Bipolárne tranzistory. Tranzistory: obvod, princíp činnosti, ako sa líši bipolárny a poľný efekt Ako je indikovaný odpor na multimetroch

Postup extrakcie folikulov HFE - obchodný názov transplantačnej techniky, ktorá kombinuje nechirurgické techniky FUE hand (odstraňovanie chĺpkov) a FUI (transplantácia chĺpkov) a využíva fixné ultramoderné mikrochirurgické nástroje 0,5 – 0,9 mm, ktoré sú v podstate úplne nechirurgický postup, s prihliadnutím na najnovšie pokroky v medicínskom vývoji a využitie dlhoročných praktických skúseností našich špecialistov na transplantáciu vlasov.

Samotná technika FUE sa vykonáva nasledujúcim spôsobom: HFE(ručné vydávanie folikulov), t.j. rukami lekára, bez použitia strojov. Technika FUI sa vykonáva pomocou špeciálneho mikroinštrumentálneho implantátora Choi, ktorý nemá v Rusku obdoby.

Technológia transplantácie vlasov HFE- úplne nechirurgický ambulantný zákrok, bez jediného rezu či už v oblasti odberu vlasov alebo v oblasti transplantácie vlasov, absolútne bezbolestný, nepoškodzuje pokožku hlavy a nezanecháva jazvy. Transplantácia vlasov p sa rodí bez chirurgická intervencia v priebehu niekoľkých hodín, v lokálnej anestézii, transplantáciou vlasov a umožnením ich transplantácie do problémovej oblasti až 6000-6500 FU (6-7 Norwood grade) na postup, za niekoľko hodín (10-12 hodín). Preto neexistujú žiadne pooperačné komplikácie (ako je poúrazový opuch, necitlivosť kože, modriny a iné).

Váš vzhľad netrpí a nestrácate schopnosť pracovať. Oblasť zberu vlasov a oblasť transplantácie sú neporušené a vyzerajú esteticky atraktívne. Po zákroku ostávajú drobné mikrorany (ako po lekárskej injekcii), ktoré sa hoja 3-5 dní.

Transplantované metódou HFE vlasy zaručene dorastú (v súlade s ich cyklom do jedného roka) a nikdy nevypadnú. Po 3-4 mesiacoch narastie asi 30% transplantovaných vlasov, po 6 mesiacoch - 50-60% a až po 10-12 mesiacoch - 100%.LIVE porovnanie metód transplantácie vlasov

Bipolárny tranzistor je jedným z najstarších, ale najznámejších typov tranzistorov a stále sa používa v modernej elektronike. Tranzistor je nevyhnutný, keď potrebujete ovládať pomerne silnú záťaž, pre ktorú riadiace zariadenie nemôže poskytnúť dostatočný prúd. Oni sú odlišné typy a výkon, v závislosti od vykonávaných úloh. Základné poznatky a vzorce o tranzistoroch nájdete v tomto článku.

Úvod

Pred začatím lekcie sa dohodneme, že diskutujeme iba o jednom spôsobe zapínania tranzistora. Tranzistor môže byť použitý v zosilňovači alebo prijímači a zvyčajne sa každý model tranzistora vyrába so špecifickými vlastnosťami, aby bol viac špecializovaný na lepšia práca v určitom zaradení.

Tranzistor má 3 vývody: základňu, kolektor a emitor. Nedá sa jednoznačne povedať, ktorý z nich je vstup a ktorý výstup, keďže všetky sú prepojené a tak či onak sa navzájom ovplyvňujú. Keď je tranzistor zapnutý v režime spínania (riadenie záťaže), funguje takto: prúd bázy riadi prúd z kolektora do emitora alebo naopak, v závislosti od typu tranzistora.

