ДЛЯ ДОМА, ДЛЯ СЕМЬИ

Для дома, для семьи - помощь домашнему мастеру

глаза боятся, а руки делают

Работа биполярного транзистора.

| 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.

Поделиться с друзьями:


  1. 08. May. 2014 в 10:18
    1

    Класс!Россию никогда не победить!!!


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

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


  7. 08. May. 2014 в 23:18
    7

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


  8. 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. 08. May. 2014 в 23:45
    9

    Спасибо :mrgreen:


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

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


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

    Спасибо за ответ Сергей! 😉


  16. 10. Jan. 2015 в 11:51
    16

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


  17. 10. Jan. 2015 в 15:22
    17

    Здравствуйте Колян!
    Транзистор МП39Б, резистор 330 Ом.


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

    (с той схемы)


  24. 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. 04. Feb. 2015 в 17:40
    25

    Сергей, спасибо Вам! Буду пробовать! 💡


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

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


  32. 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!


  33. 18. Jun. 2017 в 10:27
    33

    Можете пояснить почему ток идёт от плюса к минусу после подключения второго источника питания? Ведь отрицательно заряженные электроны всегда двигаются к плюсу питания.


  34. 19. Jun. 2017 в 14:03
    34

    Добрый день, Azake!
    Вам надо почитать физику школьной программы. Так было принято, что ток бежит от плюса к минусу, а напряжение от минуса к плюсу. Электроны открыли намного позже электричества, и чтобы не переписывать учебники и толмуты решили все оставить как есть.


  35. 19. Jun. 2017 в 14:42
    35

    Про эту историю наслышаны. Просто у вас в начале статьи ток в одну сторону идёт, потом в другую.


  36. 08. Jul. 2024 в 22:42
    36

    Здравствуйте, спасибо, полезная статья. Подскажите а диод Шоттки не подойдет для этих схем? Просто у меня есть несколько диодов Шоттки которые нужно проверить на исправность. Я не уверен в показателях мультиметра, поэтому нужно собрать простую схему.


  37. 10. Jul. 2024 в 21:25
    37

    Дмитрий, добрый вечер!
    Если вместо обычного диода поставить диод Шоттки, то проблем с работой схемы не будет.
    Если же на вместо диода Шоттки установить обычный диод, то проблемы могут возникнуть, так как доды Шоттки работают на более высоких частотах, чем обычные диоды.


  38. 11. Jul. 2024 в 16:03
    38

    Для проверки батарейки 3.3V(та которая используется в компьюетере), достаточно приложить светодиод плюс к плюсу, минус к минусу. Светодиод будет светиться. Можно ли светодиод использовать и в этой схеме, вместо лампочки?


  39. 12. Jul. 2024 в 21:29
    39

    Дмитрий!
    Большой разницы нет. Но всегда помните: по отношению к лампе накаливания светодиод потребляет тока на много меньше, что затруднит качество эксперимента.
    в некоторых моментах светодиод может светиться в половину накала, тогда как лампа накаливания, имеющая спираль, из-за большего потребления тока светиться не будет


  40. 19. Jul. 2024 в 02:27
    40

    На картинке два провода, черный идет от лампы, а красный от транзистора (эмиттера) и ведут они к Uпит 4.5В. Не совсем понятно, что нужно подключать на конце красного и черного провода. Батарейка уже подключена, какой дополнительный источник должен быть в 4.5В?

Оставить комментарий

Subscribe without commenting