Transistoren und wie man ihn in der Schaltung verwendet

Ein Transistor ist ein dreipoliges elektronisches Bauteil, dessen Hauptfunktion darin besteht, den Strom von zwei Pins zum anderen Pin zu leiten (zusammen mit der Stromverstärkung). Es gibt verschiedene Arten von Transistoren, aber wir werden hier den bipolaren (bipolar) Typ untersuchen.

Die beiden Pins, durch die der Strom fließt, werden Emitter (E) und Kollektor (C) genannt, und der Pin, der den Stromfluss ermöglicht, wird Basis (B) genannt. Im Bild unten sehen Sie das Aussehen eines gewöhnlichen Bipolartransistors, die Anordnung der Pins kann jedoch unterschiedlich sein.

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Bipolartransistoren werden in zwei Kategorien unterteilt: PNP und NPN.

Der Unterschied zwischen diesen beiden Kategorien besteht darin, dass der Stromeingang bei PNP vom Emitter und der Stromausgang vom Kollektor erfolgt und die Basis den Stromausgang steuert. Bei NPN-Transistoren tritt der Strom jedoch am Kollektor ein und verlässt den Emitter , und die Basis steuert den aktuellen Eingang.

Die flache Seite von NPN-Transistoren ist schwarz und manchmal ist PNP silbern (meistens versuchen Sie, den Transistortyp anhand seines Namens zu identifizieren). Im Folgenden finden Sie das Schema dieser beiden Transistortypen.

Im Folgenden werden die allgemeine Funktionsweise dieser beiden Transistortypen und die zugehörigen Berechnungen erläutert.

• Die Untersuchung der Struktur des Transistors ist sehr kompliziert und erfordert Informationen zur Quantenphysik, deren Überblick nicht verständlich ist; Daher ist es besser, den Transistor vorerst so zu akzeptieren, wie er ist.

NPN-Transistoren und zugehörige Berechnungen

Wie bereits erwähnt, fließt der Strom bei diesem Transistortyp zum Kollektor und verlässt ihn am Emitter (wie im Schema).

Die Basis bestimmt die maximale Strommenge, die durch den Kollektor fließt, abhängig vom Strom, der in ihn eintritt.

Die maximale Strommenge gemäß der folgenden Schaltung ergibt sich aus den folgenden Beziehungen

In den obigen Beziehungen ist IB der Basisstrom,
IC ist der Strom, der durch den Kollektor fließt.
IE ist der Emitterstrom,
RB ist der Basis-Innenwiderstand,
RC ist der Kollektor-Basis-Widerstand,
RE ist der Emitter-Basis-Widerstand,
β ist der Koeffizient zwischen der Stromstärke der Basis und des Kollektors, der auch durch hFE dargestellt wird,
R ist der Widerstand des gesamten Stromkreises,
R4 ist die Summe der Widerstände vor der Stelle, an der Basis- und Kollektorstrom getrennt werden, und nach dem Pluspol der Stromversorgung (Stromeingang),
R1 ist die Summe der Widerstände vor dem Kollektor und nach R4,
R2 ist die Summe der Widerstände vor der Basis und nach R4,
und R3 ist die Summe der Widerstände nach dem Emitter.

• Um den Widerstand des Transistors zu berechnen, werden die Widerstände von Kollektor und Basis parallel betrachtet und das Ergebnis dieser beiden Widerstände wird in Reihe mit dem Emitterwiderstand betrachtet.

Sie können den Kollektoreingang steuern, indem Sie die Menge an R2 ändern, aber der Kollektor selbst hat keinen Einfluss auf den Basiseingang. Durch die Änderung von R3 ändern sich sowohl der Eingang der Basis als auch der Eingang des Kollektors.

Wenn der Kollektor im Stromkreis nicht arbeitet, können Sie den Basis-Emitter als Diode verwenden.

• Der β-Faktor und die Widerstände der Pins sind in der Transistor-Datenblattdatei definiert. Sie können die Datenblattdatei anhand der Teilenummer in Google durchsuchen.

Je höher die Spannung und der Strom sind, desto geringer ist der Berechnungsfehlerprozentsatz aufgrund der Vorspannungsraten.

• Achten Sie darauf, dass jeder Transistor nur einen begrenzten Strom und eine begrenzte Spannung akzeptiert, da diese sonst verloren gehen. Alle angegebenen Werte können Sie der Datenblattdatei des Transistors entnehmen.

PNP-Transistoren und zugehörige Berechnungen

Bei dieser Art von Transistoren tritt der Strom in den Emitter ein (wie aus dem Schema ersichtlich ist) und verlässt den Kollektor.

Die Basis bestimmt die maximale Strommenge, die durch den Kollektor fließt, entsprechend dem Strom, der aus ihm austritt.

