Для дома, для семьи

Работа биполярного транзистора.

Дата: 07.05.2014 | Раздел: Радио для дома

Здравствуйте уважаемые читатели сайта sesaga.ru. Продолжаем разбираться с устройством и работой биполярного транзистора.
В предыдущей части мы узнали как устроен транзистор, в общих чертах рассмотрели технологии изготовления германиевых и кремниевых транзисторов и разобрались как они маркируются.

Сегодня мы проведем несколько опытов и убедимся, что биполярный транзистор действительно состоит из двух диодов, включенных встречно, и что транзистор является усилителем сигнала.

Нам понадобится маломощный германиевый транзистор структуры p-n-p из серии МП39 – МП42, лампа накаливания, рассчитанная на напряжение 2,5 Вольта и источник питания на 4 – 5 Вольт. Вообще, для начинающих радиолюбителей я рекомендую собрать небольшой регулируемый блок питания, с помощью которого Вы будете питать свои конструкции.

1. Транзистор состоит из двух диодов.

Чтобы убедиться в этом, соберем небольшую схему: базу транзистора VT1 соединим с минусом источника питания, а вывод коллектора с одним из выводов лампы накаливания EL. Теперь если второй вывод лампы соединить с плюсом источника питания, то лампочка загорится.

Прямое напряжение на коллекторном переходе

Лампочка загорелась потому, что на коллекторный переход транзистора мы подали прямое — пропускное напряжение, которое открыло коллекторный переход и через него потек прямой ток коллектора . Величина этого тока зависит от сопротивления нити накала лампы и внутреннего сопротивления источника питания.

А теперь рассмотрим эту же схему, но транзистор изобразим в виде пластины полупроводника.

Основные носители заряда в базе электроны, преодолевая p-n переход, попадают в дырочную область коллектора и становятся неосновными. Ставшие неосновными, электроны базы поглощаются основными носителями в дырочной области коллектора дырками. Таким же образом дырки из области коллектора, попадая в электронную область базы, становятся неосновными и поглощаются основными носителями заряда в базе электронами.

Работа коллекторного перехода транзистора

На контакт базы, соединенный с отрицательным полюсом источника питания, будет поступать практически неограниченное количество электронов, пополняя убывание электронов из области базы. А контакт коллектора, соединенный с положительным полюсом источника питания через нить накала лампы, способен принять такое же количество электронов, благодаря чему будет восстанавливаться концентрация дырок в области базы.

Таким образом, проводимость p-n перехода станет большой и сопротивление току будет мало, а значит, через коллекторный переход будет течь ток коллектора . И чем больший будет этот ток, тем ярче будет гореть лампа.

Лампочка будет гореть и в случае, если ее включить в цепь эмиттерного перехода. На рисунке ниже показан именно этот вариант схемы.

Прямой ток эмиттерного перехода

А теперь немного изменим схему и базу транзистора VT1 подключим к плюсу источника питания. В этом случае лампа гореть не будет, так как p-n переход транзистора мы включили в обратном направлении. А это значит, что сопротивление p-n перехода стало велико и через него течет лишь очень малый обратный ток коллектора Iкбо не способный раскалить нить накала лампы EL. В большинстве случаев этот ток не превышает нескольких микроампер.

Обратный ток коллектора

А чтобы окончательно убедиться в этом, опять рассмотрим схему с транзистором, изображенным в виде пластины полупроводника.

Электроны, находящиеся в области базы, переместятся к плюсу источника питания, отдаляясь от p-n перехода. Дырки, находящиеся в области коллектора, также будут отдаляться от p-n перехода, перемещаясь к отрицательному полюсу источника питания. В результате граница областей как бы расширится, отчего образуется зона обедненная дырками и электронами, которая будет оказывать току большое сопротивление.

Обратное включение коллекторного перехода

Но, так как в каждой из областей базы и коллектора присутствуют неосновные носители заряда, то небольшой обмен электронами и дырками между областями происходить все же будет. Поэтому через коллекторный переход будет протекать ток во много раз меньший, чем прямой, и этого тока не будет хватать, чтобы зажечь нить накала лампы.