Existujú dva hlavné typy tranzistorov: NPN a PNP. Aby sme to pochopili, môžeme povedať, že hlavným rozdielom medzi týmito dvoma typmi je smer elektrického prúdu. To je možné vidieť na obrázku 1.A, kde je vyznačený smer prúdu. V NPN tranzistore jeden prúd tečie z bázy do tranzistora a druhý prúd tečie z kolektora do emitora, ale v PNP tranzistore je to naopak. Z funkčného hľadiska je rozdiel medzi týmito dvoma typmi tranzistorov napätie na záťaži. Ako môžete vidieť na obrázku, tranzistor NPN poskytuje 0V, keď je zapnutý, a PNP poskytuje 12V. Neskôr pochopíte, prečo to ovplyvňuje výber tranzistora.

Pre jednoduchosť budeme študovať iba tranzistory NPN, ale to všetko platí pre PNP, berúc do úvahy, že všetky prúdy sú obrátené.

Obrázok nižšie ukazuje analógiu medzi spínačom (S1) a tranzistorovým spínačom, kde je vidieť, že základný prúd uzatvára alebo otvára cestu prúdu z kolektora do emitora:

Ak presne poznáte vlastnosti tranzistora, môžete z neho vyťažiť maximum. Hlavným parametrom je zosilnenie tranzistora podľa DC, ktorý sa zvyčajne označuje Hfe alebo β. Je tiež dôležité poznať maximálny prúd, výkon a napätie tranzistora. Tieto parametre nájdete v dokumentácii k tranzistoru a pomôžu nám určiť hodnotu základného odporu, ktorá je popísaná nižšie.

Použitie tranzistora NPN ako spínača

Obrázok ukazuje zahrnutie tranzistora NPN ako spínača. S týmto zaradením sa veľmi často stretnete pri rozbore rôznych elektronických obvodov. Budeme študovať, ako spustiť tranzistor vo zvolenom režime, vypočítať základný odpor, prúdový zisk tranzistora a odpor záťaže. Navrhujem najjednoduchší a najpresnejší spôsob, ako to urobiť.

1. Predpokladajme, že tranzistor je v režime saturácie: V tomto prípade sa matematický model tranzistora stáva veľmi jednoduchým a poznáme napätie v bode V c. Nájdeme hodnotu základného odporu, pri ktorej bude všetko správne.

2. Stanovenie saturačného prúdu kolektora: Napätie medzi kolektorom a emitorom (Vce) je prevzaté z dokumentácie tranzistora. Emitor je pripojený na GND, respektíve V ce = V c - 0 = V c. Keď poznáme túto hodnotu, môžeme vypočítať saturačný prúd kolektora pomocou vzorca:

Niekedy je odpor záťaže RL neznámy alebo nemôže byť taký presný ako odpor cievky relé; V tomto prípade stačí poznať prúd potrebný na spustenie relé.
Uistite sa, že zaťažovací prúd nepresahuje maximálny kolektorový prúd tranzistora.

3. Výpočet požadovaného základného prúdu: Keď poznáte kolektorový prúd, môžete vypočítať minimálny požadovaný základný prúd na dosiahnutie tohto kolektorového prúdu pomocou nasledujúceho vzorca:

Z toho vyplýva, že:

4. Prekročenie povolených hodnôt: Po vypočítaní základného prúdu a ak sa ukáže, že je nižší, ako je uvedené v dokumentácii, môžete tranzistor preťažiť vynásobením vypočítaného základného prúdu, napríklad 10-krát. Tranzistorový spínač bude teda oveľa stabilnejší. Inými slovami, výkon tranzistora sa zníži, ak sa zaťaženie zvýši. Dávajte pozor, aby ste neprekročili maximálny základný prúd uvedený v dokumentácii.

5. Výpočet požadovanej hodnoty R b: Ak vezmeme do úvahy 10-násobné preťaženie, odpor Rb možno vypočítať pomocou nasledujúceho vzorca:

kde V 1 je riadiace napätie tranzistora (pozri obr. 2.a)

Ak je však emitor pripojený k zemi a je známe napätie báza-emitor (približne 0,7 V pre väčšinu tranzistorov) a za predpokladu, že V 1 = 5 V, vzorec možno zjednodušiť na nasledovné:

Je vidieť, že základný prúd sa vynásobí 10, berúc do úvahy preťaženie.
Keď je známa hodnota Rb, tranzistor je „nastavený“ tak, aby fungoval ako spínač, nazývaný tiež „režim saturácie a odpojenia“, kde „saturácia“ je, keď je tranzistor úplne otvorený a vedie prúd, a „rezanie“ je, keď je uzavretý a nevedie prúd.

