Bipolární tranzistory. Část 1. | DomůElektronika

Jeho jméno tranzistor pochází ze dvou slov „transfer“ (anglicky – converter) a „resistor“. Tranzistor je v podstatě dvě polovodičové diody s jednou společnou vodivou zónou. V závislosti na typu společné vodivé zóny, dva typy tranzistorů, s různými po sobě jdoucími vodivými zónami: pnp и npnTranzistory s různými strukturami, nebo jak se jim také říká, s různými typy vodivosti, jsou si svými základními vlastnostmi a možnostmi stejné. Dříve byly tranzistory struktury pnp o něco snadněji vyrobitelné, běžnější a nazývaly se tranzistory. přímé vedenía npn tranzistory jsou tranzistory reverzní vodivost.

Chcete-li sestavit radioelektronické zařízení, můžete si předem vyrobit sadu DIY KIT pomocí odkazu.

Obecně bipolární tranzistor se nazývá polovodičová součástka se dvěma interagujícími spoji, výztužné vlastnosti které jsou způsobeny jevy injekce a extrakce minoritních nosičů náboje.

Jak již bylo zmíněno, tranzistor má tři vrstvy polovodičů různých struktur (tyto vrstvy se také nazývají tranzistorové zóny). Střední zóna tranzistoru se nazývá bázea na obou stranách základny jsou dvě zóny s různou vodivostí – emitor (vyzařující náboje) a kolektor (sběr nábojů). Elektrické vlastnosti kolektoru a emitoru jsou přibližně stejné, ale liší se konstrukcí – kolektor je vyroben masivnější (musí odolávat značnému tepelnému zatížení).

Princip činnosti tranzistoru

V nejjednodušším případě tranzistorová operace lze popsat následovně. Tranzistor lze reprezentovat jako řízený odpor, tj. svorky odporu jsou kolektor a emitor a tento odpor lze řídit pomocí báze, přiváděním proudu. A v závislosti na hodnotě proudu se hodnota odporu kolektor-emitorové sekce změní. Ve skutečnosti je vše trochu složitější, zde nebereme v úvahu frekvenční vlastnosti, ale obecně je vše výše popsané správně.

Podívejme se blíže na to, jak tranzistor funguje. Nejprve je nutné říct o polarita inkluze, tedy kam připojit „plus“ a kam „mínus“. Na schématech zapojení vypadá označení tranzistoru takto.

Označení na schématu bipolárního tranzistoru a jeho diodové znázornění.

O označení směr šipky označuje směr toku proudu. Jako příklad si vezměme pnp tranzistor. V tomto případě proud teče z emitoru do kolektoru, přes bázi tranzistoru. Použitím tranzistorového obvodu jako kombinace dvou diod vidíme, že dioda s výstupem do kolektoru je zapojena v opačném směru a její odpor je velmi vysoký. A dioda s výstupem do emitoru je zapojena v propustném směru a její odpor je malý a protéká jí proud. Pokud by se jednalo o dvě diody spojené svorkami, mohli bychom tím konverzaci ukončit, ale protože se jedná o tranzistor a má společnou zónu dvou pn přechodů, dochází k procesu zvanému difúze. DifúzeObecně řečeno, jde o proces rozprostření jedné látky do druhé.

Takže v důsledku difuze se volné kladné náboje – “díry” rychle šíří po celé základní zóně, a proto vstupují do pn-přechodové zóny kolektoru, a poté “mínus” na kolektoru přitahuje “díry” a v důsledku toho začíná téct elektrický proud. Pokud začneme dodávat proud do základny, pak tedy dojde k velikost pn přechodů se měníemitor a kolektor.

Provozní režimy tranzistorů

Když tranzistor pracuje jako elektronická součástka, existují tři provozní režimy: režim omezení, režim saturace a režim zesílení.

В v režimu cutoff Na bázovém terminálu neprotéká žádný proud a mezera kolektor-emitor má velmi vysoký odpor a proud protékající kolektorem je zanedbatelný (v rámci svodového proudu diody).

В saturační režim do báze je dodáván značný proud a napětí mezi bází a emitorem U_BÝT = 0,6…0,7 V (úbytek napětí na pn přechodu). Mezi kolektorem a emitorem je tedy malý odpor.