2. Работа транзистора в режиме переключения.

Сделаем еще один опыт, показывающий один из режимов работы транзистора.
Между коллектором и эмиттером транзистора включим последовательно соединенные источник питания и ту же лампу накаливания. Плюс источника питания соединим с эмиттером, а минус через нить накала лампы с коллектором. Лампа не горит. Почему?

Включение напряжения между коллектором и эмиттером

Все очень просто: если приложить напряжение питания между эмиттером и коллектором, то при любой полярности один из переходов окажется в прямом, а другой в обратном направлении и будет мешать прохождению тока. В этом не трудно убедиться, если взглянуть на следующий рисунок.

На рисунке видно, что эмиттерный переход база-эмиттер включен в прямом направлении и находится в открытом состоянии и готов принять неограниченное количество электронов. Коллекторный переход база-коллектор, наоборот, включен в обратном направлении и препятствует прохождению электронов к базе.

Отсюда следует, что основные носители заряда в области эмиттера дырки, отталкиваемые плюсом источника питания, устремляются в область базы и там взаимопоглощаются (рекомбинируют) с основными носителями заряда в базе электронами. В момент насыщения, когда с той и с другой стороны свободных носителей заряда не останется, их движение прекратится, а значит, перестает течь ток. Почему? Потому что со стороны коллектора не будет подпитки электронами.

Включение напряжения между эмиттером и коллектором транзистора

Получается, что основные носители заряда в коллекторе дырки притянулись отрицательным полюсом источника питания, а некоторые из них взаимно поглотились электронами, поступающими со стороны минуса источника питания. А в момент насыщения, когда с обеих сторон не останется свободных носителей заряда, дырки, за счет своего преобладания в области коллектора, заблокируют дальнейший проход электронам к базе.

Таким-образом между коллектором и базой образуется зона обедненная дырками и электронами, которая будет оказывать току большое сопротивление.

Конечно, благодаря магнитному полю и тепловому воздействию мизерный ток все же протекать будет, но сила этого тока так мала, что не способна раскалить нить накала лампы.

Теперь в схему добавим проволочную перемычку и ей замкнем базу с эмиттером. Лампочка, включенная в коллекторную цепь транзистора, опять не будет гореть. Почему?

Добавляем в схему проволочную перемычку

Потому что при замыкании базы и эмиттера перемычкой коллекторный переход становится просто диодом, на который подается обратное напряжение. Транзистор находится в закрытом состоянии и через него идет лишь незначительный обратный ток коллектора Iкбо.

А теперь схему еще немного изменим и добавим резистор сопротивлением 200 – 300 Ом, и еще один источник напряжения в виде пальчиковой батарейки.
Минус батарейки соедините через резистор с базой транзистора, а плюс батарейки с эмиттером. Лампа загорелась.

Подаем на базу отпирающее напряжение

Лампа загорелась потому, что мы подключили батарейку между базой и эмиттером, и тем самым подали на эмиттерный переход прямое отпирающее напряжение. Эмиттерный переход открылся и через него пошел прямой ток, который открыл коллекторный переход транзистора. Транзистор открылся и по цепи эмиттер-база-коллектор потек коллекторный ток , во много раз больший тока цепи эмиттер-база. И благодаря этому току лампочка загорелась.

Если же мы поменяем полярность батарейки и на базу подадим плюс, то эмиттерный переход закроется, а вместе с ним закроется и коллекторный переход. Через транзистор потечет обратный коллекторный ток Iкбо и лампочка потухнет.

Резистор ограничивает ток в базовой цепи. Если ток не ограничивать и на базу подать все 1,5 вольта, то через эмиттерный переход потечет слишком большой ток, в результате которого может произойти тепловой пробой перехода и транзистор выйдет из строя. Как правило, для германиевых транзисторов отпирающее напряжение составляет не более 0,2 вольта, а для кремниевых не более 0,7 вольта.

И опять разберем эту же схему, но транзистор представим в виде пластины полупроводника.

