Bipolarni tranzistori. Tranzistori: sklop, princip rada, kako se razlikuju bipolarni i efekt polja kako se pokazuje otpor na multimetrima

HFE postupak ekstrakcije folikula Hear - robna marka tehnike transplantacije, koja kombinuje nehirurške tehnike FUE ručne (uklanjanje dlaka) i FUI (transplantacija kose) i koristeći fiksne ultramoderne mikrohirurške instrumente 0,5-0,9 mm, što je u suštini potpuno nehirurški zahvat, uzimajući u obzir najnovija dostignuća u medicinskom razvoju i korištenje dugogodišnjeg praktičnog iskustva naših stručnjaka za transplantaciju kose.

Sama FUE tehnika se izvodi na sljedeći način: HFE(ekstradicija folikula ruke), tj. rukama doktora, bez upotrebe mašina. FUI tehnika se izvodi pomoću posebnog mikroinstrumenta-implantera Choi, koji nema analoga u Rusiji.

HFE tehnologija transplantacije kose- potpuno nehirurški ambulantni zahvat, bez ijednog reza bilo u području sakupljanja kose ili u području transplantacije kose, apsolutno bezbolan, ne oštećuje vlasište i ne ostavlja ožiljke. Transplantacija kose str je rođen bez hirurška intervencija u roku od nekoliko sati, pod lokalnom anestezijom, presađivanjem vaše kose i omogućavanjem da se presađuje u problematično područje do 6000-6500 FU (6-7 Norwood grade) po proceduri, za nekoliko sati (10-12 sati). Stoga, shodno tome, nema postoperativnih komplikacija (kao što su posttraumatski otok, utrnulost kože, modrice i druge).

Tvoj izgled ne pati i ne gubite radnu sposobnost. Područje za prikupljanje kose i područje za transplantaciju su netaknuti i izgledaju estetski atraktivno. Nakon zahvata ostaju male mikroranice (kao nakon medicinske injekcije), koje zarastu za 3-5 dana.

Presađen metodom HFE kosa će garantovano rasti (u skladu sa svojim ciklusom u roku od godinu dana) i nikada neće ispasti. Nakon 3-4 mjeseca rast će oko 30% presađene kose, nakon 6 mjeseci - 50-60%, a tek nakon 10-12 mjeseci - 100%.UŽIVO poređenje metoda transplantacije kose

Bipolarni tranzistor je jedan od najstarijih, ali najpoznatijih tipova tranzistora, i još uvijek se koristi u modernoj elektronici. Tranzistor je neophodan kada trebate kontrolirati prilično snažno opterećenje za koje upravljački uređaj ne može osigurati dovoljnu struju. Oni su različite vrste i snage, u zavisnosti od izvršenih zadataka. Osnovna znanja i formule o tranzistorima mogu se naći u ovom članku.

Uvod

Prije početka lekcije, složimo se da govorimo o samo jednoj vrsti načina uključivanja tranzistora. Tranzistor se može koristiti u pojačalu ili prijemniku, a obično se svaki model tranzistora proizvodi sa specifičnim karakteristikama kako bi bio specijalizovaniji za bolji posao u određenom uključivanju.

Tranzistor ima 3 terminala: bazu, kolektor i emiter. Nemoguće je jednoznačno reći koji je od njih ulaz, a koji izlaz, jer su svi povezani i utiču jedni na druge na ovaj ili onaj način. Kada je tranzistor uključen u prekidačkom modu (kontrola opterećenja), on se ponaša ovako: bazna struja kontrolira struju od kolektora do emitera ili obrnuto, ovisno o vrsti tranzistora.