Režim zesílení představuje mezilehlý stav, ve kterém se hodnoty proudů a napětí na tranzistoru mohou měnit od režimu odpojení do režimu saturace.

Základní parametry tranzistoru

Tranzistor, jako jeden z klíčových prvků elektronických obvodů, má několik desítek parametrů, ale v praxi je nutné znát pouze některé z nich:

• maximálně přípustné Kolektor – emitor stejnosměrného napětí U_{Maximální KE} (U_{CE max});
• maximální přípustný Stejnosměrný kolektorový proud I_{K max} (I_{C max});
• maximální přípustná konstantní ztráta výkon kolektoru P_{K max} (P_{C max});
• statický koeficient přenosu proudu tranzistory podle obvodu se společným emitorem a společnou bází h_21e, h_21b (h_21e, h_21b);
• zpětný kolektorový proud I_KBO (I_CBO);
• mezní frekvence koeficient přenosu proudu v obvodu se společným emitorem f_h21e (f_h21e).

Systém označení tranzistorů

Pro pochopení tranzistorů a jejich základních vlastností je třeba systém notace tranzistorů (Tento systém zápisu se používá pro všechny polovodičové součástky, nejen pro tranzistory.) Tento systém je založen na alfanumerickém kódu a skládá se z několika prvků:

• První prvek označuje materiál, který slouží jako základ pro tento typ tranzistoru:
  • G(1) – germanium a jeho sloučeniny;
  • K(2) – křemík a jeho sloučeniny;
  • A(3) — arsenid galia;
  • A(4) – indium a jeho sloučeniny.
  • nízkovýkonové tranzistory P_{K max} = 0,3 W
  • 1 — maximální mezní frekvence až 3 MHz;
  • 2 — maximální mezní frekvence od 3 do 30 MHz;
  • 3 — maximální mezní frekvence nad 30 MHz;
  • nízkovýkonové tranzistory P_{K max} = 1,5 W
  • 4 — maximální mezní frekvence až 3 MHz;
  • 5 — maximální mezní frekvence od 3 do 30 MHz;
  • 6 — maximální mezní frekvence nad 30 MHz;
  • nízkovýkonové tranzistory P_{K max} přes 1,5 W
  • 7 — maximální mezní frekvence až 3 MHz;
  • 8 — maximální mezní frekvence od 3 do 30 MHz;
  • 9 — maximální mezní frekvence nad 30 MHz;

  Podle tohoto systému označování například označení tranzistoru KT361B znamená, že se jedná o křemíkový bipolární tranzistor, maximální výkon nepřesahuje 0,3 W a mezní frekvence je přes 30 MHz, vývojové číslo je 61, rozpětí parametrů je B.

  Kromě toho u některých typů tranzistorů existuje kódové a barevné označení, ale to není v tomto článku diskutováno.

  Teorie je dobrá, ale je potřeba si to vše prakticky vyzkoušet MŮŽETE VYZKOUŠET ZDE

  

  Polovodičové tranzistory se dělí na bipolární a tranzistory s efektem pole. Ty první jsou mnohem běžnější v elektronice. Proto s ním začneme chápat fungování bipolárního tranzistoru.

  Tranzistorový provoz – zařízení a označení.

  Obvykle může být bipolární tranzistor nakreslen ve formě polovodičové desky s měnícími se oblastmi různé vodivosti, sestávající ze dvou pn přechodů. Kromě toho vnější oblasti desky mají jeden typ vodivosti a střední oblast má opačný typ, každá oblast má svůj vlastní osobní výstup. V závislosti na střídání těchto oblastí mají tranzistory vodivost pnp a npn.

  

  A pokud vezmeme a pokryjeme kteroukoli část tranzistoru, dostaneme polovodič s jedním pn přechodem nebo diodu. To naznačuje závěr, že bipolární tranzistor může být konvenčně reprezentován jako dva polovodiče s jednou společnou zónou, spojené zády k sobě.

