Транзистор и резистор – Как отличить резистор от транзистора?

Токоограничивающий резистор в базе транзистора

Для чего нужен токоограничивающий резистор в базе транзистора? Читали предыдущую статью? Если да, то это очень хорошо, если нет, срочно читайте, иначе не поймёте о чем речь в этой статье.

Для чего ставят резистор в базу

Итак, у некоторых возникли непонятки с резистором, который цепляется к базе транзистора. Вроде бы понятно, что он ограничивает силу тока, но непонятно зачем. Давайте вспомним нашу картинку с предыдущей статьи:

Видите резистор на 500 Ом? Что он там делает и для чего нужен, мы с вами разберем в этой статье.

Итак, у нас есть всеми нами любимый и знакомый транзистор КТ815Б – классика Советского Союза 😉

Вспоминаем его цоколевку (расположение выводов):

Включение транзистора в схему с ОЭ (Общим Эмиттером) будет выглядеть приблизительно вот так:

Как вы видите, в этой схеме мы подключали также лампочку и источник тока к коллектору-эмиттеру.

Откинем пока что лампу и источник Bat2 и просто цепляемся крокодилами от Блока питания на выводы базы и эмиттера:

Плюс от блока питания на базу, а минус на эмиттер.

Теперь давайте будем увеличивать напряжение от нуля и до какого-то значения. Итак, кручу крутилку до 0,6 В и только тогда амперметр на блоке питания показал 10 мА:

Кручу дальше и получаю следующие результаты (слева-направо):

Дальше добавлять напряжение страшновато, так как транзистор становится горячим. Кстати, первый подопытный транзистор скончался, испустив белый дым, под напряжением в 1,5 В. Слишком резко крутанул крутилку).

Давайте построим график по нашим точкам, или как говорится в народе, Вольт амперную характеристику (ВАХ):

Чуток коряво конечно, но смысл уловить можно.

Среди профи-электронщиков этот график называется входной характеристикой биполярного транзистора, при нулевом напряжении на коллектор-эмиттере.

Как вы помните, транзистор можно схематически представить, как два диода, соединенные или анодами, или катодами (кто не помнит, читаем эту статью). В нашем случае транзистор КТ815Б является транзистором NPN, следовательно, его можно представить  вот так:

Так что это получается? Мы  подавали напряжение на диод? Ну да, все верно)

 Так вот, для диода ВАХ будет выглядеть как-то вот так:

Что тут можно увидеть? Подавая напряжение на диод в прямом включении (на анод плюс, на катод – минус), мы видим, что через диод ток начинает течь только тогда, когда напряжение становится больше, чем 0,5 В. Далее подавая напряжение на диод чуточку больше, сила тока через диод возрастает непропорционально. Напряжения добавили чуть-чуть, а сила тока стала в разы больше.

Так как переход база-эмиттер – это что ни на есть самый простой диод, то следовательно, малое изменение напряжения в плюс вызовет большое изменение силы тока. Настолько большое, что транзистор можно сгореть! Для нашего подопечного максимально допустимый постоянный ток базы составляет 0,5 А. Я же выжал 0,7 А, но транзистор за эти пару секунд чуть не вскипел.

Что же это получается? Если напряжение изменится в плюс даже на каких-то десятки Вольт, то транзистор сгорит? Да, все именно так. Но как нам теперь быть? Неужели придется использовать высокостабильный блок питания?

Но выход есть проще некуда, и называется он  токоограничивающий резистор.

Давайте проведем два небольших опыта. Для этого к базе цепляем резистор на 10 Ом:

Смотрим теперь на показания блока питания (слево-направо):

Строим график по полученным точкам:

Сравниваем с графиком без резистора:

Обратите внимание на вертикальную шкалу силы тока базы (Iбазы). При одном вольте на графике без резистора базовый ток был уже почти 0,7 А!  А с резистором на 10 Ом базовый при 1 В уже был каких-то 0,02 А. Чувствуете разницу?

Почему же так все получилось? Дело в том, что на резисторе “осело” лишнее напряжение. Досконально это схема будет выглядеть вот таким образом:

По цепи, которую я отметил красными проводками, течёт электрический ток. Нагрузкой для электрического тока является резистор и диод транзистора. А так как они соединены последовательно, то вспоминая статью Делитель напряжения можно сказать, что и на диоде транзистора и на резисторе R падает напряжение. А сумма этих напряжений равняется напряжению батареи Bat. В данном случае вместо батареи я использовал блок питания.  То есть можно записать, что

UBat = UR + Uбаза-эмиттер

Проверяем, так ли оно на самом деле?

В нашем случае используем тот же самый резистор на 10 Ом. Выставляем на блоке питания напряжение 1 В.

Видим, что сила тока, протекающая по цепи равна 20 мА. 

Итак, замеряем падение напряжения на резисторе:

А теперь падение напряжения на базе-эмиттере:

Итого: 0,32 + 0,74 = 1,06 В

0,06 В спишем на погрешность вольтметра блока питания).

Ну как, теперь понятно, почему всё так происходит?

Небольшое лирическое отступление. Так как резистор рассчитан на определенную мощность, нужно таким образом подбирать резистор, чтобы он не колыхнул ярким пламенем. Какая же мощность сейчас в данный момент рассеивается на резисторе? Так как в нашем случае нагрузки подцеплены последовательно (резистор и диод транзистора), сила тока, проходящая через каждую нагрузку везде будет одинаковой. Значит, резистор в данный момент рассеивает мощность, равную

P = IU = 0,02х0,32 = 0,0064 Вт.

Мой резистор рассчитан максимум на 0,25 Вт, значит все гуд.  Если на резисторе будет рассеиваться мощность больше, чем 0,25 Вт, то резистор сгорит. Имейте это ввиду, когда будете проектировать свои электронные поделки.  

А что будет, если взять резистор еще больше по номиналу? Давайте попробуем. Возьмем резистор на 100 Ом:

И проводим аналогичный опыт. Вот наши показания (слева-направо):

Строим по ним график:

Заключение

Из всего выше сказанного, показанного и написанного делаем простые и не очень выводы:

1) Резистор в базе используется для того, чтобы плавно регулировать силу тока в базе, а также для ограничения силы тока, которая может спалить транзистор. Для чего нам плавно регулировать ток базы, мы с вами еще обсудим.

2) Чем больше номинал резистора, тем больше станет диапазон напряжения для регулировки силы тока в базе, тем самым можно плавнее регулировать этот самый ток.

На рисунке (художник из меня так себе) мы видим резистор, который качается на качелях, прикрепленных к графику входной характеристики транзистора  ну и следовательно, чем больше его номинал, тем больше он прогибает график))).

Продолжение——->

<——-Предыдущая статья

www.ruselectronic.com

Как читать электрические схемы с транзистором

В прошлой статье мы рассматривали схему без биполярного транзистора. Для того, чтобы понять, как работает транзистор, мы с вами соберем простой регулятор мощности свечения лампочки накаливания с помощью двух резисторов и транзистора.

Как работает транзистор

Давайте вспомним, как ведет себя транзистор. По идее, биполярный транзистор представляет из себя управляемое сопротивление между коллектором и эмиттером, которое управляется силой тока базы. Про все это я писал еще в цикле статей про биполярник.

Если представить транзистор, как этот краник, то можно провести небольшую аналогию. С помощью одного мизинчика я могу включать бешеный поток воды, который тотчас побежит по трубе.

Также не забывайте, что регулируя угол положения рукоятки, я также могу плавно регулировать поток воды в трубе.

Открываю кран, поток воды бежит на полную катушку:

Закрываю краник, вода не бежит:

Ну что вспомнили?

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 , 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. Как-то давненько даже писал отдельную статью про этот токоограничительный резистор.

Работа реальной схемы

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.

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.

www.ruselectronic.com

О транзисторах «на пальцах». Часть 1. Биполярные транзисторы — radiohlam.ru

В этом цикле статей мы попытаемся просто и доходчиво рассказать о таких непростых компонентах, как транзисторы.

Сегодня этот полупроводниковый элемент встречается почти на всех печатных платах, в любом электронном устройстве (в сотовых телефонах, в радиоприёмниках, в компьютерах и другой электронике). Транзисторы являются основой для построения микросхем логики, памяти, микропроцессоров… Вот давайте и разберёмся, что это чудо из себя представляет, как работает и чем вызвана такая широта его применения.

Транзистор — это электронный компонент из полупроводникового материала, обычно с тремя выводами, позволяющий с помощью входного сигнала управлять током.

Многие считают, что транзистор усиливает входной сигнал. Спешу огорчить, — сами по себе, без внешнего источника питания, транзисторы ничего не усилят (закон сохранения энергии ещё никто не отменял). На транзисторе можно построить усилитель, но это лишь одно из его применений, и то, для получения усиленного сигнала нужна специальная схема, которая проектируется и рассчитывается под определённые условия, плюс обязательно источник питания.

Сам по себе транзистор может только управлять током.