Der maximale Betrag des Stroms gemäß der folgenden Schaltung ergibt sich aus den folgenden Beziehungen

In den obigen Beziehungen ist IB der Basisstrom,
IE ist der Emitterstrom,
RB ist der Basiswiderstand,
RC ist der Kollektor-Basis-Widerstand,
RE ist der Emitter-Basis-Widerstand,
β ist der Koeffizient zwischen Basis- und Kollektorstromstärke (hFE),
R ist der Gesamtwiderstand des Stromkreises,
R4 ist die Summe der Widerstände vor der Stelle, an der Basis- und Kollektorstrom getrennt werden, und nach dem Pluspol der Stromversorgung,
R1 ist die Summe der Widerstände vor dem Kollektor und nach R4,
R2 ist die Summe der Widerstände vor der Basis und nach R4,
und R3 ist die Summe der Widerstände nach dem Emitter.

Sie können die Ausgabe des Kollektors steuern, indem Sie R2 ändern.

• Der Ausgang des Kollektors hat keinen Einfluss auf den Ausgang der Basis und durch Ändern von R3 ändern sich sowohl der Ausgang der Basis als auch der des Kollektors.
• Die Diode D wird verwendet, um zu verhindern, dass der Strom zur Basis gelangt, da die Rückkehr des Stroms zur Basis den Ausgangsstrom vom Kollektor und Eingang zum Emitter unterbricht.

Bisher wurde die gesamte Arbeit eines Transistors untersucht. Denken Sie noch einmal über die Wirkung der Stifte aufeinander nach. Denken Sie sorgfältig über Formeln und Verhältnisse nach; Dadurch erhalten Sie ein umfassendes Verständnis des Transistors. Transistoren verstehen ist eine Einführung in das Verständnis fortgeschrittener Elektronik und Digitaltechnik.

Anwendung des Transistoren als UND-Gatter

Ein Beispiel für Schaltungen, die mithilfe von Transistoren hergestellt werden können, ist die UND-Gatterschaltung. Das UND-Gatter ist ein weiteres digitales Logikgatter. Wenn alle Eingangsströme verbunden sind, wird auch der Ausgangsstrom verbunden.

Die folgende Schaltung ist die Schaltung dieses Gatters, das aus zwei NPN-Transistoren und einem PNP-Transistor besteht und 2 Eingänge und 1 Ausgang hat.

• Das obige Schema ist nur für die Simulatoren konzipiert.

Die Analyse dieser Schaltung ist wie folgt:

1) Beide Tasten sind ausgeschaltet: Es ist klar, dass der Ausgangsstrom (AM1) Null sein wird.

2) Schalter 1 (SW1) ist angeschlossen und Schalter 2 (SW2) ist getrennt:

In diesem Fall tritt der Strom von der positiven Seite der Stromversorgung in den Stromkreis ein und gelangt nach Durchlaufen von SW1 zum Emitter von T1 und vom Emitter zur Basis, jedoch bis der Basisstrom den Stromausgang erreicht. Der Strom fließt nicht durch den Kollektor.

Wenn der Basisstrom von T1 den Kollektor von T2 erreicht, fließt kein Strom aus dem Emitter von T2, weil SW2 ausgeschaltet ist und kein Strom die Basis von T2 erreicht.

Daher ist die Ausgabe Null.

3) SW1 ist getrennt und SW2 ist verbunden:

In diesem Fall erreicht der Strom, nachdem er durch SW2 geflossen ist, die Basis von T2, tritt durch den Emitter desselben Transistors aus und erreicht den Kollektor von T3. Da jedoch kein Strom zur Basis von T3 fließt, fließt fast kein Strom ab Der Kollektor von T1 ist mit der Basis von T3 verbunden, so dass kein Strom zum Ausgang gelangt.

4) Beide Schlüssel sind verbunden:

Der Strom kommt von SW1 und geht dann zum Emitter von T1. In T1 fließt der größte Teil des Stroms zur Basis und ein sehr kleiner Teil (aufgrund der Anwesenheit von Verunreinigungen in den Materialien des Transistors, der als EC-Leckstrom bezeichnet wird) geht zu seinem Kollektor.

Der Basisstrom von T1 fließt zum Kollektor von T2 und da SW2 angeschlossen ist, fließt der Strom, der in die Basis und den Kollektor von T2 fließt, in den Emitter von T2.

Der Strom fließt vom Emitter von T2 zum Kollektor von T3.

Da eine kleine Strommenge (im ersten Moment) durch den Kollektor von T1 in die Basis von T3 fließt, tritt der Kollektorstrom von T3 durch seinen Emitter aus.

In den nächsten Momenten verlässt der Strom entsprechend dem hFE des T1-Transistors den Kollektor desselben Transistors und tritt in die Basis von T3 ein, wodurch der Strom den Emitter von T3 verlässt und zum Ausgang gelangt.