Postoje dvije glavne vrste tranzistora: NPN i PNP. Da bismo ovo razumjeli, možemo reći da je glavna razlika između ova dva tipa smjer električne struje. To se može vidjeti na slici 1.A, gdje je naznačen smjer struje. U NPN tranzistoru, jedna struja teče iz baze u tranzistor, a druga struja teče od kolektora do emitera, ali u PNP tranzistoru je suprotno. Sa funkcionalne tačke gledišta, razlika između ova dva tipa tranzistora je napon na opterećenju. Kao što možete vidjeti na slici, NPN tranzistor daje 0V kada je uključen, a PNP daje 12V. Kasnije ćete shvatiti zašto ovo utiče na izbor tranzistora.

Radi jednostavnosti, proučavat ćemo samo NPN tranzistore, ali sve ovo vrijedi za PNP, uzimajući u obzir da su sve struje obrnute.

Na slici ispod prikazana je analogija između prekidača (S1) i tranzistorskog prekidača, gdje se može vidjeti da struja baze zatvara ili otvara put za struju od kolektora do emitera:

Poznavajući tačno karakteristike tranzistora, možete izvući maksimum iz njega. Glavni parametar je pojačanje tranzistora prema DC, koji se obično označava kao Hfe ili β. Također je važno znati maksimalnu struju, snagu i napon tranzistora. Ovi parametri se mogu naći u dokumentaciji za tranzistor, a oni će nam pomoći da odredimo vrijednost baznog otpornika, što je opisano u nastavku.

Korištenje NPN tranzistora kao prekidača

Slika prikazuje uključivanje NPN tranzistora kao prekidača. Vrlo često ćete se susresti s ovim uključivanjem kada analizirate različita elektronska kola. Proučit ćemo kako pokrenuti tranzistor u odabranom načinu rada, izračunati osnovni otpornik, pojačanje struje tranzistora i otpor opterećenja. Predlažem najjednostavniji i najprecizniji način za to.

1. Pretpostavimo da je tranzistor u načinu zasićenja: U ovom slučaju, matematički model tranzistora postaje vrlo jednostavan, a znamo napon u tački V c. Pronaći ćemo vrijednost osnovnog otpornika na kojoj će sve biti ispravno.

2. Određivanje struje zasićenja kolektora: Napon između kolektora i emitera (V ce) preuzet je iz dokumentacije tranzistora. Emiter je spojen na GND, odnosno V ce = V c - 0 = V c. Kada saznamo ovu vrijednost, možemo izračunati struju zasićenja kolektora koristeći formulu:

Ponekad je otpor opterećenja R L nepoznat ili ne može biti precizan kao otpor zavojnice releja; U ovom slučaju, dovoljno je znati struju koja je potrebna za pokretanje releja.
Uvjerite se da struja opterećenja ne prelazi maksimalnu struju kolektora tranzistora.

3. Proračun potrebne bazne struje: Poznavajući struju kolektora, možete izračunati minimalnu potrebnu baznu struju da biste postigli tu struju kolektora koristeći sljedeću formulu:

Iz toga proizilazi da:

4. Prekoračenje dozvoljenih vrijednosti: Nakon što ste izračunali osnovnu struju i ako se pokaže da je niža od one navedene u dokumentaciji, tada možete preopteretiti tranzistor množenjem izračunate struje baze, na primjer, 10 puta. Tako će tranzistorski prekidač biti mnogo stabilniji. Drugim riječima, performanse tranzistora će se smanjiti ako se opterećenje poveća. Pazite da ne prekoračite maksimalnu struju baze navedenu u dokumentaciji.

5. Proračun tražene vrijednosti R b: Uzimajući u obzir preopterećenje od 10 puta, otpor R b se može izračunati pomoću sljedeće formule:

gdje je V 1 upravljački napon tranzistora (vidi sliku 2.a)

Ali ako je emiter spojen na masu, a napon baza-emiter je poznat (oko 0,7V za većinu tranzistora), i pod pretpostavkom da je V1 = 5V, formula se može pojednostaviti na sljedeće:

Može se vidjeti da se struja baze množi sa 10 uzimajući u obzir preopterećenje.
Kada je vrijednost Rb poznata, tranzistor je "podešen" da radi kao prekidač, koji se također naziva "zasićenje i režim isključenja", gdje je "zasićenje" kada je tranzistor potpuno otvoren i provodi struju, a "sečenje" je kada je zatvoren je i ne provodi struju.