Poznámka: Keď hovoríme , nehovoríme, že kolektorový prúd sa musí rovnať . To jednoducho znamená, že kolektorový prúd tranzistora môže stúpnuť na túto úroveň. Prúd sa bude riadiť Ohmovými zákonmi, rovnako ako každý elektrický prúd.

Výpočet zaťaženia

Keď sme uvažovali, že tranzistor je v režime saturácie, predpokladali sme, že niektoré jeho parametre sa nezmenili. Nie je to celkom pravda. V skutočnosti sa tieto parametre zmenili najmä zvýšením kolektorového prúdu, a preto je bezpečnejší na preťaženie. Dokumentácia uvádza zmenu parametrov tranzistora pri preťažení. Napríklad tabuľka na obrázku 2.B ukazuje dva parametre, ktoré sa výrazne menia:

H FE (β) sa mení s kolektorovým prúdom a napätím V CEsat. Samotný V CEsat sa však mení v závislosti od kolektorového a základného prúdu, ako je uvedené v tabuľke nižšie.

Výpočet môže byť veľmi zložitý, keďže všetky parametre spolu úzko a komplexne súvisia, preto je lepšie brať tie najhoršie hodnoty. Tie. najmenší H FE, najväčší V CEsat a V CEsat.

Typické použitie tranzistorového spínača

V modernej elektronike sa tranzistorový spínač používa na ovládanie elektromagnetických relé, ktoré spotrebúvajú až 200 mA. Ak chcete ovládať relé pomocou logického čipu alebo mikrokontroléra, potom je tranzistor nevyhnutný. Na obrázku 3.A je odpor základného odporu vypočítaný v závislosti od prúdu požadovaného relé. Dióda D1 chráni tranzistor pred impulzmi, ktoré generuje cievka pri vypnutí.

2. Pripojenie tranzistora s otvoreným kolektorom:

Mnohé zariadenia, ako napríklad rodina mikrokontrolérov 8051, majú porty s otvoreným kolektorom. Odpor základného odporu externého tranzistora sa vypočíta podľa popisu v tomto článku. Upozorňujeme, že porty môžu byť zložitejšie a často sa používajú tranzistory s efektom poľa namiesto bipolárnych a nazývajú sa výstupy s otvoreným odtokom, ale všetko zostáva úplne rovnaké ako na obrázku 3.B

3. Vytvorenie logického prvku OR-NOT (NOR):

Niekedy je potrebné použiť obvod logický prvok a nechcete použiť 14-kolíkový 4-prvkový integrovaný obvod, či už kvôli nákladom alebo priestoru na doske. Dá sa nahradiť dvojicou tranzistorov. Poznač si to frekvenčné charakteristiky takéto prvky závisia od charakteristík a typu tranzistorov, ale zvyčajne pod 100 kHz. Zníženie výstupného odporu (Ro) zvýši spotrebu energie, ale zvýši výstupný prúd.
Medzi týmito parametrami musíte nájsť kompromis.

Obrázok vyššie ukazuje bránu NOR postavenú pomocou 2 tranzistorov 2N2222. To je možné vykonať pomocou tranzistorov PNP 2N2907 s malými úpravami. Musíte len zvážiť, že všetko elektrické prúdy potom prúdte v opačnom smere.

Hľadanie chýb v tranzistorových obvodoch

Keď sa vyskytne problém v obvodoch obsahujúcich veľa tranzistorov, môže byť dosť ťažké zistiť, ktorý z nich je zlý, najmä ak sú všetky zaspájkované. Dám vám niekoľko tipov, ktoré vám pomôžu rýchlo nájsť problém v takejto schéme:

1. Teplota: Ak sa tranzistor veľmi zahrieva, pravdepodobne je niekde problém. Nie je nutné, aby bol problém horúci tranzistor. Zvyčajne sa vadný tranzistor ani nezohrieva. Toto zvýšenie teploty môže byť spôsobené iným tranzistorom, ktorý je k nemu pripojený.

2. Meranie V CE tranzistorov: Ak sú všetky rovnakého typu a všetky fungujú, mali by mať približne rovnaké VCE. Vyhľadajte tranzistory s rôznym V CE rýchly spôsob detekcia chybných tranzistorov.

3. Meranie napätia na základnom rezistore: Napätie na základnom rezistore je dosť dôležité (ak je tranzistor zapnutý). Pre budič tranzistora 5V NPN by mal byť pokles napätia na rezistore väčší ako 3V. Ak nedôjde k poklesu napätia na rezistore, potom je chybný buď tranzistor, alebo ovládacie zariadenie tranzistora. V oboch prípadoch je základný prúd 0.

Tranzistor je všadeprítomnou a dôležitou súčasťou modernej mikroelektroniky. Jeho účel je jednoduchý: umožňuje ovládať oveľa silnejší pomocou slabého signálu.

Najmä môže byť použitý ako riadený „tlmič“: absenciou signálu na „bráne“ blokuje tok prúdu a jeho napájaním ho umožňuje. Inými slovami: toto je tlačidlo, ktoré sa nestlačí prstom, ale privedením napätia. Toto je najbežnejšia aplikácia v digitálnej elektronike.

Tranzistory sú dostupné v rôznych baleniach: ten istý tranzistor môže vyzerať úplne inak. Pri prototypovaní sú najbežnejšie kryty:

TO-92 - kompaktný, pre ľahké zaťaženie

TO-220AB - masívny, dobrý odvod tepla, pre veľké zaťaženie

Označenie na schémach sa tiež líši v závislosti od typu tranzistora a štandardu označenia použitého v kompilácii. Ale bez ohľadu na variáciu, jeho symbol zostáva rozpoznateľný.

Bipolárne tranzistory

Bipolárne tranzistory (BJT, bipolárne tranzistory) majú tri kontakty:

Zberač - je napájaný vysoké napätie ktoré chcete spravovať

Báza - cez ňu sa dodáva malé množstvo prúd odomknúť veľké; základňa je uzemnená, aby ju blokovala

Emitor - prúd cez neho preteká z kolektora a základne, keď je tranzistor „otvorený“

Hlavnou charakteristikou bipolárneho tranzistora je indikátor h fe tiež známy ako zisk. Odráža, koľkokrát viac prúdu v sekcii kolektor-emitor môže prechádzať tranzistorom v porovnaní s prúdom báza-emitor.

Napríklad, ak h fe= 100, a cez bázu prejde 0,1 mA, potom cez seba prejde tranzistor maximálne 10 mA. Ak je v tomto prípade vo vysokoprúdovej sekcii súčiastka, ktorá spotrebuje napríklad 8 mA, dostane 8 mA a tranzistor bude mať „rezervu“. Ak existuje súčiastka, ktorá odoberá 20 mA, bude poskytnutá len s maximálnym prúdom 10 mA.

Dokumentácia pre každý tranzistor tiež uvádza maximálne prípustné napätia a prúdy na kontaktoch. Prekročenie týchto hodnôt vedie k nadmernému zahrievaniu a zníženiu životnosti a silné prekročenie môže viesť k zničeniu.

NPN a PNP

Vyššie opísaný tranzistor je takzvaný NPN tranzistor. Nazýva sa tak, pretože pozostáva z troch vrstiev kremíka spojených v poradí: Negatív-Pozitívny-Negatív. Kde negatívna je zliatina kremíka s prebytkom negatívnych nosičov náboja (n-dopovaná) a pozitívna je zliatina s prebytkom kladných nosičov náboja (p-dopovaná).

NPN sú efektívnejšie a bežnejšie v priemysle.

Pri označovaní PNP tranzistorov sa líšia v smere šípky. Šípka vždy ukazuje od P do N. Tranzistory PNP majú „obrátené“ správanie: prúd nie je blokovaný, keď je základňa uzemnená a blokovaná, keď ňou preteká prúd.

Tranzistory s efektom poľa

Tranzistory s efektom poľa (FET, Field Effect Transistor) majú rovnaký účel, ale líšia sa vnútornou štruktúrou. Konkrétnym typom týchto komponentov sú tranzistory MOSFET (Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor). Umožňujú vám pracovať s oveľa väčším výkonom pri rovnakých rozmeroch. A ovládanie samotnej „klapky“ sa vykonáva výlučne pomocou napätia: hradlom netečie žiadny prúd, na rozdiel od bipolárnych tranzistorov.

Tranzistory s efektom poľa majú tri kontakty:

Odtok - je naň privedené vysoké napätie, ktoré chcete ovládať

Brána - na ňu je aplikované napätie, ktoré umožňuje prúdenie prúdu; brána je uzemnená, aby blokovala prúd.

Zdroj - prúd cez neho preteká z odtoku, keď je tranzistor „otvorený“

N-kanál a P-kanál

Analogicky s bipolárnymi tranzistormi sa tranzistory poľa líšia polaritou. N-kanálový tranzistor bol opísaný vyššie. Sú najbežnejšie.

P-kanál, keď je označený, sa líši v smere šípky a opäť má „obrátené“ správanie.

Pripojenie tranzistorov na pohon vysokovýkonných komponentov

Typickou úlohou mikrokontroléra je zapnutie a vypnutie konkrétneho komponentu obvodu. Samotný mikrokontrolér má zvyčajne skromné ​​charakteristiky spracovania energie. Takže Arduino s výstupom 5 V na pin dokáže vydržať prúd 40 mA. Výkonné motory alebo ultrasvietivé LED diódy dokážu čerpať stovky miliampérov. Pri priamom pripojení takýchto záťaží môže čip rýchlo zlyhať. Navyše, pre fungovanie niektorých komponentov je potrebné napätie vyššie ako 5 V a Arduino nedokáže vyprodukovať viac ako 5 V z digitálneho výstupného kolíka.

Ale stačí jednoducho ovládať tranzistor, ktorý zase bude riadiť veľký prúd. Povedzme, že potrebujeme pripojiť dlhý LED pásik, ktorý vyžaduje 12 V a stále spotrebúva 100 mA:

Teraz, keď je výstup nastavený na logickú jednotku (vysoká), 5 V vstupujúcich do základne otvorí tranzistor a cez pásku potečie prúd - bude svietiť. Keď je výstup nastavený na logickú nulu (nízka), základňa bude cez mikrokontrolér uzemnená a tok prúdu bude zablokovaný.

Dávajte pozor na odpor obmedzujúci prúd R. Je potrebné, aby pri privedení riadiaceho napätia nevznikol skrat na trase mikrokontrolér - tranzistor - zem. Hlavnou vecou nie je prekročiť povolený prúd cez kontakt Arduino 40 mA, takže musíte použiť odpor s hodnotou najmenej:

Tu Ud- toto je pokles napätia na samotnom tranzistore. Závisí od materiálu, z ktorého je vyrobený a zvyčajne je 0,3 – 0,6 V.

Ale absolútne nie je potrebné udržiavať prúd na prípustnom limite. Je len potrebné, aby vám zosilnenie tranzistora umožnilo riadiť požadovaný prúd. V našom prípade je to 100 mA. Prijateľné pre použitý tranzistor h fe= 100, potom nám bude stačiť riadiaci prúd 1 mA

Pre nás je vhodný rezistor s hodnotou od 118 Ohm do 4,7 kOhm. Pre stabilnú prevádzku na jednej strane a mierne zaťaženie čipu na strane druhej je 2,2 kOhm dobrou voľbou.

Ak namiesto bipolárneho tranzistora použijete tranzistor s efektom poľa, môžete to urobiť bez odporu:

Je to spôsobené tým, že brána v takýchto tranzistoroch je riadená výlučne napätím: v sekcii mikrokontroléra - brána - zdroj nie je žiadny prúd. A vďaka svojim vysokým charakteristikám vám obvod využívajúci MOSFET umožňuje riadiť veľmi výkonné komponenty.