Транзистор и как его использовать в схеме

Транзистор — это трехконтактный электронный компонент, основная функция которого — передавать ток от двух контактов к другому контакту (наряду с усилением тока). Транзисторы бывают разных типов, но здесь мы рассмотрим биполярный тип.

Два контакта, через которые проходит ток, называются эмиттером (Е) и коллектором (С), а контакт, через который проходит ток, называется базой (В). На рисунке ниже вы можете увидеть внешний вид обычного биполярного транзистора, но расположение выводов может быть другим.

***»»Проекты по электронике, программированию и Arduino, включая исходные коды, схемы и планы печатных плат для инженеров, студентов и любителей»»***

Биполярные транзисторы делятся на две категории: PNP и NPN.

Разница между этими двумя категориями в том, что входной ток в PNP поступает от эмиттера, а выходной ток — от коллектора, а база управляет выходным током, а в NPN-транзисторах ток поступает от коллектора и выходит из эмиттера. , а база управляет текущим входом.

Плоская сторона NPN-транзистор черная, а иногда PNP-серебристая (чаще всего пытаются определить тип транзистора по его названию). Схема этих двух типов транзисторов приведена ниже.

Ниже обсуждается общая работа этих двух типов транзистор и соответствующие расчеты.

• Исследование структуры транзистора очень сложно и требует информации о квантовой физике, и его обзор не может быть понятен; Так что лучше пока принять транзистор таким, какой он есть.

NPN-транзистор и связанные с ним расчеты

Как говорилось ранее, ток в транзисторах этого типа поступает в коллектор и выходит из эмиттера (как и его схема).

База определяет максимальную величину тока, проходящего через коллектор, по току, который в него поступает.

Максимальное значение тока в соответствии со следующей схемой получается из следующих соотношений:

В приведенных выше соотношениях IB — ток базы,
IC – ток, проходящий через коллектор,
IE – ток эмиттера,
RB — базовое внутреннее сопротивление,
RC – сопротивление коллектор-база,
RE – сопротивление эмиттера-базы,
β — коэффициент между силой тока базы и коллектора, который также обозначается hFE,
R – сопротивление всей цепи,
R4 – сумма сопротивлений перед местом разделения токов базы и коллектора и после положительного полюса источника питания (входа питания),
R1 – сумма сопротивлений до коллектора и после R4,
R2 — сумма сопротивлений до базы и после R4,
R3 — сумма резисторов после эмиттера.

• Для расчета сопротивления транзистор сопротивления коллектора и базы рассматриваются параллельно, а результат этих двух сопротивлений учитывается последовательно с сопротивлением эмиттера.

Управлять коллекторным входом можно, изменяя величину R2, но сам коллектор не влияет на базовый вход. При изменении R3 изменяются как вход базы, так и вход коллектора.

Когда в схеме не работает коллектор, можно использовать базу-эмиттер в качестве диода.

• Коэффициент β и сопротивления выводов определены в файле таблицы данных транзистора. Вы можете выполнить поиск в файле таблицы данных по номеру детали в Google.

Чем выше напряжение и ток, тем меньше процент ошибок расчета из-за скорости смещения.

• Будьте осторожны, чтобы каждый транзистор пропускал только ограниченный ток и напряжение, иначе он будет потерян. Вы можете найти все эти заявленные значения в файле таблицы данных транзистора.

PNP-транзистор и связанные с ним расчеты

В транзисторах этого типа ток поступает в эмиттер (как видно из его схемы) и выходит из коллектора.

База определяет максимальную величину тока, проходящего через коллектор, в зависимости от тока, выходящего из него.

Максимальная величина тока в соответствии со следующей схемой получается из следующих соотношений:

В приведенных выше соотношениях IB — ток базы,
IE – ток эмиттера,
RB – базовое сопротивление,
RC – сопротивление коллектор-база,
RE – сопротивление эмиттера-базы,
β — коэффициент между силой тока базы и коллектора (hFE),
R – полное сопротивление цепи,
R4 – сумма сопротивлений перед местом разделения токов базы и коллектора и после положительного полюса источника питания,
R1 – сумма сопротивлений до коллектора и после R4,
R2 — сумма сопротивлений до базы и после R4,
R3 — сумма сопротивлений после эмиттера.

Управлять выходом коллектора можно, изменяя R2.

• Выход коллектора не влияет на выход базы, и при изменении R3 изменяются выходы базы и коллектора.
• Диод D используется для предотвращения попадания тока на базу, поскольку возврат тока на базу нарушает выходной ток от коллектора и входной ток на эмиттер.