Die wahre Tabelle des UND-Gatters finden Sie im Folgenden.

SW1	0	1	0	1
SW2	0	0	1	1
output	0	0	0	1

Transistorverstärker

Hier werden wir die drei Arten von Transistorverstärkern untersuchen.

Zuvor haben wir einen Stromverstärkertyp untersucht. Hier sind die drei Verstärkertypen, die mithilfe der Transistoreigenschaften hergestellt werden können:

In der Schaltung Nr. 1 ist RL der Verbraucher und wird nach dem Emitter platziert.

Aufgrund des Zusammenhangs zwischen den Strömen und der Struktur des Transistors wirkt sich der Widerstand des Verbrauchers auf den Eingangsstrom zur Basis und den vom Kollektor aufgenommenen Strom aus, sodass wir daraus schließen können, dass der Basisstrom mit berechnet werden kann die VG-Spannung und der Widerstand des Verbrauchers.

• VG kann eine Schaltung sein, die ein Positivwellensignal erzeugt (da wir in den Beispielen die NPN-Transistoren verwenden).

Der Strom kann berechnet werden, indem der Basisstrom mit hFE entsprechend dem akzeptablen Strom im Kollektor multipliziert wird.

In der Schaltung Nr. 2 befindet sich der Verbraucher vor dem Kollektor und es gibt keinen Widerstand nach dem Emitter, daher berücksichtigen wir bei der Berechnung nur den Produktionsstrom in VG.

Die beste Betriebsart für den Verstärker ist diese Anordnung, da in diesem Fall ein variabler Verbraucherwiderstand keinen Einfluss auf den Basis-Emitter-Strom hat.

In Schaltung Nr. 3 nimmt die Potentialdifferenz der beiden Enden von RL ab, wenn die Basisspannung des Transistors steigt.

• Achten Sie unbedingt auf die Eigenschaften des von Ihnen verwendeten Transistors und platzieren Sie die erforderlichen Widerstände nach der Berechnung vor dem Kollektor oder nach dem Emitter.
• Überprüfen Sie das Verstärkungsverhältnis dieser drei Verstärkertypen und versuchen Sie auch, diese drei Verstärkertypen mit PNP-Transistoren aufzubauen.

Flip-Flop

Ein Flip-Flop ist im Allgemeinen ein Schaltkreis, der aus zwei Schaltern und zwei Lampen besteht. Zunächst ist eine der Lampen eingeschaltet. Wenn wir den Schalter dieser Lampe ausschalten, schaltet sich die andere Lampe ein und bleibt eingeschaltet, auch wenn die Schalterzustand ändert sich erneut.

Da die Methode zur Verwendung dieser Operation durch den Transistor wichtig ist und in vielen Fällen verwendet wird, ist ein Beispiel für ein Flip-Flop durch einen Transistor wie folgt:

Wenn in der obigen Flip-Flop-Schaltung die Stromversorgung angeschlossen ist, leuchtet eine der beiden LEDs und die andere ist aus. In der obigen Schaltung leuchtet LED2. Wenn Sie die Basis des Transistors, an dem die LED leuchtet, abtrennen und wieder anschließen (die in der Schaltung oben durch SW2 verbunden und getrennt wird), schaltet sich die LED des anderen Transistors ein und bleibt an, und wenn Sie dies noch einmal tun (dieses Zeit mit SW1) Das Gleiche passiert und die LED2 geht an und die LED1 geht aus.

Die Analyse der obigen Schaltung lautet wie folgt:

Der Strom vom Pluspol des Netzteils gelangt zu den beiden Widerständen R3 und R4 und teilt sich nach Durchlaufen jeder LED in zwei Zweige auf.

Der Strom, der nach LED2 in R2 eintritt, fließt zur Basis von T1 und bewirkt, dass der Strom vom Kollektor von T1 zum Emitter fließt, wodurch der Strom abfließt.

Der Strom fließt auf die gleiche Weise in T2 ab. Aus diesem Teil wird geschlossen, dass beide LEDs zu Beginn aufleuchten, beide aber nicht eingeschaltet bleiben, denn entsprechend dem Prozentsatz des Fehlers, den die Widerstände haben, wenn der an die Basis eines der Transistoren angeschlossene Widerstand größer ist, Dadurch wird weniger Strom verbraucht.

Abhängig vom Eingangsstrom wird der größte Teil des Stroms zur Basis gezogen, die einen niedrigeren Widerstand davor hat, und ein sehr kleiner Strom fließt durch die Basis des anderen Transistors; Dadurch bleibt nur noch eine LED an.

