Zdravím vás, drazí přátelé! Dnes bude řeč o bipolárních tranzistorech a informace se budou hodit především začátečníkům. Pokud vás tedy zajímá, co je to tranzistor, princip jeho činnosti a obecně k čemu slouží, pak si vezměte pohodlnější křeslo a pojďte blíž.
Pokračujme a máme zde obsah, bude pohodlnější se v článku orientovat
Typy tranzistorů
Tranzistory jsou převážně dvou typů: bipolární tranzistory a tranzistory s efektem pole. Samozřejmě bylo možné zvážit všechny typy tranzistorů v jednom článku, ale nechci vám vařit kaši v hlavě. Proto se v tomto článku podíváme výhradně na bipolární tranzistory a o tranzistorech s efektem pole budu hovořit v některém z následujících článků. Neházejme vše dohromady, ale věnujte se každému zvlášť.
bipolární tranzistor
Bipolární tranzistor je potomkem elektronkových triod, těch, které byly v televizorech 20. století. Triody odešly v zapomnění a ustoupily funkčnějším bratrům – tranzistorům, nebo spíše bipolárním tranzistorům.
Až na vzácné výjimky se triody používají ve vybavení pro milovníky hudby.
Bipolární tranzistory mohou vypadat takto.
Jak vidíte, bipolární tranzistory mají tři vývody a jejich provedení může vypadat úplně jinak. Ale na elektrických schématech vypadají jednoduše a vždy stejně. A celá tato grafická nádhera vypadá nějak takto.
Tento obrázek tranzistorů se také nazývá UGO (konvenční grafický symbol).
Navíc bipolární tranzistory mohou mít různé typy vodivosti. Existují tranzistory typu NPN a typu PNP.
Rozdíl mezi tranzistorem NPN a tranzistorem PNP je pouze v tom, že je „nosičem“ elektrického náboje (elektrony nebo „díry“). Tito. U pnp tranzistoru se elektrony pohybují z emitoru do kolektoru a jsou poháněny bází. U NPN tranzistoru jdou elektrony z kolektoru do emitoru a jsou řízeny bází. V důsledku toho dojdeme k závěru, že pro výměnu tranzistoru jednoho typu vodivosti za jiný v obvodu stačí změnit polaritu přiváděného napětí. Nebo hloupě změnit polaritu zdroje energie.
Bipolární tranzistory mají tři vývody: kolektor, emitor a báze. Myslím, že bude těžké se splést s UGO, ale ve skutečném tranzistoru je snazší než kdy jindy se splést.
Obvykle, kde se který kolík nachází, je určeno z referenční knihy, ale můžete jednoduše zazvonit tranzistor pomocí multimetru. Vývody tranzistoru znějí jako dvě diody spojené ve společném bodě (v oblasti báze tranzistoru).
Vlevo je obrázek pro tranzistor typu pnp, při vytáčení máte (pomocí odečtů multimetru) pocit, že před vámi jsou dvě diody spojené v jednom bodě svými katodami. U tranzistoru typu NPN jsou diody v základním bodě spojeny svými anodami. Myslím, že po experimentování s multimetrem to bude jasnější.
Princip činnosti bipolárního tranzistoru
Nyní se pokusíme zjistit, jak funguje tranzistor. Nebudu zabíhat do podrobností o vnitřní struktuře tranzistorů, protože tato informace bude pouze matoucí. Raději se podívejte na tento výkres.
Tento obrázek nejlépe vysvětluje princip fungování tranzistoru. Na tomto obrázku osoba ovládá kolektorový proud pomocí reostatu. Podívá se na proud báze, pokud se základní proud zvýší, pak osoba také zvýší kolektorový proud, přičemž vezme v úvahu zesílení tranzistoru h21E. Pokud klesne základní proud, sníží se i kolektorový proud – člověk to koriguje pomocí reostatu.
Tato analogie nemá nic společného se skutečnou činností tranzistoru, ale usnadňuje pochopení principů jeho činnosti.
U tranzistorů lze zaznamenat pravidla, která pomohou věci lépe pochopit. (Tato pravidla jsou převzata z knihy „The Art of Circuit Design“ od P. Horowitze W. Hilla).
- Kolektor má kladnější potenciál než emitor
- Jak jsem již řekl, obvody báze-kolektor a báze-emitor fungují jako diody
- Každý tranzistor je charakterizován mezními hodnotami, jako je kolektorový proud, proud báze a napětí kolektor-emitor.
- Při dodržení pravidel 1-3 je kolektorový proud Ik přímo úměrný proudu báze Ib. Tento vztah lze zapsat jako vzorec.
