор 2 транзистора и через последовательное соединение. Теперь, аналогично на втором транзисторе, вход коллектора высокий, и в этом случае контакт базы также высокий, что означает, что второй транзистор также находится в состоянии насыщения, и высокий вход будет проходить от коллектора к эмиттеру. Этот высокий выходной сигнал эмиттера переходит на светодиод, который включает светодиод.

Следовательно, все четыре случая имеют те же входы и выходы, что и фактический логический элемент И.Таким образом, мы построили логический вентиль AND, используя транзистор . Надеюсь, вы поняли руководство и получили удовольствие от изучения чего-то нового. Полную работу установки можно найти в видео ниже. В нашем следующем уроке мы также узнаем, как построить затвор ИЛИ с использованием транзистора и затвор НЕ с использованием транзистора . Если у вас есть какие-либо вопросы, оставьте их в разделе комментариев ниже или воспользуйтесь нашим форумом, чтобы задать другие технические вопросы.

Цифровой транзистор

< Основные сведения о цифровых транзисторах > | Основы электроники

Метод выбора

1) Отношение IC / IB, необходимое для насыщения транзистора, составляет 20/1
2) Входной резистор R1: ± 30%, резистор E-B R2: R2 / R1 = ± 20%
3) VBE: 0.От 55 В до 0,75 В

Уравнения, используемые для цифровых транзисторов


- Соотношение коэффициента усиления постоянного тока цифровых транзисторов

GI: усиление постоянного тока цифрового транзистора
GI = Io / Iin
hfe = Ic / IB
Io = Ic, Iin = I B + I R2 , I B = I C / hfe, I R2 = V BE / R2
Соотношение напряжений: Vin = V R1 + V BE

- Связь с током коллектора:

∴ Ic = hfe × ((Vin-V BE ) / R1) - (V BE / R2)) ・ ・ ・ (1)
Значение упомянутого здесь hfe не насыщается при VCE = 5V / IC = 1mA.
При использовании в качестве переключателя требуется коэффициент насыщения I C / I B = 20/1.
∴ Ic = 20 × ((Vin-V BE ) / R1) - (V BE / R2)) ・ ・ ・ (2)
Замените hfe в (1) на 20/1.

Расчеты ведутся с учетом вариаций.
Наихудшие значения для R1 (+ 30% макс.), R2 (-20% мин.) И V BE (0,75 В макс.) Используются в уравнении (2). Выберите R1 и R2 цифрового транзистора из приведенного ниже уравнения, чтобы превысить выходной ток Iomax.

∴ Iomax ≦ 20 ((Vin-0,75) / (1,3XR1) -0,75 / (1,04XR2))

Номер детали цифрового транзистора Описание

Разница между Io и Ic

Ic: максимальный теоретический ток, который может протекать через транзистор
Io: максимальный ток, который может использоваться для цифрового транзистора

Примечания
Цифровые транзисторы серии DTA / C поддерживают ток 100 мА. Для этих продуктов Ic определяется как 100 мА.Соединение резисторов R1 и R2 делает его цифровым транзистором. Для работы Ic = 100 мА требуется высокое входное напряжение Vin, чтобы обеспечить достаточный базовый ток IB.

Однако максимальное входное напряжение Vin (max) определяется допуском мощности (мощностью корпуса) входного резистора R1, который определяется на абсолютных максимальных номиналах. Следовательно, поскольку этот рейтинг может быть превышен при Ic = 100 мА, Io определяется как значение тока, которое может проходить через цифровые транзисторы, не превышая Vin (макс.).

Как вы, возможно, знаете, абсолютные максимальные значения предполагают, что 2 или более параметра не могут быть предоставлены одновременно, поэтому нет проблем с обозначением, использующим только Ic. Однако Io также может быть указан в соответствии с фактическими условиями использования.

Исходя из вышеизложенного, с учетом схемы, Io можно рассматривать как абсолютный максимальный рейтинг.

Разница между G I и h FE

h FE : усиление постоянного тока в транзисторах общего назначения
G I : усиление постоянного тока в цифровых транзисторах

Примечания
GI и hFE представляют усиление постоянного тока в конфигурациях с общим эмиттером.Цифровые транзисторы - это обычные транзисторы, которые содержат 2 внутренних резистора.

Здесь, поскольку коэффициент усиления постоянного тока = выходной ток / входной ток, коэффициент усиления не уменьшается входным резистором R1. Следовательно, для типов, которые включают только входной резистор R1, коэффициент усиления представлен hFE и будет эквивалентен hFE сконфигурированного транзистора.

Однако при подключении резистора (R2) между эмиттером и базой входной ток отводится от базы и безопасно направляется к эмиттеру.В результате усиление уменьшается. Это значение представлено как GI.