  

  Část tranzistoru, jejímž účelem je injektovat nosiče náboje do báze, se nazývá emitor a příslušný pn přechod je emitor a ta část prvku, jejímž účelem je odstranit nebo extrahovat náboj nosiče ze základny, se nazývá kolektor a pn přechod je kolektor. Obecná oblast se nazývala základna. Rozdíl v označení různých struktur je pouze ve směru šipky emitoru: v pnp směřuje k základně a v npn naopak pryč od základny.

  Tranzistorový provoz – stručně o technologii výroby.

  V počátečním období vývoje polovodičové elektroniky se vyráběly pouze z germania technologií tavení nečistot, proto se jim říkalo slitiny. Základem je například krystal germania a do něj tavím malé kousky india. Atomy india pronikají do těla krystalu germania a vytvářejí v něm dvě oblasti – kolektor a emitor. Mezi nimi zůstává velmi tenká vrstva několika mikronů polovodiče opačného typu – báze. A aby byl krystal schován před světlem, je ukryt v pouzdře. Na obrázku je vidět, že ke kovovému disku, který je výstupem ze základny, je přivařen držák krystalu a ve spodní části disku je jeho vnější drátěný výstup.

  

  Vnitřní vývody kolektoru a emitoru jsou přivařeny k vodičům vnějších elektrod. S rozvojem elektroniky začali zpracovávat křemíkové krystaly a vynalezli křemíková zařízení, která téměř úplně vyřadila germaniové tranzistory. Jsou schopny pracovat při vyšších teplotách, mají nižší zpětný proud a vyšší průrazné napětí. Hlavní výrobní metodou je planární technologie. U takových tranzistorů jsou pn přechody umístěny ve stejné rovině. Princip metody je založen na difúzi nebo fúzi nečistoty do křemíkového plátku, který může být v plynné, kapalné nebo pevné složce. Při zahřátí na přísně pevnou teplotu difundují prvky nečistot do křemíku.

  

  V tomto případě jedna z kuliček vytváří tenkou základní oblast a druhá vytváří oblast emitoru. V důsledku toho se v křemíku vytvoří dva pn přechody. Pomocí této technologie se v továrnách vyrábějí nejběžnější typy křemíkových tranzistorů. Kromě toho se pro výrobu tranzistorových struktur široce používají kombinované metody: fúze a difúze nebo různé možnosti difúze, například oboustranné nebo oboustranné.

  Tranzistorový provoz v režimu diody při přímém připojení.

  Udělejme si praktický pokus, k tomu budeme potřebovat jakýkoliv tranzistor a žárovku ze staré baterky a trochu montážního drátu, abychom mohli tento obvod sestavit.

  

  Praktické zkušenosti s provozem tranzistoru pro začátečníky.

  Žárovka svítí, protože na kolektorový přechod je přivedeno dopředné předpětí, které odblokuje kolektorový přechod a protéká jím kolektorový proud Ik. Jeho hodnota závisí na odporu vlákna žárovky a vnitřním odporu baterie nebo zdroje. Nyní uveďme tento diagram ve strukturální podobě:

  

  Protože v oblasti N jsou hlavními nosiči náboje elektrony, procházejí potenciálovou bariérou pn přechodem, vstupují do oblasti děr typu p a stávají se menšinovými nosiči náboje, kde je začínají pohlcovat většinovými nosiči dírami. Stejně tak díry z kolektoru mají tendenci se dostávat do základní oblasti a jsou pohlcovány hlavními nosiči náboje, elektrony. Vzhledem k tomu, že základna je v mínusu zdroje energie, bude k ní proudit mnoho elektronů, které kompenzují ztráty z oblasti základny. A kolektor, připojený k plusu přes vlákno lampy, je schopen přijmout stejné číslo, takže koncentrace otvorů bude obnovena. Vodivost pn přechodu se výrazně zvýší a kolektorovým přechodem začne protékat kolektorový proud Ik. A čím je vyšší, tím silněji bude žárovka hořet. Podobné procesy probíhají v obvodu přechodu emitoru. Obrázek ukazuje možnost zapojení obvodu pro druhý experiment.

  

  Činnost tranzistoru při obráceném zapojení pn přechodu Udělejme další praktický pokus a připojte bázi tranzistoru ke kladnému pólu zdroje. Žárovka nesvítí, jelikož jsme pn přechod tranzistoru zapojili opačně a odpor přechodu prudce vzrostl a protéká jím jen velmi malý zpětný kolektorový proud Ikbo, který není schopen světlo zapálit žárovkové vlákno.