При подаче отпирающего напряжения на базу транзистора открывается эмиттерный переход и свободные дырки из эмиттера начинают взаимопоглощаться с электронами базы, создавая небольшой прямой базовый ток .

Работа биполярного транзистора

Но не все дырки, вводимые из эмиттера в базу, рекомбинируют с ее электронами. Как правило, область базы делается тонкой, а при изготовлении транзисторов структуры p-n-p концентрацию дырок в эмиттере и коллекторе делают во много раз большей, чем концентрацию электронов в базе, поэтому лишь малая часть дырок поглощается электронами базы.

Основная же масса дырок эмиттера проходит базу и попадает под действие более высокого отрицательного напряжения действующего в коллекторе, и уже вместе с дырками коллектора перемещается к его отрицательному контакту, где и взаимопоглощается вводимыми электронами отрицательным полюсом источника питания GB.

В результате этого сопротивление коллекторной цепи эмиттер-база-коллектор уменьшится и в ней течет прямой коллекторный ток во много раз превышающий базовый ток цепи эмиттер-база.

Чем больше отпирающее напряжение на базе, тем больше дырок вводится из эмиттера в базу, тем значительнее ток в коллекторной цепи. И, наоборот, чем меньше отпирающее напряжение на базе, тем меньший ток в коллекторной цепи.

Если в момент работы транзистора в базовую и коллекторную цепи включить миллиамперметр, то при закрытом транзисторе токов в этих цепях практически не было бы.

При открытом же транзисторе ток базы составлял бы 2-3 mA, а ток коллектора был бы около 60 – 80 mA. Все это говорит о том, что транзистор может быть усилителем тока.

В этих опытах транзистор находился в одном из двух состояний: открытом или закрытом. Переключение транзистора из одного состояния в другое происходило под действием отпирающего напряжения на базе . Такой режим транзистора называют режимом переключения или ключевым. Такой режим работы транзистора используют в приборах и устройствах автоматики.

На этом закончим, а в следующей части разберем работу транзистора в режиме усиления на примере простого усилителя звуковой частоты, собранного на одном транзисторе.
Удачи!

Литература:

1. Борисов В.Г — Юный радиолюбитель. 1985г.
2. Е. Айсберг — Транзистор?.. Это очень просто! 1964г.

Понравилась статья - поделитесь с друзьями:

  1. сергей
    08. May. 2014 в 10:18
    1

    Класс!Россию никогда не победить!!!

  2. Сергей
    08. May. 2014 в 16:00
    2

    Добрый день Сергей!
    Еще никто не смог!
    Всякую сволочь били, бьем и будем бить.
    С НАСТУПАЮЩИМ ПРАЗДНИКОМ ПОБЕДЫ!!!

  3. Cthutq
    08. May. 2014 в 22:19
    3

    Сергей,по теме транзисторов ,скажи пожалуйста находил много несложных схем плавного тушения света в салоне авто(светодиодов) и там почти всегда КТ819Г или КТ829А итд.Ходил в магазин таких нет ,как и аналогов.Вопрос :могу ли я использовать любой тр-р,учитывая полярность.Нашол мног в сломаных приборах.Есть ли риск загорания такого устройства,в следствии повышения температуры.Cпасибо

  4. Сергей
    08. May. 2014 в 22:46
    4

    Добрый вечер Cthutq!
    Это мощные транзисторы и рассчитаны на нагрузку 5-10 Ампер и высокое напряжение.
    Если Вы предполагаете использовать низковольтную нагрузку до 2 Ампер, то можете смело использовать транзисторы из серии КТ814 — КТ817 с любым буквенным индексом.
    Только обязательно установите транзистор на радиатор.
    Удачи!

  5. Cергей
    08. May. 2014 в 23:08
    5

    Спасибо,но как раз такие я и не могу найти.Есть ли другие варианты ? Другие серии их же очень много ?

  6. Сергей
    08. May. 2014 в 23:12
    6

    Сергей!
    Это самые распространенные транзисторы средней мощности.
    А какую конструкцию Вы хотите собрать?