Wenn der Strom, der zur Basis des Transistors fließt, dessen LED eingeschaltet ist, unterbrochen wird, fließt der Strom zur Basis des anderen Transistors und wird zur anderen LED geleitet.

Wenn der Schalter nun wieder angeschlossen wird, bleibt die LED aus, da der größte Teil des Stroms zur LED des anderen Transistors fließt.

Und das Gleiche gilt: Wenn SW2 ausgeschaltet wird, schaltet sich LED2 aus und LED1 bleibt an. Da LED1 den größten Teil des Stroms verbraucht, schließen wir daraus, dass LED2 auch dann nicht eingeschaltet wird, wenn SW2 wieder geschlossen wird.

Frequenzerzeugung (Oszillation)

Zur Frequenzerzeugung im Gleichstrom (z. B. VG-Schaltung) können wir die Eigenschaften des Kondensators und des Transistors nutzen.

Wir müssen zunächst wissen, was „Schwingung durch Gleichstrom“ bedeutet. Wie bereits erwähnt, ähnelt das Diagramm eines Gleichstromsignals einer horizontalen Linie, während das Diagramm eines Wechselstromsignals die Form einer Welle hat. Der Vorgang der Frequenzerzeugung bedeutet, durch wiederholtes Zu- und Abschalten des Gleichstroms ein Wechselsignal zu erzeugen.

Es gibt viele Möglichkeiten, Gleichstrom in Wechselstrom umzuwandeln. Eine davon ist die Verwendung eines Relais, beispielsweise der „Einzel-LED-Blinkschaltung“ im Kondensatorabschnitt.

Wir können ein Multimeter verwenden, um die Frequenz zu messen (mit Hilfe einer Induktivität, um eine Sinuswelle aufzubauen). Das Multimeter misst die Frequenz entsprechend der Häufigkeit, mit der die Spannung in einer Sekunde ansteigt (die LED leuchtet auf).

Die Verwendung des Relais ist zu laut, zeitaufwändig, begrenzt und ungenau. Andere Methoden der Frequenzerzeugung sind die Verwendung von ICs und Transistoren. Hier ist eine einfache Methode, bei der Transistoren zur Frequenzerzeugung verwendet werden.

Eine der einfachsten Möglichkeiten, mit einem Transistor eine Frequenz zu erzeugen, ist die Verwendung des Flip-Flop-Verfahrens.

Flip-Flop-Oszillator

Wenn wir ein Multimeter (im Frequenzmodus und mit Hilfe einer Induktivität) an die beiden Pins der LED im Schaltkreis unten anschließen, zeigt es die Frequenz als Anzahl an, wie oft die LED in einer Sekunde aufleuchtet:

Bei hoher Frequenz (z. B. 10 Hz) scheint die LED ständig eingeschaltet zu sein. Die Frequenz in dieser Schaltung hängt von R2 und R3 ab. Je niedriger diese Widerstände sind, desto höher ist die Frequenz.

Wenn wir in der Praxis Kondensatoren mit 0,33 uF und Widerstände mit 4,7 K für R1 und R4 sowie 47 K für R2 und R3 sowie C945-Transistoren verwenden, kann die Schaltung eine Frequenz von etwa 650 Hz erzeugen.

Der beste Weg, die Frequenz präzise anzupassen, ist die Verwendung eines IC, auf den wir in den folgenden Artikeln eingehen werden.

Beispiele für Transistorschaltungen

Zwei-LED-Blinkschaltung:

Erforderliche Ausrüstung: zwei 1KΩ-Widerstände, zwei 33KΩ-Widerstände, zwei 56μF-Kondensatoren, zwei BC107-Transistoren, zwei LEDs, 12V-Netzteil.

Wenn Sie diese Schaltung gemäß dem Schaltplan erstellen, werden Sie sehen, dass eine LED aufleuchtet und nach etwa einer Sekunde wieder ausgeht und die andere LED aufleuchtet und es wiederholt.

Schaltungsanalyse:

Die obige Schaltung wird mithilfe der Flip-Flop-Methode hergestellt. Nachdem der Strom in den Stromkreis eingeflossen ist, schaltet sich eine LED ein und bleibt eingeschaltet, bis der Kondensator, der mit der Basis des LED-Transistors verbunden ist, ausreichend geladen ist. Dann schaltet sich die LED aus, weil die Basis ihres Transistors nicht genügend Vorstrom erhält.

Daher leuchtet die andere LED, bis ihr Kondensator geladen wird und der andere Kondensator entladen wird. Die Widerstände R3 und R4 dienen zum Entladen der geladenen Kondensatoren.

Reverse gate (Inverter):

Das folgende Schema zeigt die Wechselrichterschaltung:

Invers ist ein weiteres digitales Logikgatter.

Wenn SW1 geschlossen ist, erlischt LED1, andernfalls wird sie eingeschaltet.