На данный момент рассмотрена вся работа транзистора. Подумайте еще раз о влиянии булавок друг на друга; Тщательно продумайте формулы и соотношения; Это дает вам полное представление о транзисторе. Понимание транзисторов — это введение в понимание современной электроники и цифровых технологий.

Применение транзистора в качестве вентиля И (And Gate)

Примером схем, которые можно создать с использованием транзисторов, является схема затвора И. Логический элемент И — это еще один цифровой логический элемент, который, если все входные токи подключены, выходной ток подключен.

Схема ниже представляет собой схему этого затвора, который состоит из двух NPN-транзисторов и одного PNP-транзистора и имеет 2 входа и 1 выход.

• приведенная выше схема предназначена только для симуляторов.

Анализ этой схемы следующий:

1) Обе клавиши выключены: Понятно, что выходной ток (АМ1) будет равен нулю.

2) Переключатель 1 (SW1) подключен, а переключатель 2 (SW2) отключен:

В этом случае ток поступает с положительной стороны источника питания в схему и, пройдя через SW1, поступает на эмиттер Т1 и идет от эмиттера на базу, но до тех пор, пока ток базы не достигнет токового выхода, ток не выходит через коллектор.

Когда ток базы Т1 достигает коллектора Т2, поскольку SW2 выключен и ток не достигает базы Т2, ток не выходит из эмиттера Т2.

Следовательно, выход будет равен нулю.

3) SW1 отключен, а SW2 подключен:

В этом случае ток после прохождения через SW2 достигает базы Т2 и выходит через эмиттер того же транзистора и достигает коллектора Т3, но поскольку нет тока для поступления на базу Т3, то ток с него почти не стекает. коллектор Т1 к базе Т3, поэтому ток не достигает выхода.

4) Оба ключа подключены:

Ток поступает от SW1, затем поступает на эмиттер Т1. В Т1 большая часть тока поступает в базу и очень небольшая его часть (из-за наличия примесей в материалах транзистора, называемая утечкой ЕС) поступает на его коллектор.

Ток базы Т1 поступает на коллектор Т2, и, поскольку SW2 подключен, ток, поступающий на базу и коллектор Т2, поступает в эмиттер Т2.

Ток идет от эмиттера Т2 к коллектору Т3.

Поскольку небольшое количество тока стекает в базу Т3 (в первый момент) через коллектор Т1, ток коллектора Т3 выходит через его эмиттер.

В следующие моменты, согласно hFE транзистора Т1, ток покидает коллектор этого же транзистора и поступает на базу Т3, в результате ток покидает эмиттер Т3 и достигает выхода.

Таблица истинности вентиля И приведена ниже:

SW1	0	1	0	1
SW2	0	0	1	1
выход	0	0	0	1

Транзистор усилители

Здесь мы собираемся рассмотреть три типа транзисторных усилителей.

Ранее мы рассмотрели тип усилителя тока, и здесь есть три типа усилителей, которые можно создать, используя свойства транзисторов:

В схеме №1 РЛ является потребителем и ставится после эмиттера.

В соответствии с соотношением токов и структурой транзистора сопротивление потребителя эффективно при входном токе на базу и токе, принимаемом коллектором, так что можно сделать вывод, что ток базы можно рассчитать с помощью напряжение ВГ и сопротивление потребителя.

• VG может представлять собой схему, вырабатывающую сигнал положительной волны (поскольку в примерах мы используем NPN-транзисторы).

Ток можно рассчитать, умножив ток базы на hFE в соответствии с допустимым током в коллекторе.

В схеме №2 потребитель расположен перед коллектором и резистор после эмиттера отсутствует, поэтому в расчете учитываем только выдаваемый ток в ВГ.

Наилучшим режимом для усилителя является такое расположение, поскольку в этом случае, если сопротивление потребителя будет переменным, оно не окажет никакого влияния на ток база-эмиттер.

В схеме №3 по мере увеличения напряжения базы транзистора разность потенциалов двух концов RL уменьшается.

• Обязательно обратите внимание на характеристики используемого вами транзистора и разместите необходимые резисторы после расчета перед коллектором или после эмиттера.
• Проверьте коэффициент усиления этих трех типов усилителей, а также попытайтесь собрать эти три типа усилителей с транзистором типа PNP.

Резкий поворот (Flip-Flop)

Триггер обычно представляет собой цепь, состоящую из двух выключателей и двух лампочек, первоначально одна из ламп горит, и если мы отключим выключатель этой лампы, другая лампа включится и будет гореть, даже если Состояние переключателя снова изменится.