  7. Cергей
    08. May. 2014 в 23:18
    7

    http://yadi.sk/d/ymbKWhkCPZEnt -здесь описание на видео,только хочу использовать для освещения салона.

  8. Сергей
    08. May. 2014 в 23:42
    8

    Сергей!
    Используйте любой мощный транзистор (импортный или отечественный) структуры n-p-n с любым буквенным индексом. Мощность транзистора будет зависеть от мощности нагрузки.
    Удачи!

  9. Cергей
    08. May. 2014 в 23:45
    9

    Спасибо :mrgreen:

  10. Cергей
    09. May. 2014 в 00:02
    10

    Интересно он греется(тр) когда лампа будет гореть,либо в режиме ожидания.Получается в приложеной схеме не хватает радиатора ? 😆

  11. Сергей
    09. May. 2014 в 00:16
    11

    Сергей!
    Все зависит от нагрузки. Если использовать светодиодную подсветку для одной фары, то радиатор не нужен, а если использовать лампы накаливания, то радиатор обязательно нужен. Все это можно определить экспериментально.
    P.S. Я бы радиатор поставил в любом случае.
    С праздником победы!!!
    Удачи!

  12. Cергей
    09. May. 2014 в 00:44
    12

    Я понял,спасибо)) С Праздником,удачи!!! 😯

  13. Александр
    23. Sep. 2014 в 15:58
    13

    Здравствуйте!

    Собрал схему, усиления транзистора. Возник вопрос, при подключении миллиамперметра на коллектор -эмиттер амперметр показал величину 50 мА. Когда я отключил транзистор и подключил к батарее 4,5В только лампочку миллиамперметр, показал так же 50 мА. Не понятно, усиление транзистора не заметил?

  14. Сергей
    24. Sep. 2014 в 13:53
    14

    Александр!
    Лампочкой усиления Вы не увидите. В статье лампочка используется для демонстрации работы транзистора в общем.
    Чтобы получить заметное усиление нужно добавить еще пару каскадов, а в качестве нагрузки использовать, например, громкоговоритель.

  15. Александр
    25. Sep. 2014 в 09:38
    15

    Спасибо за ответ Сергей! 😉

  16. Колян
    10. Jan. 2015 в 11:51
    16

    Сергей на фотографии вы использовали транзистор какой?И какой резистор?Заранее спасибо!

  17. Сергей
    10. Jan. 2015 в 15:22
    17

    Здравствуйте Колян!
    Транзистор МП39Б, резистор 330 Ом.

  18. Сергей
    03. Feb. 2015 в 17:47
    18

    Сергей подскажите пожалуйста! Бьюсь над схемой стабилизатора из разряда «Ясельная группа» Суть: две крены 5В 2А Макс. и 5В 1.5А Макс. Соединённые межсобой. Нужно СТАБИЛИЗИРОВАТЬ ТОК на два выхода 5В 0.5А и 5В 2А. Вопрос: поставить транзисторы по выходам или резисторы? Если да, то какие маркировки элементов или нужно другое решение?

  19. Сергей
    03. Feb. 2015 в 22:48
    19

    Сергей!
    Для выхода 0,5А оставьте КРЕНку, а выход на 2А сделайте с транзистором. Вот ссылка:

    http://radiokot.ru/forum/viewtopic.php?f=11&t=84521

  20. Сергей
    04. Feb. 2015 в 15:03
    20

    Спасибо, разобрался, почти. Там где написано «Uвх» — это вход для запитываемого устройства? Там схама питается от трансформатора на 5В, а у меня 12В, значит так делать?
    https://yadi.sk/i/6SFLh-HNeTiDK
    Если верно изменил, то подскажите пожалуйста по конденсаторам 😆 🙂

  21. Сергей
    04. Feb. 2015 в 15:33
    21

    Сергей!
    А зачем Вы корректировали схему? Вы ее полностью повторяйте и это будем выход 5В, 2А. А для выхода 5В, 0,5А используйте вторую кренку в типовом включении. Запитывайте их от общего источника напряжения.

