Jeffrey Cross
Jeffrey Cross

Компонент месяца: транзистор

Каждый месяц этого года мы изучаем различные электронные компоненты, разбираемся в том, что это такое, как это работает и как вы используете его в проектах. В прошлом месяце мы покрывали конденсаторы, а до этого мы смотрели на светодиоды и диоды. В этом месяце мы исследуем транзисторы! Как всегда, мы начнем с введения в транзисторы с отредактированной выдержки из основной энциклопедии электронных компонентов Чарльза Платта: Том 1. Нажмите на картинку справа, чтобы увидеть все наши покрытия CotM.

Слово «транзистор» само по себе часто используется для обозначения биполярного транзистора, поскольку именно этот тип стал наиболее широко использоваться в области дискретных полупроводников. Тем не менее, биполярный транзистор является правильным термином. Иногда его называют транзистором с биполярным переходом или BJT.

Что оно делает

Биполярный транзистор усиливает колебания тока или может использоваться для включения и выключения тока. В режиме усиления он заменил вакуумные трубки, которые ранее использовались для усиления аудиосигналов и во многих других приложениях. В своем режиме переключения он напоминает реле, хотя в своем состоянии «выключено» транзистор по-прежнему пропускает очень небольшое количество тока, известное как утечка.

биполярный транзистор описывается как дискретное полупроводниковое устройство, когда оно индивидуально упаковано, с тремя выводами или контактами. Пакет, содержащий несколько транзисторов, является Интегральная схема, Пара Дарлингтона фактически содержит два транзистора, но включен сюда как дискретный компонент, потому что он упакован аналогично и функционирует как один транзистор.

Как это устроено

Хотя самые ранние транзисторы были изготовлены из германия, кремний стал наиболее часто используемым материалом. Кремний ведет себя как изолятор в своем чистом состоянии при комнатной температуре, но может быть «легирован» (тщательно загрязнен) примесями, которые вносят избыток электронов, не связанных с отдельными атомами. В результате получается полупроводник N-типа, который можно индуцировать, чтобы обеспечить движение электронов через него, если на него воздействует внешнее напряжение. Прямое смещение означает приложение положительного напряжения, в то время как обратное смещение означает изменение этого напряжения.

Другие легирующие вещества могут создавать дефицит электронов, который можно рассматривать как избыток «дырок», которые могут быть заполнены электронами. В результате получается полупроводник P-типа.

Биполярный NPN-транзистор состоит из тонкого центрального слоя P-типа, зажатого между двумя более толстыми слоями N-типа. Три слоя называются коллектором, основанием и эмиттером, к каждому из которых прикреплен провод или контакт. Когда отрицательный заряд приложен к эмиттеру, электроны вынуждены взаимным отталкиванием к центральному базовому слою. Если прямое смещение (положительный потенциал) применяется к базе, электроны будут иметь тенденцию притягиваться через базу. Однако, поскольку базовый слой очень тонкий, электроны теперь находятся рядом с коллектором. Если базовое напряжение увеличивается, дополнительная энергия побуждает электроны прыгать в коллектор, из которого они пробиваются к источнику положительного тока, который можно рассматривать как имеющий еще больший дефицит электронов.

Таким образом, эмиттер биполярного транзистора NPN испускает электроны в транзистор, а коллектор собирает их с базы и выводит их из транзистора. Важно помнить, что, поскольку электроны несут отрицательный заряд, поток электронов движется от отрицательного к положительному. Понятие положительного-отрицательного течения - фикция, которая существует только по историческим причинам. Тем не менее стрелка на схеме транзистора указывает в направлении обычного (положительного на отрицательного) тока.

В PNP-транзисторе тонкий слой N-типа расположен между двумя более толстыми слоями P-типа, основание отрицательно смещено относительно эмиттера, а функция NPN-транзистора перевернута, так как термины «эмиттер» и «коллектор» Теперь обратимся к движению электронных дырок, а не электронов. Коллектор является отрицательным по отношению к основанию, и результирующий поток положительного / отрицательного тока перемещается от эмиттера к базе и к коллектору. Стрелка на схеме для PNP-транзистора по-прежнему указывает направление положительного тока.

Варианты

Малосигнальные транзисторы определяются как имеющие максимальный ток коллектора 500 мА и максимальную мощность рассеивания коллектора 1 Вт. Их можно использовать для усиления звука низкоуровневых входов и для переключения малых токов. При определении, может ли малосигнальный транзистор управлять индуктивной нагрузкой, такой как двигатель или катушка реле, помните, что начальный скачок тока будет больше, чем номинальный потребляемый ток во время длительной работы.

Малые переключающие транзисторы имеют некоторые совпадения в спецификации с малыми сигнальными транзисторами, но, как правило, имеют более быстрое время отклика, более низкое значение бета и могут быть более ограничены в своем допуске на ток коллектора. Проверьте спецификацию производителя для деталей.

Высокочастотные транзисторы в основном используются в видеоусилителях и осцилляторах, физически малы и имеют максимальную частоту до 2000 МГц.

Силовые транзисторы определяются как способные выдерживать мощность не менее 1 Вт, с верхним пределом, который может достигать 500 Вт и 150 А. Они физически больше других типов и могут использоваться на выходных каскадах усилителей звука и при переключении источников питания (см. Главу о источниках питания в томе 1). Как правило, они имеют намного более низкий коэффициент усиления по току, чем меньшие транзисторы (20 или 30, а не 100 или более).

Образцы транзисторов показаны на рисунке справа. Вверху: силовой транзистор NPN 2N3055. Этот тип был первоначально введен в конце 1960-х, и версии все еще производятся. Он часто встречается в источниках питания и двухтактных усилителях мощности и имеет общую мощность рассеяния 115 Вт. Второй ряд, крайний левый: силовой транзистор PNP общего назначения с усилением переключения, рассчитанный на рассеиваемую мощность до 50 Вт. Справа второй ряд: высокочастотный переключающий транзистор для использования в осветительных балластах, преобразователях, инверторах, переключающих регуляторах и системах управления двигателями. Он допускает относительно высокое напряжение (до 700 В пикового значения коллектор-эмиттер) и рассчитан на общую мощность рассеяния до 80 Вт. Второй ряд, левый по центру и правый по центру: два варианта транзистора с малым сигналом 2N2222 NPN, впервые представленного в 1960-х годах и до сих пор широко используемого. Металлическая банка представляет собой корпус TO-19, способный рассеивать немного больше энергии, чем более дешевый пластиковый корпус TO-92 (1,8 Вт против 1,5 Вт с температурой коллектора не более 25 градусов по Цельсию).

Спасибо за чтение, и мы надеемся, что вам понравится наш охват Компонент месяца!

Поделиться

Оставить комментарий