Поскольку способ использования этой операции транзистором важен и применяется во многих случаях, пример триггера транзистора следующий:

В приведенной выше схеме триггера при подключении питания один из двух светодиодов будет гореть, а другой – выключен. В приведенной выше схеме светодиод 2 включен. Когда вы отключаете и подключаете базу транзистора, на котором горит его светодиод (который подключается и отключается SW2 в схеме выше), светодиод другого транзистора включится и останется гореть, и если вы сделаете это еще раз (это время с SW1) То же самое происходит и светодиод2 включается, а светодиод1 гаснет.

Анализ приведенной выше схемы заключается в следующем:

Ток от положительного полюса источника питания поступает на два резистора R3 и R4 и после прохождения через каждый светодиод разделяется на две ветви.

Ток, который поступает в R2 после светодиода 2, поступает на базу Т1 и заставляет ток коллектора Т1 проходить к эмиттеру, в результате чего ток стекает.

Ток стекает в Т2 таким же образом. Из этой части делается вывод, что оба светодиода вначале включаются, но оба не остаются включенными, так как по проценту погрешности, который имеют резисторы, если резистор, подключенный к базе одного из транзисторов, больше, приводит к утечке меньшего тока.

В соответствии с входным током большая часть тока течет к базе, которая перед ней имеет меньшее сопротивление, и очень небольшой ток проходит через базу другого транзистора; В результате горит только один светодиод.

Если ток, поступающий на базу транзистора, на котором горит его светодиод, прерывается, ток поступает на базу другого транзистора и передается на другой светодиод.

Теперь, если переключатель снова подключить, светодиод останется выключенным, поскольку большая часть тока поступает на светодиод другого транзистора.

Генерация частоты (колебания/oscillation)

Для генерации частоты в постоянном токе (например, в цепи ВГ) мы можем использовать свойства конденсатора и транзистора.

Сначала мы должны знать, что означает «колебания от постоянного тока»? Как упоминалось ранее, диаграмма сигнала постоянного тока представляет собой горизонтальную линию, а диаграмма сигнала переменного тока имеет форму волны. Генерация частоты означает создание переменного сигнала путем многократного подключения и отключения постоянного тока.

Существует множество способов преобразования постоянного тока в переменный, одним из которых является использование реле, типа «схемы мигания одного светодиода» в секции конденсатора.

Мы можем использовать мультиметр для измерения частоты (с помощью индуктора для построения синусоидальной волны). Мультиметр будет измерять частоту в зависимости от того, во сколько раз увеличивается напряжение (загорается светодиод) за одну секунду.

Способ использования реле слишком шумный, трудоемкий, ограниченный и неточный. Другими методами генерации частоты являются использование микросхем и транзисторов. Вот простой метод использования транзисторов для генерации частоты.

Один из самых простых способов генерировать частоту с помощью транзистора — использовать метод триггера.

Триггерный генератор

Если подключить мультиметр (в частотном режиме и с помощью дросселя) к двум контактам светодиода на схеме ниже, он покажет частоту как количество включений светодиода за одну секунду:

Когда частота высокая (например, 10 Гц), кажется, что светодиод горит постоянно. Частота в этой схеме зависит от R2 и R3, чем меньше эти резисторы повышают частоту.

На практике, если мы используем конденсаторы емкостью 0,33 мкФ и резисторы 4,7 К для R1 и R4 и 47 К для R2 и R3 и транзисторы С945, схема может выдавать частоту около 650 Гц.

Лучший способ точно настроить частоту — использовать микросхему, о которой мы поговорим в следующих статьях.

Примеры Транзистор схем

Схема мигания двух светодиодов:

Необходимое оборудование: два резистора 1КОм, два резистора 33КОм, два конденсатора 56мкФ, два транзистора BC107, два светодиода, блок питания 12В.

Если вы сделаете эту схему по принципиальному плану, то увидите, что один светодиод включается и примерно через 1 секунду гаснет, а другой светодиод включается и повторяется.

Анализ схемы:

Приведенная выше схема выполнена с использованием метода триггера. После поступления тока в цепь светодиод включается и горит до тех пор, пока конденсатор, подключенный к базе транзистора светодиода, не зарядится достаточно. Затем светодиод гаснет, потому что база его транзистора не получает достаточного тока смещения.

Поэтому другой светодиод включается до тех пор, пока его конденсатор не заряжается, а другой конденсатор не разряжается. Резисторы R3 и R4 служат для разряда заряженных конденсаторов.

Обратный вентиль (инвертор):

На схеме ниже показана схема инвертора:

Инвертор — это еще один цифровой логический элемент.

Если SW1 замкнут, светодиод 1 погаснет, в противном случае он включится.