  22. Сергей
    04. Feb. 2015 в 17:06
    22

    По дурости(подумал, что транзистору 12В много) 🙂 . Я понял. Буду пробовать. Единственное, если не затруднит: подскажите пожалуйста параметры ватт у резистора и конденсаторов.

  23. Сергей
    04. Feb. 2015 в 17:06
    23

    (с той схемы)

  24. Сергей
    04. Feb. 2015 в 17:22
    24

    Сергей!
    Резистор стоит в цепи управлении, поэтому мощность пойдет 0,125 или 0,25Вт.
    На входе поставьте один общий конденсатор емкостью 2200 мкФ, а на выходе достаточно 220 мкФ для каждой кренки.

  25. Сергей
    04. Feb. 2015 в 17:40
    25

    Сергей, спасибо Вам! Буду пробовать! 💡

  26. Александр
    02. Mar. 2015 в 17:37
    26

    Сергей, здравствуйте!
    Большое спасибо за статьи по полупроводникам. Очень помогают разобраться в физике протекающих в них процессов. Но все-таки чем больше вникаешь, тем больше появляется вопросов ))

    Вот Вы пишите о случае, когда напряжение подводится только к К и Э:
    «Отсюда следует, что основные носители заряда в области эмиттера дырки, отталкиваемые плюсом источника питания, устремляются в область базы и там взаимопоглощаются (рекомбинируют) с основными носителями заряда в базе электронами. В момент насыщения, когда с той и с другой стороны свободных носителей заряда не останется, их движение прекратится, а значит, перестает течь ток.»

    Но потом, когда речь идет уже о включении управляющего напряжения на базе:
    «Но не все дырки, вводимые из эмиттера в базу, рекомбинируют с ее электронами. Как правило, область базы делается тонкой, а при изготовлении транзисторов структуры p-n-p концентрацию дырок в эмиттере и коллекторе делают во много раз большей, чем концентрацию электронов в базе, поэтому лишь малая часть дырок поглощается электронами базы.»

    Как же они в первом случае рекомбинируют, если имеет место быть значительная разность в концентрации?

  27. Сергей
    02. Mar. 2015 в 19:27
    27

    Добрый вечер Александр!
    В базу не вводится подпитка электронами, и поэтому по их окончании в области базы, ток между коллектором и эмиттером прекращает течь, так как нечему взаимопоглощаться.
    Вы читайте последующие абзацы, там все объясняется.
    Просто я не хочу переписывать эти абзацы в комментарии.
    Удачи!

  28. Элеонора
    26. Sep. 2015 в 23:29
    28

    Сергей!
    Объясните пожалуйста как работают ОЭ,ОК,ОБ,и как они устроены, я тут читала книгу «Юныйр радиолюбитель»выпуск 1987 по схеме ,не поняла.
    Спасибо большое заранее!

  29. Сергей
    27. Sep. 2015 в 11:44
    29

    Добрый день Элеонора!
    В двух словах не объяснить.
    На эту тему пишу статью, где за основу взят материал из книги Борисова.
    В свое время я учился радиоэлектронике по его книге «Юный радиолюбитель».

  30. Элеонора
    27. Sep. 2015 в 11:51
    30

    Сергей,
    Не поделитись ли с информацией когда будет готова ваша статья? Я вот буквально недавно прочитала книгу Борисова, про ОЭ,ОК,ОБ.все равно капитально,не поняла. А вот вашу статью про транзисторов прекрасно поняла!
    Спасибо заранее!

  31. Сергей
    27. Sep. 2015 в 16:51
    31

    Элеонора!
    Спасибо!
    Попробуйте почитать книгу Айсберга «Транзистор». Тоже хорошо пишет.

  32. Элеонора
    27. Sep. 2015 в 22:38
    32

    Сергей,
    Извините что опять к вам обращаюсь, но у меня нету этой книги.Есть ли у вас в электронном виде этой книги(Айсберга) а то я совсем застряла в недоумении ОЭ,ОК,ОБ транзисторов.Вы не представляете я все сайты посмотрела но совсем не понимаю ;-(!
    Помогите пожалуйста!
    Спасибо заранее!

Оставить комментарий

Подписаться без комментирования

Наверх