Что нужно знать из самого важного? Транзисторы делятся на 2 большие группы: биполярные и полевые. Эти 2 группы отличаются по структуре и принципу действия, поэтому про каждую из этих групп мы поговорим отдельно.

Итак, первая группа — биполярные транзисторы.

Эти транзисторы состоят из трёх слоёв полупроводника и делятся по структуре на 2 типа: pnp и npn. Первый тип (pnp) иногда называют транзисторами прямой проводимости, а второй тип (npn) — транзисторами обратной проводимости.

Что означают эти буквы? Чем отличаются эти транзисторы? И почему именно двух проводимостей? Как обычно — истина где-то рядом. © Всё гениальное — просто. N — negative (англ.) — отрицательный. P — positive (англ.) — положительный. Это обозначение типов проводимостей полупроводниковых слоёв из которых транзистор состоит. «Положительный» — слой полупроводника с «дырочной» проводимостью (в нём основные носители заряда имеют положительный знак), «отрицательный» — слой полупроводника с «электронной» проводимостью (в нём основные носители заряда имеют
отрицательный знак).

Структура и обозначение биполярных транзисторов на схемах показаны на рисунке справа. У каждого вывода имеется своё название. Э — эмиттер, К — коллектор, Б — база. Как на схеме узнать базовый вывод? Легко. Он обозначается площадкой, в которую упираются коллектор и эмиттер. А как узнать эмиттер? Тоже легко, — это вывод со стрелочкой. Оставшийся вывод — это коллектор. Стрелочка на эмиттере всегда показывает направление тока. Соответственно, для npn транзисторов — ток втекает через коллектор и базу, а вытекает из эмиттера, для pnp транзисторов наоборот, — ток втекает через эмиттер, а вытекает через коллектор и базу.

Тонем в теории глубже… Три слоя полупроводника образуют в транзисторе два pn-перехода. Один — между эмиттером и базой, его обычно называют эмиттерный, второй — между коллектором и базой, его обычно называют коллекторный.

На каждом из двух pn-переходов может быть прямое или обратное смещение, поэтому в работе транзистора выделяют четыре основных режима, в зависимости от смещения pn-переходов (помним да, что если на стороне с проводимостью p-типа напряжение больше, чем на стороне с проводимостью n-типа, то это прямое смещение pn-перехода, если всё наоборот, то обратное). Ниже, на рисунках, иллюстрирующих каждый режим, стрелочками показано направление от большего напряжения к меньшему (это не направление тока!). Так легче ориентироваться: если стрелочка направлена от «p» к «n» — это прямое смещение pn-перехода, если от «n» к «p» — это обратное смещение.

Режимы работы биполярного транзистора:

1) Если на эмиттерном pn-переходе прямое смещение, а на коллекторном — обратное, то транзистор находится в нормальном активном режиме (иногда говорят просто: «активный режим», — опуская слово нормальный). В этом режиме ток коллектора зависит от тока базы и связан с ним следующим соотношением: Iк=Iб*β.

Активный режим используется при построении транзисторных усилителей.

2) Если на обоих переходах прямое смещение — транзистор находится в режиме насыщения. При этом ток коллектора перестаёт зависеть от тока базы в соответствии с указанной выше формулой (в которой был коэффициент β), он перестаёт увеличиваться, даже если продолжать увеличивать ток базы. В этом случае говорят, что транзистор полностью открыт или просто открыт. Чем глубже мы уходим в область насыщения — тем больше ломается зависимость Iк=Iб*β. Внешне это выглядит так, как будто коэффициент β уменьшается. Ещё скажу, что есть такое понятие, как коэффициент насыщения. Он определяется как отношение реального тока базы (того, который у вас есть в данный момент) к току базы в пограничном состоянии между активным режимом и насыщением.

3) Если у нас на обоих переходах обратное смещение — транзистор находится в режиме отсечки. При этом ток через него не течёт (за исключением очень маленьких токов утечки — обратных токов через pn-переходы). В этом случае говорят, что транзистор полностью закрыт или просто закрыт.

Режимы насыщения и отсечки используются при построении транзисторных ключей.

4) Если на эмиттерном переходе обратное смещение, а на коллекторном — прямое, то транзистор попадает в инверсный активный режим. Этот режим является довольно экзотическим и используется редко. Несмотря на то, что на наших рисунках эмиттер не отличается от коллектора и по сути они должны быть равнозначны (посмотрите ещё раз на самый верхний рисунок, — на первый взгляд ничего не изменится, если поменять местами коллектор и эмиттер), на самом деле у них есть конструктивные отличия (например в размерах) и равнозначными они не являются. Именно из-за этой неравнозначности и существует разделение на «нормальный активный режим» и «инверсный активный режим».

Иногда ещё выделяют пятый, так называемый, «барьерный режим». В этом случае база транзистора закорочена с коллектором. По сути правильнее было бы говорить не о каком-то особом режиме, а об особом способе включения. Режим тут вполне обычный — близкий к пограничному состоянию между активным режимом и насыщением. Его можно получить и не только закорачивая базу с коллектором. В данном конкретном случае вся фишка в том, что при таком способе включения, как бы мы не меняли напряжение питания или нагрузку — транзистор всё равно останется в этом самом пограничном режиме. То есть транзистор в этом случае будет эквивалентен диоду.

Итак, c теорией пока закончили. Едем дальше.

Биполярный транзистор управляется током. То есть, для того, чтобы между коллектором и эмиттером мог протекать ток (по другому говоря, чтобы транзистор открылся), — должен протекать ток между эмиттером и базой (или между коллектором и базой — для инверсного режима). Более того, величина тока базы и максимально возможного тока через коллектор (при таком токе базы) связаны постоянным коэффициентом β (коэффициент передачи тока базы): IБ*β=IK.

Кроме параметра β используется ещё один коэффициент: коэффициент передачи эмиттерного тока (α). Он равен отношению тока коллектора к току эмиттера: α=Iк/Iэ. Значение этого коэффициента обычно близко к единице (чем ближе к единице — тем лучше). Коэффициенты α и β связаны между собой следующим соотношением: β=α/(1-α).

В отечественных справочниках часто вместо коэффициента β указывают коэффициент h21Э (коэффициент усиления по току в схеме с общим эмиттером), в забугорной литературе иногда вместо β можно встретить hFE. Ничего страшного, обычно можно считать, что все эти коэффициенты равны, а называют их зачастую просто «коэффициент усиления транзистора».

Что нам это даёт и зачем нам это надо? На рисунке слева изображены простейшие схемы. Они эквивалентны, но построены с участием транзисторов разных проводимостей. Также присутствуют: нагрузка, в виде лампочки накаливания, переменный резистор и постоянный резистор.

Смотрим на левую схему. Что там происходит? Представим себе, что ползунок переменного резистора в верхнем положении. При этом на базе транзистора напряжение равно напряжению на эмиттере, ток базы равен нулю, следовательно ток коллектора тоже равен нулю (IК=β*IБ) — транзистор закрыт, лампа не светится. Начинаем опускать ползунок вниз
— напряжение на нём начинает опускаться ниже, чем на эмиттере — появляется ток из эмиттера в базу (ток базы) и одновременно с этим — ток из эмиттера в коллектор (транзистор начнёт открываться). Лампа начинает светиться, но не в полный накал. Чем ниже мы будем перемещать ползунок переменного резистора — тем ярче будет гореть лампа.

И тут, внимание! Если мы начнём перемещать ползунок переменного резистора вверх — то транзистор начнёт закрываться, а токи из эмиттера в базу и из эмиттера в коллектор — начнут уменьшаться. На правой схеме всё то же самое, только с транзистором другой проводимости.

Рассмотренный режим работы транзистора как раз является активным. В чём суть? Ток управляет током? Именно, но фишка в том, что коэффициент β может измеряться десятками и
даже сотнями. То есть для того, чтобы сильно менять ток, протекающий из эмиттера в коллектор, нам достаточно лишь чуть-чуть изменять ток, протекающий из эмиттера в базу.

В активном режиме транзистор (с соответствующей обвязкой) используется в качестве усилителя.

Мы устали… отдохнём немного…

И снова вперёд!

Теперь разберёмся с работой транзистора в качестве ключа. Смотрим на левую схему. Пусть переключатель S будет замкнут в положении 1. При этом база транзистора через резистор R притянута к плюсу питания, поэтому ток между эмиттером и базой отсутствует и транзистор закрыт. Представим, что мы перевели переключатель S в положение 2. Напряжение на базе становится меньше, чем на эмиттере, — появляется ток между эмиттером и базой (его величина определяется сопротивлением R). Сразу возникает ток КЭ. Транзистор открывается, лампа загорается. Если мы снова вернём переключатель S в положение 1 — транзистор закроется, лампа погаснет. (на правой схеме всё то же самое, только транзистор другой проводимости)

В этом случае говорят, что транзистор работает в качестве ключа. В чём суть? Транзистор переключается между двумя состояниями — открытым и закрытым. Обычно при использовании транзистора в качестве ключа — стараются, чтобы в открытом состоянии транзистор был близок к насыщению (при этом падение напряжения между коллектором и эмиттером, а значит и потери на транзисторе, — минимальны).Для этого специальным образом рассчитывают ограничительный резистор в цепи базы. Состояний глубокого насыщения и глубокой отсечки обычно стараются избежать, потому что в этом случае увеличивается время переключения ключа из одного состояния в другое.