Z tohoto vzorce můžeme vyjádřit hlavní vlastnost tranzistoru – malý proud báze řídí velký kolektorový proud.
Označuje se také jako
Na základě výše uvedeného může tranzistor pracovat ve čtyřech režimech:
- Režim vypínání tranzistoru — v tomto režimu je spojení báze-emitor uzavřeno, k tomu může dojít, když je napětí báze-emitor nedostatečné. V důsledku toho neexistuje žádný základní proud, a proto nebude existovat ani kolektorový proud.
- Aktivní režim tranzistoru – to je normální režim činnosti tranzistoru. V tomto režimu je napětí báze-emitor dostatečné k tomu, aby způsobilo otevření přechodu báze-emitor. Základní proud je dostatečný a kolektorový proud je také k dispozici. Kolektorový proud se rovná základnímu proudu vynásobenému zesílením.
- Režim saturace tranzistoru – Tranzistor se přepne do tohoto režimu, když se základní proud stane tak velkým, že výkon napájecího zdroje jednoduše nestačí k dalšímu zvýšení kolektorového proudu. V tomto režimu se kolektorový proud nemůže zvýšit po zvýšení základního proudu.
- Režim inverzního tranzistoru — tento režim se používá velmi zřídka. V tomto režimu jsou kolektor a emitor tranzistoru prohozeny. V důsledku takových manipulací velmi trpí zisk tranzistoru. Tranzistor nebyl původně navržen pro provoz v tak speciálním režimu.
Abyste pochopili, jak tranzistor funguje, musíte se podívat na konkrétní příklady obvodů, takže se podívejme na některé z nich.
Tranzistor ve spínacím režimu
Tranzistor ve spínaném režimu je jedním z případů tranzistorových obvodů se společným emitorem. Tranzistorový obvod ve spínacím režimu se používá velmi často. Tento tranzistorový obvod se používá například tehdy, když je potřeba řídit výkonnou zátěž pomocí mikrokontroléru. Noha regulátoru není schopna utáhnout silnou zátěž, ale tranzistor ano. Ukazuje se, že regulátor řídí tranzistor a tranzistor řídí výkonnou zátěž. No, první věci.
Hlavní myšlenkou tohoto režimu je, že základní proud řídí kolektorový proud. Kromě toho je kolektorový proud mnohem větší než základní proud. Zde je pouhým okem vidět, že aktuální signál je zesílen. Toto zesílení se provádí pomocí energie zdroje energie.
Na obrázku je schéma činnosti tranzistoru ve spínacím režimu.
U tranzistorových obvodů nehraje napětí velkou roli, záleží pouze na proudech. Pokud je tedy poměr kolektorového proudu k proudu báze menší než zesílení tranzistoru, pak je vše v pořádku.
V tomto případě, i když máme na bázi přivedeno napětí 5 voltů a v kolektorovém obvodu 500 voltů, pak se nic špatného nestane, tranzistor poslušně spíná vysokonapěťovou zátěž.
Hlavní věc je, že tato napětí nepřekračují mezní hodnoty pro konkrétní tranzistor (nastavené v charakteristikách tranzistoru).
No a teď zkusme vypočítat hodnotu základního rezistoru.
Pokud víme, aktuální hodnota je charakteristikou zátěže.
Neznáme odpor žárovky, ale víme, že provozní proud žárovky je 100 mA. Aby se tranzistor otevřel a umožnil protékání takového proudu, je potřeba zvolit vhodný proud báze. Základní proud můžeme upravit změnou hodnoty základního odporu.
Protože minimální hodnota zesílení tranzistoru je 10, pak pro otevření tranzistoru musí být proud báze 10 mA.
Proud, který potřebujeme, je známý. Napětí na rezistoru báze bude Tato hodnota napětí na rezistoru je způsobena tím, že na přechodu báze-emitor ubývá 0,6V-0,7V a nesmíme to zapomenout vzít v úvahu.
Díky tomu snadno zjistíme odpor rezistoru
Zbývá jen vybrat konkrétní hodnotu z několika rezistorů a je hotovo.
Teď si asi myslíte, že tranzistorový spínač bude fungovat jak má? Že při zapojení základního odporu na +5 V se žárovka rozsvítí, při zhasnutí žárovka zhasne? Odpověď může a nemusí být ano.
Jde o to, že zde existuje malá nuance.