  

  Činnost tranzistoru ve spínacím režimu Udělejme další zajímavý experiment zapojením žárovky podle obrázku. Kontrolka nesvítí, pojďme zjistit proč.

  

  Pokud je na emitor a kolektor přivedeno napětí, pak pro jakoukoli polaritu zdroje energie bude jeden z přechodů vpřed a druhý obrácený, a proto nebude protékat proud a žárovka se nerozsvítí.

  

  Z blokového diagramu je velmi jasné, že přechod emitoru je dopředně zaujatý a otevřený a čeká na příjem volných elektronů. Kolektorový přechod je naopak zapojen v opačném směru a zabraňuje vstupu elektronů do báze. Mezi kolektorem a základnou se vytvoří potenciální bariéra, která poskytne velký odpor proudu a lampa nebude svítit. Do našeho obvodu přidáme jen jednu propojku, která propojí emitor a patici, ale žárovka stále nesvítí.

  

  Zde je v zásadě vše jasné: když jsou základna a emitor zkratovány propojkou, kolektorový přechod se změní na diodu, která přijímá zpětné předpětí. Místo propojky nainstalujme odpor Rb s nominální hodnotou 200 – 300 Ohmů a další zdroj 1,5 voltu. Jeho mínus připojíme přes Rb k bázi a jeho plus k emitoru. A stal se zázrak, žárovka se rozsvítila.

  

  Lampa se rozsvítila, protože jsme mezi základnu a emitor zapojili přídavný zdroj energie a tím jsme přivedli stejnosměrné napětí na přechod emitoru, což vedlo k jeho otevření a protékal jím stejnosměrný proud, který odblokoval kolektorový přechod tranzistoru. Tranzistor se otevře a protéká jím kolektorový proud Ik, mnohonásobně větší než proud emitor-báze. A tak tento proud rozsvítil žárovku. Pokud změníme polaritu přídavného zdroje energie a aplikujeme plus na základnu, uzavře se přechod emitoru a následně přechod kolektoru. Reverzní Ikbo proteče tranzistorem a žárovka přestane svítit. Hlavní funkcí rezistoru Rb je omezit proud v základním obvodu. Pokud je do báze přivedeno všech 1,5 voltů, pak přes přechod bude protékat příliš velký proud, v důsledku čehož dojde k tepelnému rozpadu přechodu a tranzistor může shořet. U germaniových tranzistorů by mělo být napětí hradla asi 0,2 voltu a u křemíkových 0,7 voltu. Podívejme se na blokové schéma: Při přivedení dalšího napětí na bázi se otevře přechod emitoru a volné otvory z emitoru se vzájemně pohltí základními elektrony, čímž vznikne stejnosměrný proud báze Ib.

  

  Ale ne všechny díry vstupující do základny se rekombinují s elektrony. Vzhledem k tomu, že oblast báze je poměrně úzká, pouze malá část otvorů je absorbována základními elektrony. Hlavní objem otvorů emitoru přeskočí základnu a spadne pod vyšší úroveň záporného napětí v kolektoru a spolu s otvory kolektoru proudí na jeho zápornou svorku, kde jsou vzájemně pohlcovány elektrony z hlavního zdroje GB. Odpor obvodu emitor-báze-kolektor prudce klesne a začne v něm protékat stejnosměrný kolektorový proud Ik, mnohonásobně větší než je proud báze Ib obvodu emitor-báze. Čím vyšší je úroveň odblokovacího napětí na základně, tím vyšší je počet otvorů od emitoru k základně, tím vyšší je hodnota proudu v kolektoru. A naopak, čím nižší je odblokovací napětí na bázi, tím nižší je proud v kolektorovém obvodu. V těchto experimentech začínajícího radioamatéra na principech činnosti tranzistoru je v jednom ze dvou stavů: otevřený nebo zavřený. Přepínání z jednoho stavu do druhého se provádí působením odblokovacího napětí na základně Ub. Tento režim činnosti tranzistoru v elektronice se nazývá klíčový režim. Používá se v přístrojích a automatizačních zařízeních.

  Kódové a barevné značení tranzistorů

  Domácí tranzistory s malými pouzdry jsou označeny barevným nebo kódovým označením a pouze ve vzácných případech je značka tranzistoru aplikována v plném rozsahu. Při opravách vybavení domácnosti se můžete setkat s barevným nebo kódovým značením a pro výměnu tranzistoru je třeba určit značku tranzistoru, což lze provést pomocí programu pro kódové a barevné značení tranzistorů; udělejte to pomocí referenční knihy.

  Barevné kódové označení tranzistorů v pouzdře KT-27 (TO-126).

  

  Dále se podívejte na níže uvedenou tabulku a najděte řádek, který odpovídá barevnému označení vašeho tranzistoru.

  Tabulka pro určení značky tranzistoru podle barevného kódu.

  

  Když najdeme ikonu, která je vyobrazena na pouzdře, určíme značku tranzistoru, jeho značka by měla být jedna z těchto – KT814(A-G), KT815(A-G), KT816(A-G), KT817(A-G), KT638 (A,B), KT9115(A,B), KU112, KT940(A-B), KT646A, KT646B, KT972A, KT972B, KT973A, KT973B. Upozorňujeme, že mezi značkami tranzistorů je také tyristor KU112.

  Tabulka pro určení roku výroby tranzistoru kódovým označením.

  

  Tabulka pro určení měsíce výroby tranzistoru kódovým označením.

  

  Barevné kódování tranzistorů v pouzdře KT-26

  Tranzistory KT326, KT337, KT345, KT349, KT350, KT351, KT352, KT363, KT645, KT3107 jsou barevně označeny, jak je znázorněno na obrázku níže. Na pouzdru je kromě značky těchto tranzistorů uveden rok a měsíc výroby tranzistoru.

  

  Níže je barevné kódování tranzistorů KT203, KT209, KT313, KT336, KT339, KT342, KT502, KT503, KT3102. Tranzistory těchto značek jsou označeny pouze dvěma tečkami. Toto označení nezahrnuje měsíc a rok výroby.

  

  Nestandardní barevné značení tranzistorů.

  Někdy byly tranzistory vyrobeny s nestandardním barevným kódováním, některé příklady jsou uvedeny níže:

  

  Kódové označení tranzistorů v pouzdře KT-26.

  Kódové označení je aplikováno na tranzistory v pouzdře KT-26 následujících značek – KT203, KT208, KT209, KT313, KT326, KT339, KT342, KT502, KT503, KT3102, KT3107, KT3157KT3166, KT6127, KT680, KT681, KT698, KT103, KPXNUMX. Jak vidíte, značky tranzistorů s kódovým označením zahrnují všechny značky s barevným označením, ale ne naopak. Je to dáno tím, že kódový se objevil později a do té doby se již některé tranzistory nevyráběly. Tranzistory mohou být označeny s rokem a měsícem výroby nebo bez nich.

  

  Některé příklady kódového značení.

  

  Nestandardní kódování tranzistorů.

  

  Označení SMD tranzistoru BC847A.

  

  Jsou možné situace, kdy výrobci umístí různá zařízení do stejného pouzdra pod stejným označením, např. firma PHILIPS umístí tranzistor NPN typu BC323W do pouzdra typu SOT818 a označí jej kódem 6H a firma MOTOROLA jej umístí ve stejném případě označeném 6H je umístěn PNP tranzistor typu MUN5131T1. Stejná situace nastává v rámci stejné společnosti. Například v pouzdře SOT23 vyrábí SIEMENS tranzistory BC1A a SMBT846, které mají různé parametry, pod označením 3904A.

  Taková zařízení nainstalovaná na desce lze rozlišit pouze podle komponent, které je obklopují, a tedy podle spojovacího obvodu.

  Program pro identifikaci tranzistoru podle barev a symbolů. https://yadi.sk/d/SiubFm9N34VMsY

  Už se to nehodilo.

  PS: Vzal jsem to tam, kde jsem to dostal, zobecnil a trochu přidal.

  Omlouvám se za kvalitu některých obrázků (které jsou bohaté).

  Postarej se o sebe a své blízké!