Небольшой пример расчётов. Представим себе, что мы управляем лампой накаливания 12В, 50мА через транзистор. Транзистор у нас работает в качестве ключа, поэтому в открытом состоянии должен быть близок к насыщению. Падение напряжения между коллектором и эмиттером учитывать не будем, поскольку для режима насыщения оно на порядок меньше напряжения питания. Так как через лампу течёт ток 50 мА, то нам нужно выбрать транзистор с максимальным током КЭ не менее 62,5 мА (обычно рекомендуют использовать компоненты на 75% от их максимальных параметров, это такой своеобразный запас). Открываем справочник и ищем подходящий p-n-p транзистор. Например КТ361. В нашем случае по току подходят с буквенными индексами «а, б, в, г», так как максимальное напряжение КЭ у них 20В, а у нас в задаче всего 12В.

Предположим, что использовать будем КТ361А, с коэффициентом усиления от 20 до 90. Так как нам нужно, чтобы транзистор гарантированно открылся полностью, — в расчёте будем использовать минимальный Кус=20. Теперь думаем. Какой минимальный ток должен течь между эмиттером и базой, чтобы через КЭ обеспечить ток 50 мА?

50 мА/ 20 раз = 2,5 мА

Токоограничивающий резистор какого номинала нужно поставить, чтобы пустить через БЭ ток 2,5 мА?

Тут всё просто. Закон Ома: I=U/R. Следовательно R=(12 В питания — 0,65 В потери на pn-переходе БЭ) / 0,0025 А = 4540 Ом. Так как 2,5 мА — это минимальный ток, который в нашем случае должен протекать из эмиттера в базу, то нужно выбрать из стандартного ряда ближайший резистор меньшего сопротивления. Например, с 5% отклонением это будет резистор 4,3 кОм.

Теперь о токе. Для зажигания лампы с номинальным током 50 мА нам нужно коммутировать ток всего 2,5 мА. И это при использовании ширпотребовского, копеечного транзистора, с низким Кус, разработанного 40 лет назад. Чувствуете разницу? Насколько можно уменьшить габариты выключателей (а значит и их стоимость) при использовании транзисторов.

Вернёмся опять к теории.

В рассмотренных выше примерах мы использовали только одну из схем включения транзистора. Всего же, в зависимости от того, куда мы подаём управляющий сигнал и откуда снимаем выходной сигнал (от того, какой электрод для этих сигналов является общим) выделяют 3 основных схемы включения биполярных транзисторов (ну, логично, да? — у транзистора 3 вывода, значит если делить схемы по принципу, что один из выводов общий, то всего может быть 3 схемы):

1) Схема с общим эмиттером.

Если считать, что входной ток — это ток базы, входное напряжение — это напряжение на переходе БЭ, выходной ток — ток коллектора и выходное напряжение — это напряжение между коллектором и эмиттером, то можно записать, что: Iвых/Iвх=Iк/Iб=β , Rвх=Uбэ/Iб.

Кроме того, так как Uвых=Eпит-Iк*R, то видно, что, во-первых, выходное напряжение легко можно сделать гораздо выше входного, а во-вторых, что выходное напряжение инвертировано по отношению ко входному (когда Uбэ=Uвх увеличивается и входной ток растёт — выходной ток также растёт, но Uкэ=Uвых при этом уменьшается).

Такая схема включения (для краткости её обозначают ОЭ) является наиболее распространённой, поскольку позволяет усилить как ток, так и напряжение, то есть позволяет получить максимальное усиление мощности. Замечу, что эта дополнительная мощность у усиленного сигнала берётся не из воздуха и не от самого транзистора, а от источника питания (Eпит), без которого транзистор ничего не сможет усилить и вообще никакого тока в выходной цепи не будет. (Я думаю, — мы позже, в отдельной статье, про то, как именно работают транзисторные усилители и как их рассчитывать, подробнее напишем).

2) Схема с общей базой.

Здесь входной ток — это ток эмиттера, входное напряжение — это напряжение на переходе БЭ, выходной ток — ток коллектора, а выходное напряжение — это напряжение на включенной в цепь коллектора нагрузке. Для этой схемы: Iвых≈Iвх, т.к. Iк≈Iэ, Rвх=Uбэ/Iэ.

Такая схема (ОБ) усиливает только напряжение и не усиливает ток. Сигнал в данном случае по фазе не сдвигается.

3) Схема с общим коллектором (эмиттерный повторитель).

Здесь входной ток — это ток базы, а входное напряжение подключено к переходу БЭ транзистора и нагрузке, выходной ток — ток эмиттера, а выходное напряжение — это напряжение на включенной в цепь эмиттера нагрузке. Для этой схемы: Iвых/Iвх=Iэ/Iб=(IК+IБ)/IБ=β+1, т.к. обычно коэффициент β достаточно большой, то иногда считают Iвых/Iвх≈β. Rвх=Uбэ/Iб+R. Uвых/Uвх=(Uбэ+Uвых)/Uвых≈1.

Как видим, такая схема (ОК) усиливает ток и не усиливает напряжение. Сигнал в данном случае по фазе не сдвигается. Кроме того, данная схема имеет самое большое входное сопротивление.

Оранжевыми стрелками на приведённых выше схемах показаны контура протекания токов, создаваемых источником питания выходной цепи (Епит) и самим входным сигналом (Uвх). Как видите, в схеме с ОБ ток, создаваемый Eпит, протекает не только через транзистор, но и через источник усиливаемого сигнала, а в схеме с ОК, наоборот, — ток, создаваемый входным сигналом, протекает не только через транзистор, но и через нагрузку (по этим приметам можно легко отличить одну схему включения от другой).

Ну и на последок поговорим о том, как проверить биполярный транзистор на исправность. В большинстве случаев о исправности транзистора можно судить по состоянию pn-переходов. Если рассматривать эти pn-переходы независимо друг от друга, то транзистор можно представить как совокупность двух диодов (как на рисунке слева). В общем-то взаимное влияние pn-переходов и делает транзистор транзистором, но при проверке можно с этим взаимным влиянием не считаться, поскольку напряжение к выводам транзистора мы прикладываем попарно (к двум выводам из трёх). Соответственно, проверить эти pn-переходы можно обычным мультиметром в режиме проверки диодов. При подключении красного щупа (+) к катоду диода, а чёрного к аноду — pn-переход будет закрыт (мультиметр показывает бесконечно большое сопротивление), если поменять щупы местами — pn-переход будет открыт (мультиметр показывает падение напряжения на открытом pn-переходе, обычно 0,6-0,8 В). При подключении щупов между коллектором и эмиттером мультиметр будет показывать бесконечно большое сопротивление, независимо от того какой щуп подключен к коллектору, а какой к эмиттеру.

Продолжение следует…

radiohlam.ru

Как проверить транзистор,диод,конденсатор,резистор и др

Как проверить работоспособность радиодеталей

Сбои в работе многих схем иногда случаются не только из-за ошибок в самой схеме,но так же в том что где-то сгоревшая или просто бракованная радиодеталь.

На вопрос как проверить работоспособность радиодетали, во многом нам поможет прибор который есть наверно у каждого радиолюбителя- мультиметр.

Мультиметр позволяет определять напряжение, силу тока, емкость, сопротивление,и многое другое.

 

 

 

Как проверить резистор

Постоянный резистор проверяется мультиметром, включенным в режим омметра. Полученный результат надо сравнить с номинальным значением сопротивления, указанным на корпусе резистора и на принципиальной схеме.

При проверке подстроечных и переменных резисторов сначала надо проверить величину сопротивления, замерив его между крайними (по схеме) выводами, а затем убедиться в надежности контакта между токопроводящим слоем и ползунком. Для этого надо подключить омметр к среднему выводу и поочередно к каждому из крайних выводов. При вращении оси резистора в крайние положения, изменение сопротивления переменного резистора группы «А» (линейная зависимость от угла поворота оси или положения движка) будет плавным, а резистора группы «Б» или «В» (логарифмическая зависимость) имеет нелинейный характер. Для переменных (подстроечных) резисторов характерны три неисправности: нарушения контакта движка с проводящим слоем; механический износ проводящего слоя с частичным нарушением контакта и изменением величины сопротивления резистора в большую сторону; выгорание проводящего слоя, как правило, у одного из крайних выводов. Некоторые переменные резисторы имеют сдвоенную конструкцию. В этом случае каждый резистор проверяется отдельно. Переменные резисторы, применяемые в регуляторах громкости, иногда имеют отводы от проводящего слоя, предназначенные для подключения цепей тонконпенсации. Для проверки наличия контакта отвода с проводящим слоем омметр подключают к отводу и любому из крайних выводов. Если прибор покажет какую-то часть от общего сопротивления, значит имеется контакт отвода с проводящим слоем.
Фоторезисторы проверяются аналогично обычным резисторам, но для них будет два значения сопротивления. Одно до засветки — темновое сопротивление (указывается в справочниках), второе — при засветке любой лампой (оно будет в 10… 150 раз меньше темнового сопротивления).

Как проверить конденсаторы

Простейший способ проверки исправности конденсатора — внешний осмотр, при котором обнаруживаются механические повреждения, например деформация корпуса при перегреве вызванного большим током утечки. Если при внешнем осмотре дефекты не замечены, проводят электрическую проверку.
Омметром легко определить один вид неисправности – внутреннее короткое замыкание (пробой). Сложнее дело обстоит с другими видами неисправности конденсаторов: внутренним обрывом, большим током утечки  и частичной потерей емкости. Причиной последнего вида неисправности у электролитических конденсаторов бывает высыхание электролита. Многие цифровые тестеры обеспечивают возможность измерения емкости конденсаторов в диапазоне от 2000 пФ до 2000 мкФ. В большинстве случаев этого достаточно. Надо отметить, что электролитические конденсаторы имеют довольно большой разброс допустимого отклонения от номинальной величины емкости. У конденсаторов некоторых типов он достигает- 20%,+80%, то есть, если номинал конденсатора 10мкФ, то фактическая величина его емкости может быть от 8 до 18мкФ.

При отсутствии измерителя емкости конденсатор можно проверить другими способами.
Конденсаторы большой емкости (1 мкФ и выше) проверяют омметром. При этом от конденсатора отпаивают детали, если он в схеме и разряжают его. Прибор устанавливают для измерения больших сопротивлений. Электролитические конденсаторы подключают к щупам с соблюдением полярности.
Если емкость конденсатора больше 1 мкФ и он исправен, то после присоединения омметра конденсатор заряжается, и стрелка прибора быстро отклоняется в сторону нуля (причем отклонение зависит от емкости конденсатора, типа прибора и напряжения источника питания), потом стрелка медленно возвращается в положение «бесконечность».

 

При наличии утечки омметр показывает малое сопротивление — сотни и тысячи ом, — величина которого зависит от емкости и типа конденсатора. При пробое конденсатора его сопротивление будет около нуля. При проверке исправных конденсаторов емкостью меньше 1 мкФ стрелка прибора не отклоняется, потому что ток и время заряда конденсатора незначительны.
При проверке омметром нельзя установить пробой конденсатора, если он происходит при рабочем напряжении. В таком случае можно проверить конденсатор мегаомметром при напряжении прибора, не превышающем рабочее напряжение конденсатора.
Конденсаторы средней емкости (от 500 пФ до 1 мкФ)  можно проверить с помощью последовательно подключенных к выводам конденсатора наушников и источника тока. Если конденсатор исправен, в момент замыкания цепи в головных телефонах слышен щелчок.
Конденсаторы малой емкости (до 500 пФ) проверяют в цепи тока высокой частоты. Конденсатор включают между антенной и приемником. Если громкость не уменьшится, значит, обрывов выводов нет.

Как проверить трансформатор, дроссель, катушку индуктивности

Проверка начинается с внешнего осмотра, в ходе которого необходимо убедиться в исправности каркаса, экрана, выводов; в правильности и надежности соединений всех деталей катушки; в отсутствии видимых обрывов проводов, замыканий, повреждения изоляции и покрытий. Особое внимание следует обращать на места обугливания изоляции, каркаса, почернение или оплавление заливки.
Наиболее частая причина выхода из строя трансформаторов (и дросселей) — их пробой или короткое замыкание витков в обмотке или обрыв выводов. Обрыв цепи катушки или наличие замыканий между изолированными по схеме обмотками можно обнаружить при помощи любого тестера. Но если катушка имеет большую индуктивность (т. е. состоит из большого числа витков), то цифровой мультиметр в режиме омметра вас может обмануть (показать бесконечно большое сопротивление, когда цепь все же есть) — для таких измерений «цифровик» не предназначен. В этом случае надежнее аналоговый стрелочный омметр.
Если проверяемая цепь есть, это еще не значит, что все в норме. Убедиться в том, что внутри обмотки нет коротких замыканий между слоями, приводящих к перегреву трансформатора, можно по значению индуктивности, сравнив ее с аналогичным изделием.
Когда такой возможности нет, можно воспользоваться другим методом, основанном на резонансных свойствах цепи. От перестраиваемого генератора подаем синусоидальный сигнал поочередно на обмотки через разделительный конденсатор и контролируем форму сигнала во вторичной обмотке.

Если внутри нет межвитковых замыканий, то форма сигнала не должна отличаться от синусоидальной во всем диапазоне частот. Находим резонансную частоту по максимуму напряжения во вторичной цепи. Короткозамкнутые витки в катушке приводят к срыву колебаний в LC-контуре на резонансной частоте. У трансформаторов разного назначения рабочий частотный диапазон отличается — это надо учитывать при проверке:
— сетевые питающие    40…60 Гц;
— звуковые разделительные     10…20000Гц;
— для импульсного блока питания и разделительные .. 13… 100 кГц.
Импульсные трансформаторы обычно содержат малое число витков. При самостоятельном изготовлении убедиться в их работоспособности можно путем контроля коэффициента трансформации обмоток. Для этого подключаем обмотку трансформатора с наибольшим числом витков к генератору синусоидального сигнала на частоте 1 кГц. Эта частота не очень высокая и на ней работают все измерительные вольтметры (цифровые и аналоговые), в то же время она позволяет с достаточной точностью определить коэффициент трансформации (такими же они будут и на более высоких рабочих частотах). Измерив напряжение на входе и выходе всех других обмоток трансформатора, легко посчитать соответствующие коэффициенты трансформации.

Как проверить диод,фотодиод

Любой стрелочный (аналоговый) омметр позволяет проверить прохождение тока через диод (или фотодиод) в прямом направлении — когда «+» тестера приложен к аноду диода. Обратное включение исправного диода эквивалентно разрыву цепи.
Цифровым прибором в режиме омметра проверить переход не удастся. Поэтому у большинства современных цифровых мультиметров есть специальный режим проверки p-n-переходов (на переключателе режимов он отмечен знаком диода). Такие переходы есть не только у диодов, но и фотодиодов, светодиодов, а также транзисторов. В этом режиме «цифровик» работает как источник стабильного тока величиной 1 мА (такой ток проходит через контролируемую цепь) —- что совершенно безопасно. При подключенном контролируемом элементе прибор показывает напряжение на открытом p-n-переходе в милливольтах: для германиевых 200…300 мВ, а для кремниевых 550…700 мВ. Измеренное значение может быть не более 2000 мВ.
Однако, если напряжение на щупах мультиметра ниже отпирания диода, диодного или селенового столба, то прямое сопротивление измерить невозможно.

Проверка биполярного транзистора

Некоторые тестеры имеют встроенные измерители коэффициента усиления маломощных транзисторов. Если у вас такого прибора нет, то при помощи обычного тестера в режиме омметра или же цифровым, в режиме проверки диодов, можно проверить исправность транзисторов.
Проверка биполярных транзисторов основана на том, что они  имеют два n-p перехода, поэтому транзистор можно представить как два диода, общий вывод которых – база. Для n-p-n транзистора эти два эквивалентных диода соединены с базой анодами, а для транзистора p-n-p катодами. Транзистор исправен, если исправны оба перехода.

Для проверки один щуп мультиметра присоединяют к базе транзистора, а вторым щупом поочередно прикасаются к эмиттеру и коллектору. Затем меняют щупы местами и повторяют измерение.

 

 

 

 

При прозвонке электродов некоторых цифровых или мощных транзисторов следует учитывать, что у них могут внутри быть установлены защитные диоды между эмиттером и коллектором, а также встроенные резисторы в цепи базы или между базой и эмиттером. Не зная этого, элемент по ошибке можно принять за неисправный.

 

radiostroi.ru

Работа транзистора в режиме ключа

Работа транзистора в режиме ключа является базовой во всей электронике, особенно в цифровой.

С чего все начиналось

Раньше, когда еще не было сверхмощных компьютеров и сверхскоростного интернета, сообщения передавали с помощью азбуки Морзе. В азбуке Морзе использовались три знака: точка, тире и… пауза. Чтобы передавать сообщения на далекие расстояния использовался так называемый телеграфный КЛЮЧ.

Нажали на черную большую пипочку – ток побежал, отжали – получился обрыв цепи и ток перестал течь. ВСЕ! То есть меняя скорость и продолжительность нажатия на пипочку, мы можем закодировать любое сообщение. Нажали на пипку – сигнал есть, отжали пипку – сигнала нет.

Транзисторный ключ

Ключ, собранный на транзисторе, называется транзисторным ключом. Транзисторный ключ выполняет только две операции: вКЛЮЧено и выКЛЮЧено, промежуточный режим между “включено” и “выключено” мы будем рассматривать в следующих главах. Электромагнитное реле выполняет ту же самую функцию, но его скорость переключения очень медленная с точки зрения современной электроники, да и коммутирующие контакты быстро изнашиваются.

Что из себя представляет транзисторный ключ? Давайте рассмотрим его поближе:

Знакомая схемка не так ли? Здесь все элементарно и просто 😉 Подаем на базу напряжение необходимого номинала и у нас начинает течь ток через цепь от плюсовой клеммы +Bat2—>лампочка—>коллектор—>эмиттер—>к минусовой клемме Bat2. Напряжение на Bat2 должно быть равно рабочему напряжению питания лампочки. Если все так, то лампочка испускает свет. Вместо лампочки может быть какая-либо другая нагрузка. Резистор “R” здесь требуется для того, чтобы ограничить значение управляющего тока на базе транзистора. Про него более подробно я писал еще в этой статье.

Условия для работы транзисторного ключа

Итак, давайте вспомним, какие требования должны быть, чтобы полностью “открыть” транзистор? Читаем статью принцип усиления биполярного транзистора и вспоминаем:

1) Для того, чтобы полностью открыть транзистор, напряжение база-эмиттер должно быть больше 0,6-0,7 Вольт.

2) Сила тока, текущая через базу должна быть такой, чтобы электрический ток мог течь через коллектор-эмиттер абсолютно беспрепятственно. В идеале, сопротивление через коллектор-эмиттер должно стать равным нулю, в реале же оно будет иметь доли Ома. Такой режим называется “режимом насыщения“.

Этот рисунок – воображение моего разума. Здесь я нарисовал тот самый режим насыщения.

Как мы видим, коллектор и эмиттер в режиме насыщения соединяются накоротко, поэтому лампочка горит на всю мощь.

Базовая схема транзисторного ключа

А что теперь надо сделать, чтобы лампочка вообще не горела? Отключить ее ручками? Зачем? Ведь у нас есть управляемый резистор: коллектор-эмиттер, сопротивление которого мы можем менять, прогоняя через базу определенную силу тока 😉 Итак, что нужно для того, чтобы лампочка вообще перестала гореть? Возможны два способа:

Первый способ. Полностью отключить питание от резистора базы, как на рисунке ниже

В реальности вывод базы является своего рода маленькой антенной, которая может принимать различные наводки и помехи из окружающего пространства. От этих наводок в базе может начать течь ток малого номинала. А как вы помните, для того, чтобы открыть транзистор много и не надо. И может даже случится так, что лампочка будет даже очень тихонько светится!

Как же выйти из этой ситуации? Да очень легко! Достаточно поставить резистор между базой и эмиттером, то есть сделать так, чтобы при отключении напряжения, на базе напряжение было равно нулю. А какой вывод транзистора у нас находится под нулем? Эмиттер! То есть научным языком, мы должны сделать так, чтобы потенциал на базе был равен потенциалу на эмиттере 😉

И что, теперь каждый раз  при отключении заземлять базу? В идеале – да. Но есть более хитрое решение 😉 Достаточно поставить резистор между базой и эмиттером. Его номинал в основном берут примерно в 10 раз выше, чем номинал базового резистора.

Так как в схеме появился еще один резистор, то базовый резистор назовем RБ , а резистор между базой и эмиттером не будем придумывать и назовем RБЭ. Схема примет вот такой вид:

Как же ведет себя резистор RБЭ в схеме? Если ключ S замкнут, то этот резистор не оказывает никакого влияния на работу схемы, так как через него протекает и без того малая сила тока, которая управляет базой. Ну а если ключ S разомкнут, то, как я уже сказал, потенциал на базе будет равняться потенциалу эмиттера, то есть нулю.

Второй способ. Добиться того, чтобы UБЭ<0,6 Вольт или чтобы ток базы IБ = 0. Этот способ чаще всего используется в МК и других логических схемах.

Что в первом, что во втором случае транзистор у нас не пропускает ток через коллектор-эмиттер. В этом случае говорят, что транзистор находится в режиме “отсечки“.

Расчет транзисторного ключа

Как же рассчитать примерно значение резистора базы? Есть нехитрые формулы. Для того, чтобы их разобрать, рассмотрим вот такую схемку:

Для начала можно найти ток базы:

где

IБ – это базовый ток, в Амперах

kНАС  – коэффициент насыщения. В основном берут в диапазоне от 2-5. Он уже зависит от того, насколько глубоко вы хотите вогнать ваш транзистор в насыщение. Чем больше коэффициент, тем больше режим насыщения.

I– коллекторный ток, в Амперах

β – коэффициент усиления тока транзистора

Ну а дальше дело за малым

Это самый простой расчет без всяких заморочек.

Расчет транзисторного ключа на практике

Ну что же, давайте рассчитаем наш базовый резистор для этой схемы в режиме насыщения. На базу будем подавать распространенное питание в 5 В.

Возьмем транзистор средней мощности КТ819Б и лампочку-нагрузку для нашего транзисторного ключа. Лампочка на 6 В.

Транзистор КТ819Б структуры NPN

А вот и его цоколевка

Почти стандартная распиновка слева-направо: Эмиттер-Коллектор-База.

Лампочка при питании 6 В светит примерно вот так:

А вот такую силу тока потребляет наша подопечная, если ее соединить напрямую к блоку питания.

0,23 Ампера. Именно такую силу тока должна кушать наша лампочка в режиме насыщения, когда транзистор полностью открыт. То есть это у нас будет коллекторный ток Ik . Так как сопротивление нити накала лампочки меняется при подключении ее к источнику питания, то лучше всего сразу же измерить ее силу тока, как мы и сделали.

Теперь дело за малым. Надо замерить коэффициент бета. Для этого случая на моем рабочем столе есть прибор транзисторметр. Итак, у  меня получилось значение 148

Итак, находим ток базы по формуле

Чем больше силы тока мы подаем на базу, тем больше мы вводим транзистор в режим глубокого насыщения. Здесь уже вы сами должны выбрать значение коэффициента насыщения. Как я уже писал выше, чем больше коэффициент, тем сильнее уходит транзистор в режим насыщения.  Режим глубокого насыщения чреват тем, что он задерживает выключение транзистора, но хорош тогда, когда надо долго держать нагрузку включенной, так как в этом случае транзистор греется меньше всего. Если вы не забыли, мощность, рассеиваемая на транзисторе будет равна P=UКЭ х IН

где

P – это мощность в Ваттах

UКЭ – напряжение между коллектором и эмиттером, В

IН – сила тока, протекающая через нагрузку и коллектор-эмиттер, А

Из формулы: чем меньше UКЭ , тем меньше будет греться транзистор

Поэтому, берем среднее значение коэффициента насыщения равное 3. Получаем:

Теперь считаем базовый резистор по формуле:

Берем ближайший из ряда, то есть 1 кОм.

Давайте посмотрим, будет ли работать наш транзисторный ключ? Итак, RБ берем рассчитанное значение в 1 кОм.

Собираем схему и смотрим, как она работает

В данном случае синие провода – это питание с Bat2 (MEILI), а другие два провода – это питание с блока питания Bat1 (YaXun)

Как вы помните, лампочка у нас потребляла силу тока в 0,23 Ампер при прямом включении ее к блоку питания. Сейчас же она кажет почти то же самое значение с небольшой погрешностью. Но можно все равно сказать, что при открытом транзисторном ключе сопротивление коллектора-эмиттера очень мало. То есть все напряжение поступает на лампу.

Так как амперметр на YaXun стрелочный и не может измерять очень маленькие значение тока, то воспользуемся мультиметром и посмотрим, сколько же потребляет наш транзистор в режиме полного открытия. Для этого ставим мультиметр в разрыв цепи. Более подробно, как измерять силу тока и напряжение мультиметром, вы можете прочитать в этой статье.

Мы получили 4,5 мА. Очень близко к расчетному 4,7 мА. Не забываем подтянуть базу к земле резистором большим номиналом RБЭ, иначе база может поймать помеху и открыть невзначай транзистор, что приведет к ложному срабатыванию. В нашем случае мы берем резистор от 10 кОм и более.

Ну все, такой транзисторный ключ будет уже защищен от ложных срабатываний и его можно использовать в своих электронных безделушках.

Применение транзисторного ключа в связке с МК

Транзисторный ключ очень часто можно увидеть в схемах, где МК или другой логический элемент коммутирует мощную нагрузку. Как вы помните, максимальную силу тока, которую может выдать МК на одну ножку, равняется 20 миллиампер. Поэтому чаще всего можно увидеть вот такое схемотехническое решение на биполярном транзисторе в режиме ключа:

В резистор RБЭ нет необходимости, потому как выходы МК “подтягивается” к нулю еще при программировании.

Заключение

В настоящее время биполярные транзисторы уже морально устаревают. На смену им приходят мощные полевые транзисторы и твердотельные реле, так как они практически не потребляют ток. Также часто в режиме ключа используют диоды, тиристоры, терморезисторы и даже электронные лампы. Электронные ключи широко применяются в различных автоматических устройствах, в логических схемах и системах управления. Чем же хорош ключ на биполярном транзисторе? Я думаю, скорее всего своей дешевизной, широким распространением и долговечностью самих биполярных транзисторов.

www.ruselectronic.com

РадиоКот :: Страшное слово — Транзистор

РадиоКот >Обучалка >Аналоговая техника >Основы электроники >

Страшное слово — Транзистор


Современная электроника не смогла бы существовать, если бы не этот элемент! Ведь даже самая навороченная микросхема, где-то в глубине своей силиконовой души состоит из тех же самых транзисторов. Только — очень маленьких.



Транзистор — это усилительный элемент. Он усиливает слабую энергию подаваемого на него сигнала за счет энергии дополнительного источника питания.




Поясняю. Все мы ездили хоть раз на поезде, на электричке или, хотя бы, на трамвае. Когда поезд тормозит, всегда слышно характерное шипение. Это работает пневматический привод тормозов. Иными словами, сжатый воздух идет от бака к тормозам. Тормозные колодки подключены к поршню. Когда на поршень начинает давить сжатый воздух — поршень движется вперед и прижимает колодки плотно к колесу. Поезд тормозит…
А отчего воздух начинает поступать на поршень? Вероятно, так хочет машинист. Он открывает у себя в кабине вентиль, и воздух идет. Все до неприличия просто!


Небольшая поясняющая картинка:


Теперь зададимся вопросом, а смог бы машинист остановить поезд, если бы тормозной рычаг был непосредственно связан с тормозными колодками? Наверно, нет. Каким бы качком он не был, остановить поезд человеку не под силу. А сжатый воздух делает это запросто, достаточно лишь открыть вентиль.


Посмотрим, что получилось: машинист тратит маленькую энергию на то, чтоб нажать тормозной рычаг. Открывается клапан, и мощный поток сжатого воздуха, с много большей энергией, прижимает тормозные колодки. То есть, клапан можно назвать усилительным элементом, который усиливает слабую энергию, затрачиваемую человеком за счет сильной энергии сжатого воздуха.


Смею Вас заверить, в транзисторе все абсолютно так же. Только через него проходит не сжатый воздух, а электрический ток. У транзистора три вывода: коллектор, эмиттер и база.



Между коллектором и эмиттером течет сильный ток, он называется коллекторный ток (Iк), между базой и эмиттером — слабый управляющий ток базы (Iб). Величина коллекторного тока зависит от величины тока базы, так же как и напор сжатого воздуха зависит от того, насколько открыт клапан. Причем, коллекторый ток всегда больше тока базы в определенное количество раз. Эта величина называется коэффициент усиления по току, обозначается h31э. У различных типов транзисторов это значение колеблется от единиц до сотен раз.


Итак, коэффициент усиления по току — это отношение коллекторного тока к току базы:


h31э = Iк / Iб


Для того, чтобы вычислить коллекторный ток, нужно умножить ток базы на коэффициент усиления:


Iк = Iб * h31э



Рисуем схему.


В этой схеме транзистор управляет яркостью свечения лампочки. Иными словами, он регулирует ток, протекающий через лампочку. Поскольку лампочка подключена к коллектору транзистора, то и ток, текущий через нее является током коллектора.


Управляющий ток базы ограничивается резистором R1. Зная этот ток и коэффициент усиления транзистора (h31э), можно легко узнать ток коллектора. С другой стороны, зная, какой нам нужен ток коллектора, мы всегда можем вычислить ток базы и подобрать соответствующий резистор.


Немножко посчитаем 🙂

.


Пусть наша лампочка кушает ток 0,33 А,
а транзистор имеет h31э = 100.

Какой нужен ток базы, чтобы лампочка горела в полный накал?
И каким при этом будет сопротивление R1?



Полный накал — это когда ток потребления равен номинальному.

Номинальный — 0,33 А. Таким образом, необходимый ток коллектора — 0,33 А.

Ток базы должен быть меньше коллекторного в h31э раз. То есть — в 100 раз. То есть, он должен быть равен 0,33/100 = 0,0033А = 3,3 мА.

Ура, решили!!!



Теперь осталось вычислить сопротивление резистора в цепи базы. Вычисляем (по закону Ома):


R = U/I

U — нам известно — это напряжение питания, 9В

I — только что нашли — 0,0033 А


Арифметика, 2 класс: R = 9/0,0033 = 2700 Ом = 2,7 кОм.

Ответ: сопротивление резистора = 2,7 кОм



Просто? Еще бы! Но — не обольщайтесь. Дальше — хуже! =)



В следующих нескольких параграфах мы поговорим о вещах, отвлеченных от транзистора. Но после этого, обязательно к нему вернемся, уже с новыми интересными знаниями. И сможем уже более широко использовать этот элемент.



<<—Вспомним пройденное—-Поехали дальше—>>


Как вам эта статья?

Заработало ли это устройство у вас?

www.radiokot.ru

Диод и транзистор

В.Н. Гололобов

Экскурсия по электронике

32

Как видно из рисунка, напряжение на частоте 500 Гц возрастает до 4 В, а это означает, что сопротивление на частоте 500 Гц резко увеличивается. Именно эту особенность – реакцию на определенную частоту – я и хотел отметить. Свойство выделять определенную частоту переменного тока у пары конденсатор-индуктивность называют резонансом. Для каждого значения конденсатора и индуктивности есть своя резонансная частота. Ее значение равно единице, деленной на корень квадратный из произведения этих значений, умноженный на коэффициент 2π. Я не буду приводить расчетную формулу, которую легко получить из исходной предпосылки равенства емкостного и индуктивного сопротивлений, но отмечу, что это свойство достаточно широко применяется для выделения определенной частоты из множества других, особенно в радиотехнических схемах.

Я использовал параллельное включение конденсатора и индуктивности (катушки индуктивности), в этом случае говорят о параллельном резонансе, но можно включить их последовательно, получив последовательный резонанс. Выше я говорил о том, что напряжение на конденсаторе и ток через него не совпадают по фазе. Посмотрите, что происходит с напряжением и током резонансного контура (так называют пару конденсаториндуктивность), используя схему аналогичную той, что я приводил для конденсатора. Очень интересный эксперимент.

Рис. 1.21. Транзисторы

На плате передо мной есть несколько диодов и транзисторов, немного, но они есть. Их, в отличие от резисторов, конденсаторов и катушек индуктивности, относят к активным элементам электрической цепи. Без них не обходятся ни усилители, ни генераторы. Выпрямители, стабилизаторы, индикаторы, фотоприемники – вот неполный перечень применений диодов. А если разобрать любую микросхему, аналоговую или цифровую, то можно убедиться в том, что это царство транзисторов. Диоды и транзисторы изготавливаются особым образом из полупроводниковых материалов. Напомню, что полупроводником называют материал, который по свойству проводить электрический ток, занимает промежуточное положение между проводниками и изоляторами. Когда-то по этой причине они были мало интересны, провода из них не сделаешь, слишком большое сопротивление, а в качестве изолятора лучше использовать резину или текстолит. Причина плохой проводимости тока у полупроводников в их строении. Количество электронов, способных перемещаться по материалу, много меньше, чем у металлов, но они есть, что мешает использовать материал в качестве изолятора. Мало того, у одних типов полупроводников, как и у металлов, есть электроны-бродяги, а у других типов полупроводников все еще путаней – вместо добропорядочных носителей зарядов есть вакансии для неприкаянных электронов, которые называют «дырками». Интерес к полупроводникам появился тогда, когда из полупроводников двух типов сделали двухслойную конструкцию, у которой обнаружилось прелюбопытное свойство – пропускать постоянный ток в одном направлении, и не

В.Н. Гололобов

Экскурсия по электронике

33

пропускать в другом.

Проведем два эксперимента с полупроводниковым диодом: соединим последовательно диод и резистор (чтобы ограничить ток), добавим амперметр, подключим все это к батарейке. В первом случае включим батарейку в одной полярности, а во втором в противоположной, и посмотрим, что у нас происходит с постоянным током, проходящим по нашей схеме.

Рис. 1.22. Диод (в прямой полярности подключения) в цепи постоянного тока

В этом случае ток в цепи равен 10 мА (тысячным долям ампера), что мы, зная закон Ома, можем получить расчетным путем: ток равен напряжению, деленному на сопротивление. Разделим напряжение (ЭДС) 10 В на сопротивление (резистора) 1 кОм (тысяча Ом) и получим ток в 10 мА (десять тысячных ампера). Диод ведет себя себя как проводник, то есть, так, как будто его почти совсем нет. Изменим полярность батарейки на противоположную.

Рис. 1.23. Диод (в обратной полярности) в цепи постоянного тока

Ток через амперметр в этом случае равен 1 мкА (одной миллионной доли ампера), а мы можем рассчитать сопротивление цепи, разделив напряжение на ток: 10 В разделим на ток 1 мкА и получим сопротивление 10 МОм (десять миллионов Ом). Этот расчет можно проверить опытным путем – замените диод резистором в 10 МОм и, если получите ток через амперметр I1 равным 1 мкА, то расчет сделан верно.

Что полупроводниковый диод чувствителен к полярности приложенного напряжения можно убедиться с помощью мультиметра. У него есть режим измерения, который помечен значком диода (диод обозначается на схемах в виде треугольника, упирающегося в стенку), подключая диод к мультиметру в этом режиме, можно увидеть, что тот показывает сопротивление порядка нескольких сотен ом при одной полярности включения и показывает

В.Н. Гололобов

Экскурсия по электронике

34

перегрузку (горит только единичка в старшем разряде) при смене полярности. Именно так проверяют работоспособность полупроводникового диода мультиметром.

Как объясняется это свойство двухслойной конструкции из полупроводниковых материалов разного типа? Представим, что у нас есть две маленькие тонкие пластинки из полупроводников разного типа. Поверхности пластинок так идеально отшлифованы, что соединив их вместе, мы получим, как бы, единую пластинку. В этом случае электроныбродяги из полупроводника одного типа (его называют полупроводником типа «n») могут перемещаться через границу, попадая в полупроводник другого типа (его называют полупроводником типа «p»), где электроны охотно занимают вакантные места в атомах материала (заполняют «дырки»). Но до этого электрически нейтральные атомы на границе раздела материалов становятся заряженными – те, что потеряли электроны, положительно, присоединившие электроны, отрицательно. Между этими заряженными атомами на границе раздела возникает электрическое поле, которое теперь уже мешает электронам из материала типа «n» попадать в материал типа «p». В целом наша конструкция остается электрически нейтральной, сколько было каких зарядов, столько их и осталось. Но, когда мы подключаем к нашей конструкции внешний источник ЭДС, то создаваемое им поле может ослабить поле на границе раздела при прямой полярности включения, и тогда электроны от одного полюса источника питания могут двигаться по диоду, как по обычному полупроводнику. Полупроводник будет проводить ток хуже проводника, но достаточно хорошо. Если мы изменим полярность источника ЭДС, то внешнее поле усилит поле на границе раздела и электроны от одного полюса к другому почти не смогут перемещаться из-за противодействия результирующего электрического поля. Наша конструкция почти не проводит ток, как изолятор.

Свойство диода столь разно проводить ток разной полярности используется для «выпрямления» переменного тока. Заменим батарейку на схеме источником переменного тока, чтобы понаблюдать за током. Как выглядит переменный ток, будем считать, мы знаем.

Рис. 1.24. Диод в цепи переменного тока

Диод как бы «отрезает» отрицательную полу-волну синусоидального переменного напряжения. Если поменять полярность включения диода, то диод будет отрезать другую полу-волну.

В.Н. Гололобов

Экскурсия по электронике

35

Рис. 1.25. Обратная полярность включения диода

То, что пропускает диод, остается переменным током, но его направление почти не меняется, меняется только величина. И если в цепь добавить конденсатор (для конденсации «результатов»), то мы получим почти постоянный ток из переменного.

Рис. 1.26. Выпрямление переменного тока

Результирующий ток будет тем больше похож на постоянный, чем больше величина конденсатора C1 в нашей схеме выпрямителя. Ведь, в сущности, мы «выпрямили» переменный ток.

Вот каким полезным свойством обладает простейшая конструкция из полупроводников разного типа проводимости. И почти так работаю блоки питания электронных устройств от силовой сети 220 В. Конечно с участием понижающего трансформатора, поскольку напряжение питания многих электронных устройств 5-10 В, а не 220. Как именно устроен простейший блок питания? Добавьте трансформатор к схеме, и все. Правда, схема, показанная выше, осуществляет однополупериодное выпрямление. То есть, выпрямляется только один полу-период переменного напряжения. Но можно увеличить количество диодов, получив двухполупериодное выпрямление, либо с мостовой схемой при четырех диодах, либо с двумя диодами и двумя выходными обмотками трансформатора. Думаю, с этим вы разберетесь без меня, а я хочу только отметить, что конденсатор, добавленный к схеме, заряжается, когда присутствует полу-волна, и разряжается, когда она отсутствует, играя роль источника тока для схемы в это время и «сглаживая» напряжение на выходе блока питания, поэтому конденсатор в схеме выпрямителя часто называют сглаживающим, а напряжение на выходе пульсирующим.

А я хочу продолжить рассказ о конструкциях полупроводников.

В.Н. Гололобов

Экскурсия по электронике

36

Положим, мы возьмем не две пластинки из полупроводниковых материалов разного типа, а три. Соединим эти три кусочка полупроводника, так, чтобы между двумя пластинками одного типа была тоненькая пластинка другого. В итоге мы получим конструкцию, имеющую три вывода, и называющуюся биполярный транзистор. В зависимости от выбора типа полупроводника средней пластинки мы получим транзистор «n-p-n» или «p-n-p» типа.

Итак, биполярный транзистор типа «n-p-n». Он имеет две области с электронным типом проводимости, между которыми заключена область полупроводника с «дырочным» типом проводимости. Как и у диода на границах областей образуются пограничные слои, но теперь их два. Как и у диода, в зависимости от полярности приложенной ЭДС эти пограничные слои будут влиять на пропускную способность, оказывая сопротивление постоянному току, зависящее от приложенного напряжения. Такую конструкцию можно было бы представить в виде двух диодов, включенных встречно, если бы ни одно «но!». Область, заключенная между двумя материалами с одним типом проводимости, конструктивно очень тонкая. Вывод, подключенный к ней, называется у транзистора базой. Конструкция транзистора такова, что области одинаковой проводимости не равнозначны, одна из них играет роль поставщика носителей тока и называется эмиттер, другая роль сборщика носителей и называется коллектор. Возникающие в отсутствии источников ЭДС два пограничных слоя, чем-то похожие на заряженные конденсаторы, препятствуют перемещению носителей тока из эмиттера в базу и из коллектора в базу, но для носителей, прошедших из эмиттера в базу поле перехода база-коллектор (пограничный слой называют переходом) становится «попутным», помогающим им перейти в область коллектора. Два источника питания транзистора включают так, что переход эмиттер-база смещен в прямом направлении, то есть, поле пограничного слоя компенсируется, а переход коллектор-база смещен в обратном направлении, его поле усиливается внешним. Ток двух источников питания будет частично протекать по базовому выводу, но основная масса носителей от их поставщика, эмиттера (изза того, что область базы очень тонкая), будет попадать в «попутное» поле перехода коллектора-база. Вот неполная картина происходящего в транзисторе. В дальнейшем я, надеюсь, не буду обращаться к ней, но какую-то картинку происходящего полезно иметь перед глазами.

Мне кажется, что для работы с транзистором удобнее рассматривать его, как распределитель токов: ток эмиттера разветвляется в базу и коллектор (для p-n-p транзистора), а между токами базы и коллектора существует строгая взаимосвязь – ток коллектора почти всегда равен произведению тока базы на постоянную, которую называют (статическим) коэффициентом усиления транзистора по току. Этот коэффициент у разных транзисторов меняется от нескольких десятков до сотен единиц. Именно благодаря этому свойству транзистор имеет то широкое применение, которое он имеет.

На практике редко применяют включение двух источников постоянного напряжения для питания базовой и коллекторной цепей, но лучше все-таки это нарисовать, чтобы легче было понимать, как на практике включают транзистор, чтобы использовать его «активное» свойство усиливать ток, втекающий в базу транзистора (или из нее вытекающий у транзистора другого типа).

В.Н. Гололобов

Экскурсия по электронике

37

Рис. 1.27. Схема включения транзистора

Хочу сразу заметить, что не следует пытаться проводить подобный эксперимент, впаяв транзистор на макетную плату. Дело в том, что переход транзистора база-эмиттер (эмиттер обозначен стрелкой) ведет себя подобно диоду, то есть при том включении (и напряжении источника VDC1), которое изображено выше, ток через переход будет весьма большим, вызывая разогрев перехода, который попытается «засветиться» подобно лампочке при нагреве, но сгорит быстрее, чем вы успеете заметить это свечение. Я даже не стал рисовать землю, чтобы показать, что не запускал симуляцию схемы. Впрочем, на компьютере вы можете провести любые эксперименты без опасений за целостность ваших компонентов, чем компьютер и полезен.

Итак, источник тока VDC1 создает на переходе база-эмиттер электрическое поле, ослабляющее поле пограничного слоя. Носители, выходя из области эмиттера попадают под действие разгоняющего их поля источника VDC2, и почти все «улетают» в область коллектора. Влияние поля, создаваемого источником VDC1 на ток коллектора очень велико, а роль источника VDC2 можно назвать «направляющей», направляющей ток к коллектору, чтобы он весь не уходил в базу. Если убрать этот источник тока, то весь ток, выходящий из эмиттера, пройдет в базовую цепь транзистора.

Если для транзистора типа n-p-n удобно говорить о токе, образованном электронами, рассуждения о токе эмиттера, разветвляющегося на ток базы и ток коллектора, то для транзисторов типа p-n-p вполне уместно повторить те же рассуждения, считая, что носителями тока в этом случае выступают «дырки». Ход рассуждений получается одинаков.

Для экспериментов, на макетной плате или за компьютером, удобнее следующая схема:

В.Н. Гололобов

Экскурсия по электронике

38

Рис. 1.28. Наблюдение токов базы и коллектора транзистора

Такая схема включения транзистора гораздо чаще встречается на практике. Программа, как вы заметили, которую я использовал – это другая программа, и она называется Qucs. Есть несколько причин, по которым я сменил программу.

Первая причина банальна, о ней не стоило бы говорить, но она есть. Я не смог найти транзистор в программе PSIM, который позволил бы мне легко проиллюстрировать несколько опытов с транзистором. Выбор оставался небольшой, либо потратить некоторое время на чтение документации, либо сменить программу. Я выбрал второе. И для этого была еще одна причина.

Вторая причина смены программы – если первая предназначена для работы в Windows, то вторая для работы в Linux. Хотя первая работает у меня в Linux, а вторая может работать в Windows, я хочу уделить одинаковое внимание программам для обеих операционных систем, переходя к той, что в данный момент удобнее.

В справочной литературе приводится множество параметров для каждого транзистора. Впервые сталкиваясь с этим, испытываешь затруднение – какой из параметров транзистора самый важный? Как выбрать транзистор? Мое мнение – начинающему радиолюбителю не следует «зацикливаться» на этом. Если вы собираете схему, которая вам приглянулась, постарайтесь использовать те транзисторы, которые указаны в схеме, а если их нет, посмотрите, в описании часто указывают возможную замену. Со временем вы разберетесь в основных параметрах или во всех параметрах, но для этого нужно время. В большинстве случаев предельно допустимые напряжение, ток и мощность, и верхняя граничная частота транзистора будут иметь решающее значение, но иногда, хотя и редко, можно применить

В.Н. Гололобов

Экскурсия по электронике

39

только транзистор, указанный в схеме. На протяжении этой книги вы много раз встретитесь с транзисторами и, надеюсь, у вас появится некоторый опыт, который поможет вам в общении со справочником.

Возвращаясь к свойствам транзистора, отметим, что ток базы, измеряемый прибором Pr1, равен 91.7 мкА, а ток коллектора (Pr2) 9.17 мА. Результаты измерений в программе Qucs можно выводить в табличном виде, и приведенные данные я взял из таблицы. Отношение тока коллектора к току базы равно 100. Это и есть статический коэффициент усиления, который на схеме (рядом с транзистором) обозначен как Bf. Если изменить величину резистора R1, то ток базы изменится, а это приведет к изменению тока коллектора. Попробуйте изменить значение резистора R1 так, чтобы ток базы изменился незначительно, скажем, стал равен 90 мкА. Новое значение тока коллектора можно использовать для получения еще одного коэффициента – отношение разностей токов коллектора к разности токов базы называют динамическим коэффициентом усиления транзистора по току, если приращения токов небольшие.

Что мне в данный момент кажется самым важным? Что изменения тока базы вызывают пропорциональное изменение тока коллектора. При этом ток базы много меньше тока коллектора. То есть, транзистор усиливает изменения тока базы, но сохраняет закон, по которому ток базы меняется. Именно, благодаря этим свойствам, транзистор находит широкое применение в электронике в качестве основы разного рода усилителей, преобразователей и генераторов.

Вы можете убедиться, что те три закона электротехники, о которых мы говорили раньше, так же справедливы и сейчас. Ток от плюса источника питания разветвляется на коллекторный и базовый. Ток, подходящий к узлу ветвления, будет равен сумме токов в ветвях схемы, базовой и коллекторной. Падение напряжения на резисторе R2, складываясь с падением напряжения на транзисторе (между эмиттером и коллектором), даст величину, равную напряжению источника питания. Зная ток базы транзистора, проходящий через резистор R1, мы можем вычислить падение напряжения на этом резисторе и проверить прямым измерением напряжения, что оно почти равно напряжению питания. Если измерить падение напряжения между базой и эмиттером и прибавить его к падению напряжения на R1, то равенство будет точным, хотя это напряжение не очень велико, для кремниевого транзистора оно составит 0.5-0.7 вольт. Мало того, даже небольшие изменения этого напряжения будут вызывать значительное изменение тока базы, а, соответственно, пропорциональные ему изменения тока коллектора. Последнее, в свою очередь, приведет к существенным изменениям напряжения эмиттер-коллектор транзистора. То есть, можно говорить не только об усилении транзистором тока, но, в этой схеме, об усилении транзистором напряжения.

Биполярный транзистор имеет три вывода: базу, коллектор, эмиттер. В зависимости от того, какой из выводов используется в качестве общего, различают схемы включения транзистора с общей базой, с общим эмиттером и с общим коллектором. Все три схемы включения обеспечивают усиление, но при одних способах включения осуществляется усиление по току, тогда как усиления по напряжению нет, в других случаях есть усиление и по напряжению, и по току. Чаще всего применяется включение транзистора с общим эмиттером, как это изображено на рисунке 1.28. Сигнал при таком включении подается на базу-эмиттер, а снимается с выводов эмиттер-коллектор. Общий вывод у входного и выходного сигнала – эмиттер, поэтому и схему включения называют схемой с общим эмиттером.

С помощью резистора R1 (рисунок 1.28) устанавливается рабочая точка транзистора на постоянном токе. Чаще всего этот резистор выбирают таким, чтобы напряжение эмиттер-

В.Н. Гололобов

Экскурсия по электронике

40

коллектор было равно половине напряжения питания. Зачем это делается? Многие полезные сигналы, о которых мы поговорим позже, симметричны относительно горизонтальной оси, как синусоидальный сигнал. Если, усиливая сигнал, мы нарушим эту симметрию, то получим другой сигнал, а это уже не усиление, и чаще всего нам этого не надо, но для получения максимального симметричного сигнала на выходе, начальное состояние выхода (на постоянном токе) тоже желательно иметь симметричным, то есть, напряжение должно быть равно половине напряжения питания.

Я уже говорил, что величина сопротивления зависит от температуры. Включив сопротивление в цепь постоянного тока и измеряя ток, проходящий через сопротивление, мы можем судить о температуре вокруг сопротивления. Изменения тока дадут нам информацию об изменении температуры. Разные материалы имеют разную чувствительность к температуре. Особенно сильно реагируют на температуру полупроводниковые материалы. Это их и полезное в одних случаях, и вредное при других обстоятельствах свойство. Резисторы, которые изготавливают для получения информации о температуре, так и называю терморезисторами.

Какое же вредное влияние оказывает температура на полупроводники?

Если в схеме на рисунке 1.28, которую мы тщательно наладили, получив напряжение эмиттер-коллектор точнехонько равным половине напряжения питания, подвергнуть транзистор воздействию температуры, на макетной плате его можно обдувать феном, то начальная рабочая точка (напряжение на выходе) сместится. Теперь напряжение эмиттерколлектор, сколько мы потратили труда!, уже не равно половине питающего напряжения. Фен, которым мы разогревали транзистор, дает представление о влиянии внешней температуры на рабочую точку транзистора. Но не надо забывать, что на любом сопротивлении, через которое протекает ток, мы говорили об этом, появляется падение напряжения и рассеивается мощность. Транзистор ведет себя также. На нем тоже рассеивается мощность, и для него тоже существует такой параметр, как допустимая мощность рассеивания. А образующаяся в процессе работы мощность, выделяемая в виде тепла, разогревает транзистор, смещая его рабочую точку. Для стабилизации рабочей точки транзистора применяют специальные схемные решения, о которых мы поговорим, когда будем говорить об усилителях. Эксперименты, например, по измерению влияния температуры можно проводить в программе Qucs. Если заглянуть в свойства транзистора, то можно обнаружить такой параметр, как температура. Изменяя этот параметр, добавив в схему на рисунке 1.28 вольтметр параллельно транзистору, можно увидеть изменение напряжения при изменении температуры.

Вообще, для любителей очень важно делать только то, что интересно. Не нравится вам разрабатывать собственные схемы, нравится повторять готовые, занимайтесь ими, но не забывайте, что далеко не всегда повторение готовой схемы сразу приводит к ожидаемым результатам. Важно хорошо понимать назначение и работу всех элементов схемы, а нет лучшего средства для этого, чем эксперименты с этими элементами. Часть из них лучше провести с паяльником в руках. Без этого не обойтись. Но подобные эксперименты, порой, требуют хорошего оснащения любительской лаборатории. Далеко не все могут позволить себе покупку всех необходимых приборов. Часть можно изготовить самостоятельно, но их настройка тоже требует наличия приборов, и образуется замкнутый круг, из которого трудно выбраться. В этом смысле компьютерные программы, подобные PSIM и Qucs оказываются очень полезны. Проводя ряд экспериментов за компьютером, можно найти то место, где опыты можно перенести на макетную плату, а работа будет обеспечена теми приборами, что есть в распоряжении любителя. Со временем парк приборов пополнится, а круг интересов и возможностей значительно расширится. Но и в этом случае не стоит пренебрегать теми возможностями и теми удобствами, что дают компьютер и программы.

studfiles.net

Отправить ответ

avatar
  Подписаться  
Уведомление о