Žárovka zhasne, když se potenciál odporu rovná potenciálu země. Pokud je odpor jednoduše odpojen od zdroje napětí, pak není vše tak jednoduché. Napětí na základním rezistoru může zázračně vzniknout v důsledku rušení nebo nějakého jiného nadpozemského zlého ducha
Chcete-li zabránit tomuto efektu, proveďte následující. Další rezistor Rbe je zapojen mezi bázi a emitor. Tento rezistor je vybrán s hodnotou alespoň 10krát větší než základní rezistor Rb (v našem případě jsme vzali rezistor 4,3 kOhm).
Při připojení báze na libovolné napětí tranzistor funguje jak má, rezistor Rbe mu neruší. Tento odpor spotřebovává pouze malou část základního proudu.
V případě, že na základnu není přivedeno napětí, je základna vytažena až k zemnímu potenciálu, což nás ušetří všech druhů rušení.
V zásadě jsme tedy přišli na činnost tranzistoru v režimu klíče, a jak vidíte, klíčový režim provozu je druh napěťového zesílení signálu. Ostatně napětí 5 V jsme ovládali pomocí nízkého napětí 12V.
Následovník emitoru
Emitorový sledovač je speciální případ tranzistorových obvodů se společným kolektorem.
Charakteristickým rysem obvodu se společným kolektorem od obvodu se společným emitorem (volba s tranzistorovým spínačem) je, že tento obvod nezesiluje napěťový signál. To, co prošlo základnou, vyšlo ven přes emitor se stejným napětím.
Ve skutečnosti řekněme, že jsme na základnu přivedli 10 voltů, zatímco víme, že na přechodu základna-emitor někde kolem 0,6-0,7V poklesne. Ukazuje se, že na výstupu (u emitoru, na zátěži Rн) bude napětí báze minus 0,6V.
Ukázalo se, že 9,4 V, jedním slovem, téměř tolik, kolik šlo dovnitř a ven. Ujistili jsme se, že tento obvod nám nezvýší napětí.
“Jaký má potom smysl takto zapínat tranzistor?” ptáte se. Ale ukazuje se, že toto schéma má ještě jednu velmi důležitou vlastnost. Obvod pro připojení tranzistoru se společným kolektorem výkonově zesiluje signál. Výkon je součinem proudu a napětí, ale protože se napětí nemění, výkon se zvyšuje pouze díky proudu! Zatěžovací proud je součtem základního proudu plus kolektorového proudu. Ale pokud porovnáte základní proud a kolektorový proud, základní proud je ve srovnání s kolektorovým proudem velmi malý. Ukazuje se, že zatěžovací proud se rovná kolektorovému proudu. A výsledkem je tento vzorec.
Nyní si myslím, že je jasné, co je podstatou obvodu sledovače emitoru, ale to není vše.
Emitorový sledovač má další velmi cennou vlastnost – vysokou vstupní impedanci. To znamená, že tento tranzistorový obvod nespotřebovává téměř žádný vstupní proud a nezatěžuje obvod zdroje signálu.
Pro pochopení principu činnosti tranzistoru budou tyto dva tranzistorové obvody zcela postačující. A pokud budete experimentovat s páječkou ve svých rukou, zjevení na sebe prostě nenechá dlouho čekat, protože teorie je teorie a praxe a osobní zkušenosti jsou stokrát cennější!
Kde mohu koupit tranzistory?
Stejně jako všechny ostatní rádiové komponenty lze tranzistory zakoupit v jakémkoli blízkém obchodě s rádiovými díly. Pokud bydlíte někde na periferii a o takových obchodech jste neslyšeli (jako já předtím), pak zbývá poslední možnost – objednat si tranzistory z internetového obchodu. Sám často objednávám rádiové komponenty přes internetové obchody, protože něco prostě nemusí být v běžném offline obchodě dostupné.
Pokud si však zařízení montujete čistě pro sebe, pak se o něj nemůžete starat, ale vydolovat ho ze starého, opotřebovaného zařízení a takříkajíc vdechnout nový život staré rádiové součástce.
Tak přátelé, to je za mě vše. Řekl jsem ti všechno, co jsem dnes plánoval. Pokud máte nějaké dotazy, zeptejte se jich v komentářích, pokud nemáte žádné dotazy, napište komentáře, váš názor je pro mě vždy důležitý. Mimochodem, nezapomeňte, že každý, kdo zanechá komentář poprvé, dostane dárek.
Nezapomeňte se také přihlásit k odběru nových článků, protože na vás dále čeká spousta zajímavých a užitečných věcí.
Přeji vám hodně štěstí, úspěchů a slunečné nálady!
Od n/a Vladimír Vasiliev
PS Přátelé, nezapomeňte se přihlásit k odběru aktualizací! Přihlášením k odběru budete dostávat nové materiály přímo na váš email! A mimochodem, každý, kdo se přihlásí, dostane užitečný dárek!