Napomena: Kada kažemo , ne kažemo da struja kolektora mora biti jednaka . To jednostavno znači da struja kolektora tranzistora može porasti do ovog nivoa. Struja će slijediti Ohmove zakone, baš kao i svaka električna struja.

Proračun opterećenja

Kada smo smatrali da je tranzistor u režimu zasićenja, pretpostavili smo da se neki njegovi parametri nisu promijenili. Ovo nije sasvim tačno. Zapravo, ovi parametri su promijenjeni uglavnom povećanjem struje kolektora, te je stoga sigurniji za preopterećenje. Dokumentacija ukazuje na promjenu parametara tranzistora tokom preopterećenja. Na primjer, tabela na slici 2.B prikazuje dva parametra koja se značajno mijenjaju:

H FE (β) varira sa strujom kolektora i naponom V CEsat. Ali sam V CEsat se mijenja ovisno o struji kolektora i baze, kao što je prikazano u donjoj tabeli.

Proračun može biti vrlo složen, jer su svi parametri usko i složeno međusobno povezani, pa je bolje uzeti najgore vrijednosti. One. najmanji H FE, najveći V CEsat i V CEsat.

Tipična primjena tranzistorskog prekidača

U modernoj elektronici tranzistorski prekidač se koristi za upravljanje elektromagnetnim relejima, koji troše do 200 mA. Ako želite upravljati relejem pomoću logičkog čipa ili mikrokontrolera, tada je tranzistor neophodan. Na slici 3.A, otpor baznog otpornika je izračunat u zavisnosti od struje koju relej zahteva. Dioda D1 štiti tranzistor od impulsa koje zavojnica generiše kada se isključi.

2. Povezivanje tranzistora otvorenog kolektora:

Mnogi uređaji, poput porodice mikrokontrolera 8051, imaju portove otvorenog kolektora. Otpor baznog otpornika vanjskog tranzistora izračunava se kako je opisano u ovom članku. Imajte na umu da portovi mogu biti složeniji i često se koriste tranzistori sa efektom polja umjesto bipolarnih i nazivaju se otvoreni drenažni izlazi, ali sve ostaje potpuno isto kao na slici 3.B

3. Kreiranje logičkog elementa ILI-NE (NI):

Ponekad kolo treba da ga koristi logički element, i ne želite koristiti 14-pinski 4-elementni IC zbog cijene ili prostora na ploči. Može se zamijeniti sa parom tranzistora. Zapiši to frekvencijske karakteristike takvi elementi zavise od karakteristika i tipa tranzistora, ali obično ispod 100 kHz. Smanjenje izlaznog otpora (Ro) će povećati potrošnju energije, ali povećati izlaznu struju.
Morate pronaći kompromis između ovih parametara.

Slika iznad prikazuje NOR kapiju izgrađenu pomoću 2 2N2222 tranzistora. Ovo se može uraditi sa PNP 2N2907 tranzistorima, uz manje modifikacije. Samo morate uzeti u obzir sve električne struje zatim teče u suprotnom smjeru.

Pronalaženje grešaka u tranzistorskim kolima

Kada se problem pojavi u krugovima koji sadrže mnogo tranzistora, može biti prilično teško znati koji je loš, posebno kada su svi zalemljeni. Dajem vam nekoliko savjeta koji će vam pomoći da brzo pronađete problem u takvoj shemi:

1. Temperatura: Ako se tranzistor jako zagrije, vjerovatno je negdje problem. Nije neophodno da je problem vruć tranzistor. Obično se neispravni tranzistor ni ne zagrije. Ovo povećanje temperature može biti uzrokovano drugim tranzistorom spojenim na njega.

2. Mjerenje V CE tranzistora: Ako su svi istog tipa i svi rade, onda bi trebali imati približno isti VCE. Tražite tranzistore koji imaju različite V CE je brz način detekcija neispravnih tranzistora.

3. Mjerenje napona na osnovnom otporniku: Napon na osnovnom otporniku je prilično važan (ako je tranzistor uključen). Za 5V NPN tranzistorski drajver, pad napona na otporniku bi trebao biti veći od 3V. Ako nema pada napona na otporniku, onda je ili tranzistor ili upravljački uređaj tranzistora neispravan. U oba slučaja, struja baze je 0.

Tranzistor je sveprisutna i važna komponenta u modernoj mikroelektronici. Njegova svrha je jednostavna: omogućava vam da kontrolišete mnogo jači koristeći slab signal.

Konkretno, može se koristiti kao kontrolirani “prigušivač”: odsustvom signala na “kapijama” blokirati protok struje i dopuštajući ga dopustiti. Drugim riječima: ovo je dugme koje se ne pritisne prstom, već primjenom napona. Ovo je najčešća primjena u digitalnoj elektronici.

Tranzistori su dostupni u različitim paketima: isti tranzistor može izgledati potpuno drugačije. U izradi prototipa najčešći slučajevi su:

TO-92 - kompaktan, za mala opterećenja

TO-220AB - masivan, dobro odvodi toplinu, za teška opterećenja

Oznake na dijagramima također variraju ovisno o vrsti tranzistora i standardu označavanja koji se koristi u kompilaciji. Ali bez obzira na varijaciju, njegov simbol ostaje prepoznatljiv.

Bipolarni tranzistori

Bipolarni spojni tranzistori (BJT, bipolarni spojni tranzistori) imaju tri kontakta:

Kolektor - napaja se visokog napona kojima želite da upravljate

Baza - mala količina se isporučuje preko nje struja za otključavanje velikih; baza je uzemljena da bi je blokirala

Emiter - struja teče kroz njega od kolektora i baze kada je tranzistor "otvoren"

Glavna karakteristika bipolarnog tranzistora je indikator hfe poznat i kao dobitak. On odražava koliko puta veću struju u dijelu kolektor-emiter tranzistor može proći u odnosu na struju baza-emiter.

Na primjer, ako hfe= 100, a 0,1 mA prolazi kroz bazu, tada će tranzistor proći kroz sebe maksimalno 10 mA. Ako u ovom slučaju postoji komponenta u visokostrujnoj sekciji koja troši, na primjer, 8 mA, ona će imati 8 mA, a tranzistor će imati "rezervu". Ako postoji komponenta koja troši 20 mA, ona će imati samo maksimalno 10 mA.

Također, dokumentacija za svaki tranzistor ukazuje na maksimalno dozvoljene napone i struje na kontaktima. Prekoračenje ovih vrijednosti dovodi do prekomjernog zagrijavanja i smanjenog vijeka trajanja, a jak višak može dovesti do uništenja.

NPN i PNP

Tranzistor opisan gore je takozvani NPN tranzistor. Naziva se tako jer se sastoji od tri sloja silicijuma povezanih redom: Negativno-Pozitivno-Negativno. Pri čemu je negativna legura silicija sa viškom nosilaca negativnog naboja (n-dopirana), a pozitivna je legura sa viškom nosilaca pozitivnog naboja (p-dopirana).

NPN-ovi su efikasniji i uobičajeniji u industriji.

Prilikom označavanja PNP tranzistora, oni se razlikuju u smjeru strelice. Strelica uvijek pokazuje od P do N. PNP tranzistori imaju "obrnuto" ponašanje: struja nije blokirana kada je baza uzemljena i blokirana kada struja teče kroz nju.

Tranzistori sa efektom polja

Tranzistori sa efektom polja (FET, Field Effect Transistor) imaju istu svrhu, ali se razlikuju po unutrašnjoj strukturi. Posebna vrsta ovih komponenti su MOSFET (metal-oksid-semiconductor Field Effect Transistor) tranzistori. Oni vam omogućavaju da radite sa mnogo većom snagom sa istim dimenzijama. A kontrola samog "prigušivača" vrši se isključivo koristeći napon: struja ne teče kroz kapiju, za razliku od bipolarnih tranzistora.

Tranzistori sa efektom polja imaju tri kontakta:

Odvod - na njega se primjenjuje visoki napon koji želite kontrolirati

Gate - napon se primjenjuje na njega kako bi omogućio protok struje; kapija je uzemljena da blokira struju.

Izvor - struja teče kroz njega iz drena kada je tranzistor "otvoren"

N-kanal i P-kanal

Po analogiji s bipolarnim tranzistorima, tranzistori polja razlikuju se po polaritetu. N-kanalni tranzistor je opisan gore. Oni su najčešći.

P-kanal kada je određen razlikuje se u smjeru strelice i opet ima "obrnuto" ponašanje.

Povezivanje tranzistora za pogon komponenti velike snage

Tipičan zadatak mikrokontrolera je da uključi i isključi određenu komponentu kola. Sam mikrokontroler obično ima skromne karakteristike upravljanja snagom. Dakle, Arduino, sa izlazom od 5 V po pinu, može izdržati struju od 40 mA. Snažni motori ili ultra-sjajne LED diode mogu povući stotine miliampera. Prilikom direktnog povezivanja takvih opterećenja, čip može brzo otkazati. Osim toga, za rad nekih komponenti potreban je napon veći od 5 V, a Arduino ne može proizvesti više od 5 V iz digitalnog izlaznog pina.

Ali dovoljno je lako kontrolirati tranzistor, koji će zauzvrat kontrolirati veliku struju. Recimo da se moramo dugo povezati LED traka, koji zahtijeva 12 V i još uvijek troši 100 mA:

Sada, kada je izlaz postavljen na logičku jedinicu (visoko), 5 V koji ulazi u bazu će otvoriti tranzistor i struja će teći kroz traku - ona će svijetliti. Kada je izlaz postavljen na logičku nulu (nisko), baza će biti uzemljena kroz mikrokontroler i protok struje će biti blokiran.

Obratite pažnju na otpornik za ograničavanje struje R. Neophodno je da se prilikom primjene upravljačkog napona ne stvori kratki spoj duž rute mikrokontroler - tranzistor - uzemljenje. Glavna stvar je da ne prekoračite dozvoljenu struju kroz Arduino kontakt od 40 mA, tako da morate koristiti otpornik vrijednosti najmanje:

Evo Ud- ovo je pad napona na samom tranzistoru. Zavisi od materijala od kojeg je napravljen i obično iznosi 0,3 – 0,6 V.

Ali apsolutno nije potrebno održavati struju na dozvoljenoj granici. Potrebno je samo da pojačanje tranzistora omogući kontrolu potrebne struje. U našem slučaju to je 100 mA. Prihvatljivo za korišćeni tranzistor hfe= 100, tada će nam kontrolna struja od 1 mA biti dovoljna

Za nas je pogodan otpornik s vrijednošću od 118 Ohm do 4,7 kOhm. Za stabilan rad s jedne strane i lagano opterećenje čipa s druge, 2,2 kOhm je dobar izbor.

Ako koristite tranzistor s efektom polja umjesto bipolarnog tranzistora, možete bez otpornika:

To je zbog činjenice da se kapija u takvim tranzistorima kontrolira isključivo naponom: u dijelu mikrokontrolera - vrata - izvora nema struje. A zbog svojih visokih karakteristika, krug koji koristi MOSFET omogućuje vam da pokrećete vrlo moćne komponente.