Температурные характеристики цифрового транзистора

VBE, hFE, R1 и R1 будут различаться в зависимости от температуры окружающей среды.

hFE изменится на: 0,5% / ºC (прибл.)
BE изменится примерно на -2 мВ / ºC (в диапазоне от -1,8 до -2,4 мВ / ºC)

R1 изменится в соответствии с графиком ниже.

Выходное напряжение - характеристики выходного тока в области слабого тока

Характеристики выходного напряжения-выходного тока цифровых транзисторов измеряются с использованием следующего метода.

F Для DTC114EKA измерение выполняется с использованием Io / Ii = 20/1
i = IB + IR2 из (IR2 = VBE / 10k = 0,65V / 10k = 65uA)
Если IB = Ii-IR2 = Ii-65uA (если Ii становится менее 65uA) IB не будет течь, а Vo [VCE (sat)] увеличится. В этом случае Vo не может быть измерено в области слабого тока.

Если входной ток на базу слишком мал (например, он не может превысить 65 мкА в приведенном выше примере), то ток не будет течь через базу, и, следовательно, транзистор никогда не будет проводить.Это вызовет повышение выходного напряжения Vo (VCE (sat)] в области низкого тока

.

Операция переключения цифрового транзистора

Работа транзистора

Для работы NPN-транзистора напряжение подается, как показано на схеме 1. В этой схеме область база (B) - эмиттер (E) смещена в прямом направлении, что приводит к протеканию тока через базу. Другими словами, основание залито отверстиями.

Когда это происходит, свободные электроны в эмиттере (E) притягиваются к базе.Однако, поскольку базовая область чрезвычайно узкая, свободные электроны протекают через базовую область к коллектору из-за смещения напряжения от коллектора. Из-за этого ток течет от коллектора к эмиттеру.

Операция переключения

Транзистор работает как с усилением, так и с переключением. Во время усиления течет Ic, равный hFE, умноженному на базовый ток. Выходным током в активной области можно управлять, регулируя входной ток.

Операция переключения обеспечивает условия насыщения при включении (наименьшее возможное напряжение коллектор-эмиттер). В этой области насыщения имеется чрезмерное количество отверстий, которые затем выходят через базовый вывод из базовой области. Коллекторный ток течет до тех пор, пока все + отверстия не выйдут из базовой области. Время, необходимое для этого, называется tstg (время выключения). Чем быстрее отверстия выходят из базовой области, тем короче время выключения.

В цифровых транзисторах R1 и R2 действуют последовательно как путь для выхода отверстий из области базы, пока транзистор выключен.R2 следует сделать как можно меньше (с заданным фиксированным R1), чтобы минимизировать время выключения.

Терминология цифровых транзисторов

  • В I (вкл.) Мин .: Минимальное входное напряжение ВКЛ.
    Прямое напряжение Vo, приложенное между выводами OUT и GND - минимальное входное напряжение, необходимое для протекания выходного тока (Io). Или минимальное входное напряжение, необходимое для включения цифрового транзистора.
    Следовательно, поскольку для переключения с ВКЛ на ВЫКЛ требуется напряжение ниже этого минимального входного напряжения, значение для фактических продуктов будет меньше этого.
  • V I (off) max: Максимальное входное напряжение выключения
    Максимальное входное напряжение, полученное между контактами IN и GND при подаче напряжения питания Vcc и выходного тока Io между контактами OUT и GND. Другими словами, это максимальное входное напряжение, которое будет поддерживать состояние ВЫКЛ.
    Однако, поскольку при переключении транзистора из состояния ВЫКЛ в состояние ВКЛ требуется более высокое напряжение, значение для фактических продуктов будет выше.
  • В O (вкл.): Выходное напряжение
    Выходное напряжение на клеммах при любых входных условиях, не превышающих максимальные номинальные значения.Состояние, при котором переходы IN / OUT смещены в прямом направлении, а выходное напряжение уменьшается, когда через цепь усиления GND протекает достаточный входной ток. Измеряется как целая часть Ii (обычно 10-20) в Vo, Io.
  • I I (макс.): Максимальный входной ток
    Максимально допустимый входной ток, который может непрерывно течь на вывод IN (в то время как прямое напряжение Vi подается между выводами IN и GND.
  • G I : Коэффициент усиления по постоянному току
    ratio Отношение Io / Ii, указанное в Vo, Io.
  • R1: Входное сопротивление
    Сопротивление, подключенное между выводом IN и базой транзистора, с допустимым диапазоном ± 30%. Это значение будет варьироваться в зависимости от температуры.
  • R2 / R1: Resistance Ratio
    Отношение внутреннего резистора база-эмиттер к входному резистору.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *