Как определить выводы транзистора

Решаем задачу с помощью мультиметра

Если выйти в интернет не представляется возможности, то вторым вариантом, как определить цоколевку транзистора (расположение выводов), является использование мультиметра или омметра. Порядок действия следующий:

• определить структуру транзистора (p-n-p или n-p-n);
• узнать, где у транзистора располагается база;
• определить места расположения коллектора и эмиттера.

Как определить структуру транзистора — видео

На омметре устанавливают предел измерений – х10. Щупы по очереди подсоединяют к паре выводов, перемещаясь по кругу. При получении малого сопротивления – сотни Ом – щуп «-» переносят на оставшийся свободный третий вывод. Если прибор также покажет небольшое сопротивление, то это означает, что щуп «+» подключен к базе, а структура полупроводника – n-p-n. Если сопротивление большое, то щупы меняют местами. Сопротивление должно резко уменьшиться. Если это произошло, то можно с уверенностью сказать, что вывод, к которому мы подсоединили «-», является базой, а структура радиодетали – p-n-p. Если ожидаемого снижения сопротивления не произошло, то полупроводник, скорее всего, находится в нерабочем состоянии.

После определения базы определяем расположение коллектора и эмиттера. Для решения этой задачи нам понадобится постоянный резистор сопротивлением 30-50 кОм. Щупы в произвольном порядке подключаем к двум оставшимся выводам.

• Предполагаем, что для n-p-n полупроводника коллектором является контакт, к которому мы подсоединили плюсовой щуп, а для n-p-n модели – минусовой.
• К выводам базы и предполагаемого коллектора подсоединяют постоянный резистор. Отсчитывают показания прибора.
• Меняют полярность подсоединения измерительного прибора. Теперь «под подозрение», в том, что он коллектор, попадает второй неопознанный вывод транзистора. Между ним и базой устанавливаем постоянный резистор. Производят измерения.
• Коллектором является тот контакт, на котором сопротивление между ним и базой меньше. А эмиттером, соответственно, является оставшийся вывод.

Плюсовым щупом омметра, который входит в состав мультиметра, обычно служит общий вывод прибора.

Другие материалы по теме

Транзисторы можно рассматривать как переключатели, как и многие электронные компоненты, такие как реле или электронные лампы. Транзисторы используются в различных схемах, и даже сейчас, когда микросхемы широко используются, схема обходится без них. Есть два основных типа биполярных транзисторов: npn и pnp, они различаются проводимостью.

Два близких по параметрам транзистора разной проводимости называются комплементарной парой. Если в схеме, например, в усилителе, один тип транзистора заменяется транзисторами другого типа с аналогичными параметрами (не забывая менять полярность питающих напряжений, электролитических конденсаторов и полупроводниковых диодов), в схеме он будет работать точно так же, за исключением микроволнового диапазона, поскольку npn-транзисторы имеют более высокую частоту, чем pnp, и здесь может быть невозможно выбрать дополнительную пару.

Биполярный транзистор – это трехэлектродный полупроводниковый прибор, тип транзистора. Электроды соединены с тремя последовательно расположенными полупроводниковыми слоями с переменным типом примесной проводимости.

Чаще всего в схемах используются транзисторы структуры npn. Это связано с тем, что в схемах эмиттеры транзисторов подключены к отрицательному источнику питания.

Следовательно, общий провод схемы также будет подключен к отрицательной клемме источника питания, что является общепринятым стандартом.

Транзисторы бывают в разных корпусах, но все они имеют три вывода (у высокочастотных транзисторов иногда четвертый вывод соединен с металлическим корпусом – экраном):

• База – это управляющий выход;
• Коллектор имеет положительный потенциал (для NPN-транзистора);
• Эмиттер имеет отрицательный потенциал (для NPN-транзистора).

Конструкционная особенность биполярного транзистора

Для изготовления биполярного транзистора требуется полупроводник с дырочным или электронным типом проводимости, который получается диффузией или сплавлением с акцепторными примесями. В результате по обе стороны от основания образуются области с полярным типом проводимости.

Транзисторы с биполярной проводимостью бывают двух типов: npn и pnp. Правила работы, которым подчинен биполярный транзистор с npn проводимостью (для pnp необходимо менять полярность приложенного напряжения):

• Положительный потенциал коллектора важнее эмиттера.
• Любой транзистор имеет предельно допустимые параметры Ib, Ic и Uke, превышение которых в принципе недопустимо, так как это может привести к разрушению полупроводника.
• Выводы база-эмиттер и база-коллектор работают как диоды. Как правило, диод открыт в направлении базового эмиттера, а в направлении базового коллектора он смещен в противоположном направлении, то есть входное напряжение мешает протеканию электрического тока, проходящего через него.
• Если выполнены пункты с 1 по 3, то ток Ik прямо пропорционален току Ib и имеет вид: Ik = he21 * Ib, где he21 – коэффициент усиления по току. Это правило характеризует главное качество транзистора, а именно то, что низкий базовый ток управляет мощным током коллектора.

Для разных биполярных транзисторов одной серии показатель he21 может существенно отличаться от 50 до 250. Его значение также зависит от протекающего коллекционного тока, напряжения между эмиттером и коллектором и температуры окружающей среды.

Давайте рассмотрим правило No. Отсюда следует, что напряжение, приложенное между эмиттером и базой, не должно значительно увеличиваться, так как если напряжение базы на 0,6… 0,8 В больше, чем у эмиттера (прямое напряжение диода), то будет очень большой ток появляться. Таким образом, в работающем транзисторе напряжения на эмиттере и на базе связаны между собой по формуле: Ub = Ue + 0,6 В (Ub = Ue + Ube)

Напомним еще раз, что все указанные моменты относятся к транзисторам с npn проводимостью. Для типа pnp все должно быть наоборот.

Также следует обратить внимание на то, что ток коллектора никак не связан с проводимостью диода, так как на диод базы коллектора, как правило, подается обратное напряжение. Кроме того, ток, протекающий через коллектор, очень мало зависит от потенциала на коллекторе (этот диод похож на небольшой источник тока)

Устройство биполярного транзистора

Транзисторы – довольно сложные устройства. Для лучшего понимания рассмотрим только самый простой вид электронной составляющей, с которой радиолюбители имеют дело чаще всего.

Устройство на биполярных транзисторах включает в себя монокристалл, разделенный на три зоны, которые имеют собственный выход:

Б – основа, очень тонкий внутренний слой. Э – эмиттер, предназначенный для переноса заряженных частиц на базу. K – коллектор, компонент, который имеет тот же тип проводимости, что и эмиттер, предназначенный для сбора зарядов, полученных эмиттером.

Давайте расшифруем все эти определения и более подробно погрузимся в мир транзисторов на кремниевом (Si) полупроводнике):

Каждый атом кремния образует связи с четырьмя соседними атомами кремния. Кремний имеет 4 электрона в валентной оболочке. И каждый электрон становится общим с ближайшим атомом кремния. Рассматриваемая связь называется ковалентной.

Чистый кремний отличается низкой электропроводностью. А чтобы кремний проводил электричество, электроны должны поглотить некоторую энергию и стать свободными электронами.

Легирование кремниевых пластин

Метод легирования используется для улучшения электропроводности полупроводников. Например, вводится пятивалентный фосфор (P) или сурьма (Sb): электрон будет свободен и сможет перемещаться в системе. Этот метод называется донорным легированием или легированием n-типа. Если ввести трехвалентный бор (B), образуется свободное пространство (дырка), которое может занять электрон. Соседний электрон может заполнить дыру в любой момент. Это движение электронов можно представить как движение дырок в противоположном направлении. Это называется акцепторным легированием или легированием р-типа.

При сверлении кремниевой пластины этими методами получается транзистор со следующими типами проводимости:

• тип n – электроны являются носителями заряда.
• тип p – носителями заряда являются положительно заряженные дырки.

Транзисторы по типу проводимости делятся на два типа – npn и pnp:

Разобравшись с легированием кремниевой пластины и определившись с типами проводимости, мы можем перейти к рассмотрению принципа работы транзистора.

Принцип работы транзистора

Чтобы понять, как работает транзистор, необходимо понять, что происходит с электронами его базового элемента (диода). Диод образуется, если одна часть кремния легирована примесью p-типа, а другая – примесью n-типа. На границе этих частей произойдет следующее:

Многочисленные электроны на стороне n будут стремиться занять дырки, расположенные на стороне p. В этом случае граница стороны p будет иметь небольшой отрицательный заряд, а заряд стороны n будет положительным. Электрическое поле, возникающее в результате этого процесса, будет препятствовать дальнейшему естественному движению электронов. Если внешний источник питания подключен к диоду определенным образом, электроны и дырки будут притягиваться к нему, и в этом случае протекание тока невозможно. Однако если поменять стороны подключения источника питания, ситуация изменится. Предположим, что у источника питания достаточно напряжения, чтобы преодолеть потенциальный барьер. Сразу можно заметить, что электроны будут отталкиваться от отрицательного полюса. Когда электроны пересекают потенциальный барьер, они теряют энергию и легко занимают дырки в p-области. Но из-за притяжения к положительному полюсу эти электроны теперь могут перемещаться в соседние дырки в p-области и двигаться вдоль внешней границы. Это явление называется прямой поляризацией диода.

Зная приведенный выше принцип работы, вы легко поймете, как работает транзистор. Фактически, транзистор состоит из двух зеркально соединенных диодов с очень тонким и слаболегированным p-слоем. Следовательно, независимо от того, как подключен источник питания, диод всегда будет иметь обратное смещение и предотвращать протекание тока. Это означает, что транзистор выключен. Посмотрим, как это выглядит на схеме:

Транзистор в закрытом состоянии

Подключаем второй источник питания (см. Схему). Его напряжение должно быть достаточным для преодоления потенциального барьера. Мы получаем обычный диод с прямым смещением и большое количество электронов будет перемещаться из области n. Некоторые электроны займут свободные дырки и, двигаясь по соседним свободным дыркам, будут двигаться к основанию. Но в p-области движется гораздо больше электронов. А оставшиеся электроны будут притягиваться к положительному полюсу первого источника энергии и двигаться дальше.

Схема подключения второго источника энергии:

Принцип работы транзистора

Стоит обратить внимание на то, что p-область транзистора очень узкая и обеспечивает отсутствие потока электронов, остающихся на положительном полюсе второго источника энергии. То есть слабый базовый ток усиливается по направлению к коллектору. Если вы увеличите базовый ток, ток коллектора увеличится пропорционально. Это простой пример усиления тока с помощью биполярного транзистора (β = Ic ⁄ Ib).

Материалы корпуса транзисторов

Транзисторы малой мощности изготавливаются в прямоугольных корпусах из полимерных материалов или металла (цилиндрической формы). Вы можете найти десятки различных типов корпусов транзисторов совершенно разных форм и размеров.

Сам полупроводник, база транзистора, имеет размер зерна или меньше. Паять провода практически невозможно, поэтому кристалл помещается в более просторный корпус из металла или пластика.

Рассмотрев принцип работы транзистора, можно отметить, что, несмотря на довольно простое устройство, этот полупроводниковый компонент играет важную роль в схемотехнике.

Режим работы биполярных устройств

В зависимости от величины напряжения на выводах транзистора различают 4 режима работы:

• отсечка – переходы отверстия – электроды не встречаются;
• активный режим – описан в описании;
• насыщение – ток базы очень большой, а ток коллектора будет иметь максимальное значение и абсолютно не будет зависеть от тока базы, в результате не будет усиления сигнала;
• инверсия – использование устройства, в котором роли эмиттера и коллектора меняются местами.

Достоинства и недостатки биполярных транзисторов

К преимуществам биполярных транзисторов перед аналогами можно отнести:

• контроль электрических зарядов;
• надежность в работе;
• устойчивость к частотным помехам;
• низкие шумовые характеристики;

К недостаткам можно отнести:

• имеет низкое значение входного импеданса, из-за чего ухудшаются характеристики усиления сигнала;
• сильная чувствительность к статическим зарядам;
• схема коммутации предполагает наличие 2-х блоков питания;
• высокие температуры могут повредить транзистор.

Режимы работы

Биполярный транзистор может работать в 4-х режимах:

• Активный.
• Отрубы (РО).
• Насыщенность (РН).
• Барьер (РБ).

Активный режим BT бывает нормальным (NAR) и реверсивным (IAR).

Нормальный активный режим

В этом режиме U течет к переходу EB, который является прямым и называется напряжением EB (Ue-b). Режим считается оптимальным и используется в большинстве схем. Переход E вызывает инжекцию зарядов в базовую область, которые движутся к коллектору. Последний ускоряет заряды, создавая эффект усиления.

Инверсный активный режим

В этом режиме переход КБ открыт. BT работает в обратном направлении, то есть из K происходит инжекция дырочных носителей заряда, проходящих через B. Они собираются переходом E. Свойства ОП на усиление слабые и BT в этом режиме используются редко.

Режим насыщения

В RN оба перехода открыты. Когда EB и KB подключены к внешним прямым источникам, BT будет работать в LV. Электромагнитное поле диффузии переходов E и K ослабляется электрическим полем, создаваемым внешними источниками. Следовательно, барьерная емкость будет уменьшаться, а диффузионная способность основных носителей заряда будет ограничена. Начнется закачка дырок из E и K в B. Этот режим в основном используется в аналоговой технологии, но в некоторых случаях возможны исключения.

Режим отсечки

В этом режиме БТ полностью замыкается и не может проводить ток. Однако в БТ присутствуют незначительные потоки неосновных носителей заряда, создающие тепловые токи малых значений. Этот режим используется в различных типах защиты от перегрузки и короткого замыкания.

Барьерный режим

База BT подключается через резистор к K. Резистор подключается к цепи K или E, которая устанавливает значение тока (I) через BT. BR часто используется в схемах, так как позволяет BT работать на любой частоте и в более широком диапазоне температур.

Схемы включения биполярных транзисторов

В зависимости от контакта, на который подается источник питания, различают 3 схемы включения устройств.

С общим эмиттером

Эта схема включения биполярных транзисторов обеспечивает наибольший прирост вольт-амперных характеристик (ВАХ), поэтому является наиболее популярной. Недостатком этого варианта является ухудшение усилительных свойств устройства при повышении частоты и температуры. Это означает, что для высокочастотных транзисторов рекомендуется использовать другую схему.

С общей базой

Используется для работы на высоких частотах. Уровень шума небольшой, усиление не очень высокое. В антенных усилителях требуются каскады устройств, собранные по этой схеме. Недостатком этого варианта является необходимость использования двух блоков питания.

С общим коллектором

Для этого варианта характерна передача входного сигнала на вход, что значительно снижает его уровень. Коэффициент усиления по току большой, а коэффициент усиления по напряжению небольшой, что является недостатком этого метода. Схема подходит для каскадных устройств в тех случаях, когда входной источник имеет высокое входное сопротивление.

Принцип работы биполярного транзистора

А теперь попробуем разобраться, как работает транзистор. Я не буду вдаваться в подробности внутреннего устройства транзисторов, так как эта информация только сбивает с толку. Лучше взгляните на это фото.

Это изображение лучше объясняет, как работает транзистор. На этой картинке человек через реостат управляет током коллектора. Посмотрите на ток базы, если ток базы увеличивается, то человек тоже увеличивает ток коллектора с учетом коэффициента усиления транзистора h21E. Если ток базы уменьшается, ток коллектора также будет уменьшаться: человек исправит это с помощью реостата.

Эта аналогия не имеет ничего общего с тем, как на самом деле работает транзистор, но помогает понять, как он работает.

Для транзисторов можно отметить правила для простоты понимания. (Эти правила взяты из книги П. Горовица В. Хилла «Искусство схемотехники»).

• Коллектор имеет более положительный потенциал, чем эмиттер
• Как я уже сказал, схемы базового коллектора и базового эмиттера работают как диоды
• Каждый транзистор имеет ограничения, такие как ток коллектора, ток базы и напряжение коллектор-эмиттер.
• При соблюдении правил 1-3 ток коллектора Ik прямо пропорционален току базы Ib. Этот отчет можно записать в виде формулы.

Из этой формулы можно выразить основное свойство транзистора: небольшой ток базы управляет большим током коллектора.

– текущий прирост.

Его еще называют

Исходя из вышесказанного, транзистор может работать в четырех режимах:

• Режим отключения транзистора: в этом режиме переход база-эмиттер закрыт, это может произойти, когда напряжение база-эмиттер недостаточно. Следовательно, нет тока базы и, следовательно, нет тока коллектора.
• Активный режим транзистора – это нормальный режим работы транзистора. В этом режиме напряжения база-эмиттер достаточно, чтобы открыть переход база-эмиттер. Базовый ток достаточен, также имеется коллекторный ток. Ток коллектора равен току базы, умноженному на коэффициент усиления.
• Режим насыщения транзистора: транзистор переключается в этот режим, когда базовый ток становится настолько большим, что у источника питания просто не хватает мощности для дальнейшего увеличения тока коллектора. В этом режиме ток коллектора не может увеличиваться в результате увеличения тока базы.
• Режим обратного транзистора: этот режим используется очень редко. В этом режиме коллектор и эмиттер транзистора меняются местами. В результате таких манипуляций сильно страдает усиление транзистора. Транзистор изначально не предназначался для работы в таком особом режиме.

Чтобы понять, как работает транзистор, необходимо рассмотреть примеры конкретных схем, поэтому давайте рассмотрим некоторые из них.

Транзистор в ключевом режиме

Импульсный транзистор – это один из случаев транзисторных схем с общим эмиттером. Транзисторная схема в ключевом режиме используется очень часто. Эта транзисторная схема используется, например, когда необходимо управлять мощной нагрузкой через микроконтроллер. Нога контроллера не может тянуть мощную нагрузку, а транзистор может. Получается, что контроллер управляет транзистором, а транзистор управляет мощной нагрузкой. Ну, во-первых.

Суть этого режима в том, что ток базы управляет током коллектора. Кроме того, ток коллектора намного выше, чем ток базы. Здесь невооруженным глазом видно, что сигнал тока нарастает. Это усиление осуществляется за счет энергии источника питания.

На рисунке представлена ​​схема работы транзистора в ключевом режиме.

Для транзисторных схем напряжения не играют важной роли, важны только токи. Следовательно, если отношение тока коллектора к току базы меньше коэффициента усиления транзистора, то все в порядке.

В этом случае, даже если на базу будет подано напряжение 5 вольт, а в цепи коллектора 500 вольт, ничего страшного не произойдет, транзистор послушно переключит нагрузку на высокое напряжение.

Главное, чтобы эти напряжения не превышали предельных значений для конкретного транзистора (задаются в характеристиках транзистора).

Что ж, теперь попробуем рассчитать значение сопротивления базы.

Насколько нам известно, величина тока является характеристикой нагрузки.

Те i = U / R

Нам неизвестно сопротивление лампы, но известно, что рабочий ток лампы составляет 100 мА. Чтобы транзистор открылся и обеспечил протекание такого тока, необходимо выбрать соответствующий базовый ток. Мы можем отрегулировать базовый ток, изменив номинал базового резистора.

Поскольку минимальное значение усиления транзистора равно 10, базовый ток должен быть 10 мА, чтобы транзистор открылся.

Нужный нам ток известен. Напряжение на базовом резисторе будет равно. Это значение напряжения на резисторе было получено из-за того, что 0,6–0,7 В устанавливается на переход база-эмиттер, и это не следует забывать, чтобы принять это во внимание.

В результате мы смогли найти сопротивление резистора

Осталось выбрать конкретное значение из ряда резисторов, и дело в шляпе.

Теперь вы, наверное, думаете, что транзисторный ключ будет работать как надо? Что при подключении базового резистора к +5 В свет включается, когда свет гаснет? Ответ может быть, а может и нет.

Дело в том, что здесь есть небольшой нюанс.

Индикатор гаснет, когда потенциал резистора равен потенциалу земли. Если резистор просто отсоединить от источника напряжения, все не так просто. Напряжение на базовом резисторе может чудесным образом повыситься из-за помех или какого-то потустороннего зла

Чтобы этого не произошло, сделайте следующее. Другой резистор Rbe включен между базой и эмиттером. Этот резистор выбирается с номиналом не менее 10-кратного базового резистора Rb (в нашем случае мы взяли резистор 4,3 кОм).

При подключении базы к любому напряжению транзистор работает как надо, резистор Rbe ему не мешает. Этот резистор потребляет лишь небольшую часть тока базы.

Если на базу не подается напряжение, база подтягивается к потенциалу земли, что избавляет нас от любых помех.

Здесь мы в принципе разобрались с работой транзистора в ключевом режиме, и, как видите, ключевой режим работы – это своего рода усиление сигнала напряжения. Ведь мы проверили напряжение 12В с помощью низкого напряжения 5В.

Эмиттерный повторитель

Эмиттерный повторитель является частным случаем транзисторных схем с общим коллектором.

Отличительной особенностью схемы с общим коллектором от схемы с общим эмиттером (вариант с транзисторным ключом) является то, что эта схема не усиливает сигнал напряжения. То, что пришло из базы, выходило из эмиттера с таким же напряжением.

Фактически, предположим, что мы приложили 10 Вольт к базе, в то время как мы знаем, что на переходе база-эмиттер она составляет где-то 0,6-0,7 В. Получается, что на выходе (на эмиттере, на нагрузке Rн) будет напряжение базы минус 0,6 В.

получилось 9,4В, словом почти столько, сколько вошло и оказалось. Мы убедились, что эта схема не увеличивает нам сигнал по напряжению.

«Какой тогда смысл в включении этого транзистора?» – просить. Но оказывается, что у этой схемы есть еще одно очень важное свойство. Схема переключения транзистора с общим коллектором усиливает сигнал по мощности. Мощность – это произведение тока и напряжения, но поскольку напряжение не меняется, мощность увеличивается только за счет тока! Ток нагрузки – это сумма базового тока и тока коллектора. Но если вы сравните ток базы и ток коллектора, ток базы очень мал по сравнению с током коллектора. Получается, что ток нагрузки равен току коллектора. И результат – вот эта формула.

Теперь мне кажется понятно, в чем суть схемы эмиттерного повторителя, но это еще не все.

Эмиттерный повторитель обладает еще одним очень ценным качеством: высоким входным сопротивлением. Это означает, что эта транзисторная схема почти не потребляет ток входного сигнала и не заряжает схему источника сигнала.

Чтобы понять принцип работы транзистора, этих двух схем транзистора будет вполне достаточно. А если вы продолжите экспериментировать с паяльником в руках, интуиция просто не заставит вас ждать, потому что теория есть теория, а практика, а личный опыт в сотни раз ценнее!

5 технических нюансов работы биполярных транзисторов, которые важно учитывать при проектировании и эксплуатации электронных ключей или регуляторов

Электрические характеристики LV описываются сложными формулами. Их очень неудобно использовать на практике. Поэтому инженеры-электронщики работают с графиками, которые выражают взаимосвязь между входными и выходными параметрами.

Они делятся на два типа:

• статический, определение емкостей полупроводниковых переходов по токам и напряжениям на входе и выходе в холостом режиме (режим холостого хода);
• output – зависимость тока через коллектор от приложенного выходного напряжения к определенному току через базу.

У каждого БТ есть свои индивидуальные особенности. Однако сейчас таких полупроводников производится так много, что практически любому из них нетрудно найти аналогичную замену даже от другого производителя.

Для работы транзисторов можно использовать один из следующих режимов:

• активный (нормальный или реверсивный);
• насыщенность;
• резать;
• барьер.

Любой БТ, созданный с помощью пакета pnp или npn, работает практически по одним и тем же алгоритмам, которые отличаются только направлением протекания положительного тока через переходы полупроводников.

Таким образом, для прямого и обратного транзисторов создаются индивидуальные схемы управления и подключения нагрузки к выходным схемам.

Для примера приведу еще одну схему простого зарядного устройства, собранного на транзисторном модуле с pnp переходами. Можете сравнить с предыдущей версией. Вы увидите почти такую ​​же структуру, но с противоположным направлением тока.

Здесь деталей еще меньше, а регулировка выходных значений осуществляется путем изменения значения напряжения, подаваемого на вход электронного модуля. Используется обычный потенциометр.

Когда он открыт, переход входного полупроводника в режим отсечки низкого напряжения имеет небольшое падение напряжения. В одном конкретном случае это около 0,7 вольт. Чтобы привлечь ваше внимание к этой проблеме, я специально нарисовал картинку – считается, что человеческая память лучше всего работает именно так.

Другими словами: потенциал на базе на 0,7 вольта меньше, чем на эмиттере. Для кремниевых изделий это всегда 0,6-0,7 В.

Ток коллектора НН определяется как базовый ток, умноженный на очень большое количество постоянных значений.

Это свойство используется для классификации транзисторов по коэффициенту передачи тока при коротком замыкании на выходе.

Для этого был введен коэффициент h21. Его суть демонстрирует следующее изображение.

Если сохранить номиналы, указанные для данной тестовой схемы (10 вольт на источнике ЭДС и 100 кОм на сопротивлении), то показания амперметра в миллиамперах просто умножаются на 10. Получаем значение коэффициента h21.

Подобные алгоритмы встроены в цифровые мультиметры и аналоговые тестеры, позволяющие измерять коэффициент h21 при проверке БТ.

В открытом состоянии потенциал внутреннего полупроводникового перехода коллектора низкого напряжения выше, чем у эмиттера. В моем конкретном случае это 0,3 вольта.

Здесь открытый транзистор работает как обычный переключатель, но не идеально. На его внутренней цепи есть падение напряжения 0,3 вольта. Однако в большинстве случаев это не критично.

Предположим, что в цепи коллектора появилось дополнительное сопротивление. Изменение тока через этот резистор вызовет падение напряжения на нем.

Однако более высокий потенциал коллектора в сочетании с более высоким базовым током может стабилизировать выходные характеристики. В этом случае силовые токи сохраняют свое значение.

Принцип действия транзистора

В активном режиме работы транзистор включен, так что его эмиттерный переход смещен в прямом направлении (открыт), а коллекторный переход – в противоположном направлении. Для наглядности рассмотрим транзистор npn, все рассуждения повторяются абсолютно аналогичным образом для случая транзистора pnp, с заменой слова «электроны» на «дырки», и наоборот, а также с заменой всех напряжений с противоположными знаками.

В транзисторе NPN электроны, основные носители тока в эмиттере, проходят через открытый переход эмиттер-база в область базы. Некоторые из этих электронов рекомбинируют с большинством носителей заряда в базе (дырках), другие диффундируют в эмиттер.

Однако из-за того, что база очень тонкая и слегка легированная, большая часть электронов, инжектированных эмиттером, диффундирует в область коллектора. Сильное электрическое поле коллекторного перехода с обратной поляризацией захватывает электроны (помните, что они являются неосновными носителями в базе, поэтому переход открыт для них) и переносит их к коллектору. Таким образом, ток коллектора практически равен току эмиттера, за исключением небольших рекомбинационных потерь в базе, которые составляют базовый ток (Ie = Ib + Ik).

Коэффициент α, который связывает ток эмиттера и ток коллектора (Ik = α Ie), называется коэффициентом передачи тока эмиттера. Числовое значение коэффициента α 0,9 – 0,999, чем выше коэффициент, тем лучше транзистор. Этот коэффициент мало зависит от базовых напряжений коллектора и база-эмиттер.

В широком диапазоне рабочих напряжений ток коллектора пропорционален току базы, коэффициент пропорциональности β = α / (1-α) = (10-1000). То есть, изменяя низкий базовый ток, вы можете контролировать гораздо более высокий ток коллектора.

Биполярный транзистор – это полупроводниковое устройство с электропреобразованием с одним или несколькими электрическими переходами, предназначенное для усиления, преобразования и генерации электрических сигналов. Вся конструкция выполнена на пластине из кремния, германия или другого полупроводника, в которой созданы три области с разными типами электропроводности.

Будет интересно➡ Маркировка SMD транзисторов

Центральная область называется базой, одна из внешних областей является эмиттером, а другая – коллектором. Следовательно, в транзисторе имеется два pn перехода: эмиттер – между базой и эмиттером и коллектор – между базой и коллектором.

Область базы должна быть очень тонкой, намного тоньше, чем области эмиттера и коллектора (это непропорционально показано на рисунке). От этого зависит условие хорошей работы транзистора. Транзистор работает в трех режимах в зависимости от напряжения на его переходах.

При работе в активном режиме напряжение направляется на эмиттерный переход и наоборот – на коллекторный переход. В режиме прерывания на оба перехода подается обратное напряжение. Если к этим переходам приложить прямое напряжение, транзистор будет работать в режиме насыщения.

Типы биполярных транзисторов.

Как проверить биполярный транзистор

Для подбора транзисторов с одинаковыми коэффициентами h21 существуют специальные пробники. Теперь они поставляются с обычными цифровыми мультиметрами. В молодости их устанавливали только на дорогие аналоговые тестеры.

Есть два метода оценки исправности транзисторов:

• с помощью мультиметра или тестера измерить сопротивление между всеми выводами (самый распространенный и дешевый способ);
• расчет коэффициента h21 встроенным датчиком.

Как проверить биполярный транзистор мультиметром или тестером: подробная инструкция с фотографиями

Если мы вернемся к конструкции полупроводниковых переходов, то сразу заметим, что наш транзистор вполне законно представляет два диода, соединенных одними и теми же полюсами (pon) с их собственными выводами. Общая точка для них будет работать за основу.

Теперь вспомним, как проверяется диод: по нему пропускают электрический ток в обоих направлениях, а внутреннее сопротивление перехода оценивается по его прохождению. Если он соответствует стандарту, полупроводник в порядке. Другой образ – брак.

Тот же принцип включен в проверку BT. Просто через каждую пару контактов необходимо пропускать ток в обоих направлениях и по его изменению, чтобы судить о работоспособности тестируемого объекта.

Для проверки нам понадобится:

• уточнить возможности вашего мультиметра или тестера;
• используйте приведенные ниже справочные данные;
• принять меры.

Что учитывать в вашем счетчике

У моего старого тестера Ц4324 на шкале есть обозначения, на которые нужно обращать внимание.

Будем работать по шкале кОм. Рядом с гнездом для подключения проводов есть значок -kΩ. , Указывающий на отрицательный потенциал этого контактного гнезда. Плюс находится на противоположной левой стороне.

Эта информация поможет нам определить направление тока, который будет течь через полупроводниковые переходы.

В роли вольтметра постоянного тока он имеет «плюс» на той же правой клемме. Зная это, проверяю полярность мультиметра, переводя его в режим измерения или непрерывности Ω, а тестером – вольт.

На представленном фото тестер измерял напряжение мультиметром, а последний измерял сопротивление вольтметра. Но сейчас нас интересует другая информация:

• положительный полюс мультиметра находится на его красном щупе;
• минус – черный.

Справочные данные – вкратце

Сразу замечаю, что указанные здесь параметры являются приблизительными. Однако они позволяют оценить характеристики полупроводниковых переходов.

БТ, работающий в цепи базового коллектора и базового эмиттера в одном направлении (в зависимости от прямой или обратной проводимости), имеет сопротивление в пределах Ом, например 50-1200 Ом.

В обратном направлении ток не течет. Прибор покажет бесконечность: ∞ (у меня это отображается как 0. L, на отдельных мультиметрах – знак 1).

При измерении учитываем:

• положительный датчик устанавливается на выходе, соответствующем текущему входу, а отрицательный – на выходе;
• значок ∞ означает, что при указанном пределе измерения мультиметром не удалось определить сопротивление: оно выше (вполне возможен обрыв цепи);
• результат около 0 Ом при измерении током через базу означает пробой перехода;
• значение сопротивления между коллектором и эмиттером оценивается знаком ∞.

Как снять мерки

Можно работать тестером или мультиметром. Разницы практически нет. Все покажу на примере своего кармана Mestek MT-102. Просто мне сложнее все объяснить про старый Ц4324, а вам сложнее понять.

Если у вас есть другой прибор и вы с трудом осваиваете его, то у меня есть статья, в которой изложены и подробно описаны принципы измерений любым цифровым мультиметром. Вы можете войти и использовать это.

Я знаю, что у мощных транзисторов в металлических корпусах коллектор всегда соединен с металлом корпуса.

Поставил мультиметр в режим набора (можно омметр), закрепил один конец крокодилом на корпусе и вторым щупом нашел соответствующий вывод. Измерение показывает ноль.

Чтобы вам было легче отслеживать мои действия по фотографиям, я выделил результат чисто случайным образом:

• на булавку надеть короткий кусок батиста;
• на втором – длинные;
• третий остался голым (коллекционер).

Я тестировал силовой транзистор P213A с толстыми контактами. На них удобно только сажать крокодилов, фотографировать. То же самое и с мелкими предметами и тонкими ножками. Открытыми должны быть только щупы, избегайте ненужных контактов.

Знак P213A четко нанесен на корпус. Позволяет изучить каталог, определить вывод по изображению в нем, узнать технические характеристики, в том числе проводимость: прямая или обратная.

На практике часто бывает не так: маркировка нечитаема, у товара «без названия». Именно этой сложной техники я буду придерживаться, так как приходится делать чаще.

Выбираю один из контактов (не отмечен кембриком) и вставляю в него щуп, например красный. Присоединяю черный конец к произвольной секунде (длинный батист). Замечу чтение: 196 Ом.

Переношу черный конец на короткую булавку из батиста. Я вижу большое сопротивление.

Меняю концы в точках: на неизолированный провод кладу черный щуп, а на длинный – красный. Я вижу высокое сопротивление.

Красный конец перекладываю на короткую булавку из батиста. Измеряю 72 Ом.

Осталось два измерения. Красный щуп оставляю на прежнем месте, а черный присоединяю к розетке длинным батистом. Результат 198 Ом.

Меняю концы местами. Голая булавка не задействована. Я вижу большое сопротивление.

Теперь осталось проанализировать полученные результаты.

Мы знаем, что базовый вывод является общим для обоих составных диодов. Оба перехода следует вызвать к нему со значением Ом. Это меры №:

• 1 (больший или красный щуп на голой булавке, минус на длинном батисте);
• 4 (меньше на голой булавке, больше на коротком батите);
• 5 (короче, короче).

Замечу, что общий вывод для двух измерений (1 и 5) из трех отмечен длинным батистом. С двух сторон к нему течет ток. Итак, это основа.

Два других контакта – это эмиттер и коллектор. Мы должны как-то их различать. Методика заключается в следующем: сопротивление базы коллектора всегда ниже сопротивления базы эмиттера. (Коллекторный ток неизбежно самый большой). Сравните 196 Ом в первом случае и 198 Ом в пятом.

Получаем, что коллекционер ничем не помечен, что подтверждается фото его композиции на футляре. Остающийся выход с коротким батистом – эмиттер.

Обратите внимание на направление токов к базе. Они идут от внешнего к внутреннему переходам (прямое направление: структура pnp). В обратном направлении токи не проходят: полупроводники целы.

Теперь важное замечание: транзисторы малой мощности имеют очень высокое сопротивление между эмиттером и коллектором при измерении тока в обоих направлениях.

В мощных моделях BT между этими концами измеряется несколько Ом в одном направлении (в зависимости от проводимости), как показано на Рисунке No.

А теперь я покажу вам характеристики проверенного P213A, взятые из интернет-магазина. Они помогут вам оценить результаты моей проверки.

Учтите, что эта методика позволяет определять исправность транзисторов прямо на схеме, не распаивая их. Бывают просто случаи, когда полупроводниковые переходы отклоняются резисторами с низким сопротивлением.

Они будут играть в обе стороны с низким сопротивлением. Тогда БТ придется разобрать. Но обычно они не пьяны: из-за лишних телодвижений.

Работайте аккуратно и аккуратно. Не прикасайтесь пальцами к металлической части зонда. Это изменит результат измерения и приведет к ошибке.

Как замерить коэффициент h21 у биполярного транзистора

Давным-давно сделал коробочку с батареей, амперметром, набором резисторов, переключателем и клеммами для подключения полупроводников. После небольших манипуляций на этом приборе измеренные токи коллекторной цепи и базы пересчитывались по формуле. Таким образом был определен коэффициент h21.

Такие действия сейчас считаются мазохизмом. Большинство современных мультиметров, даже бюджетных, имеют встроенную функцию этого измерения.

Пользователю необходимо только установить переключатель прибора в положение hFE и подключить тестируемый БТ ​​к контактной розетке с учетом проводимости и указанных клемм.

Прибор сработает автоматически, покажет рассчитанный коэффициент h21.

И вот самое интересное: даже в таком простом измерении новички ошибаются, потому что:

• путают кое-где выходные контакты или проводимость;
• обеспечьте неплотную посадку кабелей в гнездах мультиметра.

Второй бывает чаще. Дело в том, что все БТ выпускаются с разной толщиной контактных ножек. Вам просто нужно выбрать диаметр проволоки для отверстия в гнезде, чтобы она в него плотно вошла.

Отрежьте от нее несколько кусочков, подобрав удобную длину. Затем их просто приваривают к ножкам для измерения, как показано на фото выше.

Предлагаю посмотреть небольшой видеоролик с описанием работы с биполярными транзисторами.

Вот, в принципе, все, что я хотел сказать о биполярном транзисторе, каковы его полупроводниковые переходы, как они работают и проходят испытания. Если остались вопросы, задавайте их в комментариях.

Физические процессы

Возьмите транзистор NPN в режиме холостого хода, когда подключены только два постоянных напряжения питания E1 и E2. На стыке эмиттера напряжение прямое, на стыке коллектора – противоположное. Следовательно, сопротивление эмиттерного перехода невелико и напряжения E1 в десятые доли вольта достаточно для получения нормального тока. Сопротивление коллекторного перехода высокое, а напряжение E2 обычно составляет десятки вольт.

Следовательно, как и раньше, маленькие темные кружки со стрелками – электроны, красные – дырки, большие кружки – положительно и отрицательно заряженные атомы доноров и акцепторов. Вольт-амперная характеристика эмиттерного перехода является характеристикой полупроводникового диода постоянного тока, а вольт-амперная характеристика коллекторного перехода аналогична вольт-амперной характеристике диода обратного тока.

Принцип работы транзистора следующий. Прямое напряжение перехода ub-эмиттер влияет на токи эмиттера и коллектора, и чем оно выше, тем больше эти токи. Изменения тока коллектора лишь немного меньше, чем изменения тока эмиттера. Оказывается, напряжение на переходе база-эмиттер, то есть входное напряжение, контролирует ток коллектора. На этом явлении основано усиление электрических колебаний с помощью транзистора. Основные биполярные транзисторы показаны в таблице ниже.

Таблица характеристик биполярных транзисторов.

С увеличением прямого входного напряжения ub-e потенциальный барьер в эмиттерном переходе уменьшается и, как следствие, увеличивается ток через этот переход. Электроны этого тока инжектируются эмиттером в базу и путем диффузии проникают через базу в коллекторный переход, увеличивая ток коллектора. Поскольку коллекторный переход работает с обратным напряжением, в этом переходе образуются пространственные заряды (большие кружки на рисунке). Между ними возникает электрическое поле, которое способствует продвижению (извлечению) через коллекторный переход электронов, пришедших сюда от эмиттера, то есть они притягивают электроны в области коллекторного перехода.

Схема работы и устройство биполярного транзистора.

Если толщина базы достаточно мала и концентрация дырок в ней мала, большая часть электронов, проходя через базу, не успевает рекомбинировать с дырками в базе и достигать коллекторного перехода. Лишь небольшая часть электронов рекомбинирует в дырочной основе. Это приводит к базовому току.

Базовый ток бесполезен и даже вреден. Желательно, чтобы он был как можно меньше. Поэтому область основания сделана очень тонкой и концентрация дырок в ней уменьшена. Таким образом, меньшее количество электронов будет рекомбинировать с дырками, и опять же, базовый ток будет незначительным.

Когда на эмиттерный переход не подается напряжение, можно предположить, что в этом переходе нет тока. Следовательно, область коллекторного перехода имеет значительное сопротивление постоянному току, поскольку большинство носителей заряда удаляются от этого перехода, и обедненные области этих носителей создаются вдоль обеих границ. Через коллекторный переход протекает очень небольшой обратный ток, вызванный движением неосновных носителей заряда друг к другу.

Будет интересно➡ Как работает диод с барьером Шоттки

Если под действием входного напряжения возникает значительный ток эмиттера, электроны инжектируются в базу со стороны эмиттера, для этой области они являются неосновными носителями. Они достигают стыка коллектора, не успевая воссоединиться с отверстиями при прохождении через основание.

Чем выше ток эмиттера, тем больше электронов попадает в коллектор, тем меньше становится его сопротивление, поэтому ток коллектора увеличивается. Подобные явления происходят и в транзисторе pnp-типа, необходимо только поменять местами электроны и дырки, а также полярность источников E1 и E2.

Как работает транзистор.

Помимо рассмотренных процессов, существует ряд других явлений. Рассмотрим модуляцию толщины базы: по мере увеличения напряжения на коллекторном переходе происходит лавинное умножение заряда, в основном из-за ударной ионизации.

Это явление и туннельный эффект могут вызвать электрические сбои, которые по мере увеличения тока могут превратиться в тепловые сбои. Все происходит как с диодами, но в транзисторе с чрезмерным коллекторным током возможен тепловой пробой без предварительного электрического пробоя.

Тепловой пробой может происходить без повышения напряжения коллектора до напряжения пробоя. При изменении напряжений на переходах коллектора и эмиттера изменяется их толщина, в результате чего изменяется толщина базы.

особенно важно учитывать напряжение базы коллектора, так как с увеличением толщины коллектора толщина базы уменьшается. При очень тонкой базе может возникнуть эффект замыкания (так называемое «просверливание» базы) – соединение коллекторного перехода с эмиттерным переходом. В этом случае область базы исчезает и транзистор перестает нормально работать.

С увеличением инжекции носителей из эмиттера в базу неосновные носители заряда накапливаются в базе, то есть концентрация и общий заряд этих носителей увеличивается. Но с уменьшением инжекции концентрация и общий заряд этих же носителей в основе уменьшаются, и этот процесс получил название резорбции неосновных носителей в основе.

И наконец, правило: при использовании транзисторов запрещается разрыв цепи базы, если цепь коллектора не запитана. Также необходимо включить питание цепи базы и, следовательно, цепи коллектора, но не наоборот.

Схема транзисторного устройства.

Биполярные транзисторы

Биполярный транзистор – это полупроводниковый прибор, состоящий из трех чередующихся полупроводниковых областей с разными типами проводимости (ppp или ppp) с одним проводником от каждой области. Рассмотрим работу транзистора типа npn. Чередующиеся области образуют два pn перехода база-эмиттер (BE) и база-коллектор (BC).

На переход BE подается прямое напряжение EBE, под действием которого электроны n-й области эмиттера устремляются к базе, создавая ток эмиттера. Концентрация примесей в эмиттере сделана во много раз больше базы, а сама база максимально тонкая. Следовательно, только небольшая часть (1-5%) электронов, испускаемых эмиттером, рекомбинирует с дырками в базе.

Большинство электронов, прошедших узкую базовую область (доли микрон), «улавливаются» коллекторным напряжением Ek, которое представляет собой обратное напряжение для BC-перехода, и, бегая к плюсу внешнего источника Eк, создает коллекторный ток, протекающий через нагрузку Rн. Электроны, которые рекомбинируют с дырками в базе, составляют базовый ток IB.

В этом случае ток коллектора определяется током эмиттера за вычетом тока базы. Транзистор типа pnp работает аналогично, отличаясь только тем, что его эмиттер испускает дыры в базе, а не электроны, поэтому полярности прямого UEB и обратного напряжения EK, приложенных к нему, должны быть противоположны транзистору типа ppn.

На символе транзистора стрелка расположена на эмиттере и всегда направлена ​​от области p к области n. На рис. 8, б показано условное обозначение транзистора ppp, а на рис. 9, б – ppp. Круг вокруг транзистора означает, что транзистор выполнен в независимом корпусе, а отсутствие круга означает, что транзистор выполнен за одно целое с другими элементами на полупроводниковой пластине интегральной микросхемы.

стрелку эмиттера удобно рассматривать как индикатор полярности прямого напряжения, приложенного между базой и эмиттером, которое «открывает» (как выпрямительный диод) транзистор. При использовании транзистора в электронных устройствах требуются два вывода для входного сигнала и два для вывода.

Поскольку у транзистора всего три контакта, один из них должен быть общим, принадлежащим как входной, так и выходной цепи. Возможны три варианта коммутации транзисторов: с общей базой, с общим эмиттером и общим коллектором.

Переход в биполярном транзисторе.

Схема с общей базой

Схема переключения транзистора с общей базой (ОБ) представлена ​​на рис. Входным сигналом для схемы с OB является напряжение, приложенное между эмиттером и базой UBX = = UEB; выход – напряжение, назначенное нагрузке Uвых = IкRн; входной ток – ток эмиттера Iin = IE; выходной ток – ток коллектора Iout = Ik.

Входное напряжение UEB является управляющим напряжением для транзистора, поэтому небольшое его изменение (на доли вольта) приводит к изменению тока эмиттера в очень широком диапазоне, практически от нуля до максимума. Максимальный ток определяется назначением транзистора (малая мощность, средняя мощность и высокая мощность) и соответствующей конструкцией.

Поскольку напряжение UΚB является обратным, значение напряжения внешнего источника Ek может быть в десятки раз выше, чем значение напряжения UEB. Падение напряжения на нагрузке будет тем больше, чем больше ток коллектора, в то время как только небольшое напряжение UKB будет падать на сам транзистор, которое будет тем ниже, чем больше ток коллектора.

Следовательно, изменение входного напряжения на долю вольта приводит к изменению напряжения на нагрузке, немного ниже, чем напряжение Ek. Это положение определяет усилительные свойства транзистора.

Для оценки работы транзистора и его усилительных свойств в различных схемах переключения учитываются приращения входных значений и вызываемые ими приращения выходных значений. Рассматривая транзистор как усилитель, принято характеризовать его свойства на основе коэффициента усиления и значения входного сопротивления. Есть три типа дохода:

• • коэффициент усиления по току KI = ΔIout / ΔIin;
• • коэффициент усиления по напряжению KU = ΔUout / ΔUin;
• • коэффициент усиления мощности КР = КI • КU.

Связь между изменением входного напряжения и изменением входного тока: Rin = ΔUin / ΔIin. Входное сопротивление любого усилителя искажает входной сигнал. Любой реальный источник сигнала имеет внутреннее сопротивление, и при подключении к усилителю образуется делитель напряжения, состоящий из внутреннего сопротивления источника и входного сопротивления усилителя.

Следовательно, чем выше входной импеданс усилителя, тем больше сигнал поднимется до этого импеданса и усилится, и меньше будет падать на внутренний импеданс самого источника. Следовательно, КРБ также определяется соотношением сопротивлений. Поскольку коэффициент усиления схемы OB для текущего KIB оказывается меньше единицы, он не нашел применения.

Размеры биполярного транзистора.

Проверка

Самый простой способ измерить h21e биполярных силовых транзисторов – это воспроизвести их с помощью мультиметра. Для открытия полупроводникового триода pnp на базу подается отрицательное напряжение. Для этого мультиметр переходит в режим омметра на -2000 Ом. Стандарт для колебаний сопротивления от 500 до 1200 Ом.

Для управления другими участками необходимо приложить к основанию положительное сопротивление. Во время этой проверки индикатор должен показывать большее сопротивление, иначе триод неисправен.

Иногда выходные сигналы прерываются резисторами, которые устанавливают для уменьшения сопротивления, но сейчас эта технология шунтирования используется редко. Чтобы проверить характеристики сопротивления импульсных npn-транзисторов, необходимо подключить плюс к базе и минус к выводам эмиттера и коллектора.

Технические характеристики и маркировка

Основные параметры, по которым выбираются эти полупроводниковые элементы, – это распиновка и цветовое кодирование.

Фото – распиновка маломощных биполярных триодовФото – распиновка питания

Также используется цветовое кодирование.

Фото – примеры цветовой кодировкиФото – таблица цветов

Многие современные отечественные транзисторы также обозначаются буквенным кодом, который включает в себя информацию о группе (полевые, биполярные), типе (кремниевые и др. ), Году и месяце выпуска.

Фото – транскрипция

Основные свойства (параметры) триодов:

• Усиление напряжения;
• Входное напряжение;
• Составные частотные характеристики.

Статические характеристики также используются для их выбора, которые включают сравнение входных и выходных ВАХ.

Необходимые параметры можно рассчитать, если расчет производится по основным характеристикам (распределение токов каскада, расчет ключевого режима). Ток коллектора: Ik = (Ucc-Ukenas) / Rн

• Ucc – сетевое напряжение;
• Укенас – насыщенность;
• Rн – сопротивление сети.

Потеря мощности во время работы:

P = Ik * Ukenas

Вы можете купить SMD, IGBT и другие биполярные транзисторы в любом магазине электроснабжения. Их цена колеблется от нескольких центов до десяти долларов в зависимости от назначения и характеристик.

Какие параметры учитывают при выборе биполярного транзистора?

• Материал, из которого он сделан, – арсенид галлия или кремний.
• Частота. Это может быть – сверхвысокий (более 300 МГц), высокий (30–300 МГц), средний – (3–30 МГц), низкий (менее 3 МГц).
• Максимальная рассеиваемая мощность.