Биполярные транзисторы. основные характеристики: входные, выходные, проходные. электрические и экспоненциальные параметры

Биполярный транзистор

Биполярный транзистор обладает двумя переходами: p-n-p или n-p-n. Принципиальное различие между ними – направление течения тока.

Коллектор и эмиттер, обладающие одинаковой проводимостью (в n-p-n транзисторе n-проводимостью), разделены базой, которая обладает p-проводимостью. Если даже эмиттер подключен к источнику питания, ему не пробиться напрямую в коллектор. Для этого необходимо подать ток на базу.

В таком случае электроны из эмиттера заполняют «дырки» последней. Но так как база слабо легирована, то и дырок в ней мало. Поэтому большая часть электронов переходит в коллектор и они начинают свое движение по цепи. Ток коллектора практически равен току эмиттера, ведь на базу приходится очень маленькое его значение.

Чтобы нагляднее себе это представить, можно воспользоваться аналогией с водопроводной трубой. Для управления количеством воды нужен вентиль (транзистор). Если приложить к нему небольшое усилие, он увеличит свое проходное сечение трубы и через него начнет проходить больше воды.

Принцип работы биполярного транзистора

Принцип работы биполярного транзистора для чайников опишем на образце P→N→P транзисторного аппарата на рисунке 3. Принцип работы биполярного транзистора N→P→N вида сходен переходу в прямом направлении, только в этом случае заряды — электрические частицы движутся от «К» до «Э». Для выполнения данного условия необходимо всего на всего изменить полярность подключенного напряжения.

Рисунок 3 — Принцип работы P→N→P транзистора

При отсутствии внешних возмущений, внутри биполярника между его слоями будет существовать разность зарядов. На границах раздела будут установлены единые барьерные мосты, так как в это время доля «дырок» в коллекторе соответствует их численности в эмиттере.

Для точной работы биполярного транзистора переход в коллекторном пласте необходимо сместить в противоположном курсе, в то же время в эмиттере направленность перехода должна быть прямым. В этом случае режим функционирования будет активным.

Для выполнения вышеуказанных условий необходимо применить два питания, один из которых с положительным знаком соединяем с концом эмиттера, «минус» подключаем к базовому слою. Второй источник напряжения соединяем в следующем порядке: «плюс» к базовому концу, «минус» — к концу коллектора. Изобразим подключение на рисунке 4.

Рисунок 4 — Принципиальная схема подключения транзистора

Под воздействием напряжения Uэ, Uк через барьеры совершается переход дырок в эмиттере №1-5 и в базовом слое электрически заряженных частиц №7,8. В данном случае величина тока в эмиттере будет зависеть от количества переходов дырок, так как их больше.

Дырки, которые перешли в базовый слой собираются у барьерного перехода. Тем самым у границы с эмиттерным слоем будет собираться массовое количество дырок, в то же время у границы с «К», концентрация их существенно ниже. В связи с этим начнется диффузия дырок к «К» и близи границы произойдет их ускорение поля «Б» и переход в «К».

При перемещении через средний слой базы дырки рекомбинируют, заряженный электрон 6 замещает дырку 5. Такое перемещение будет совершаться с увеличением плюсового заряда при переходе дырок, соответственно движение зарядов в обратном направлении будет создавать ток определенной величины, а база остается электрически нейтральной.

Число дырок, которые перешли в коллектор будет меньше числа, которые покинули эмиттер. Это значит, что электрический ток «К» будет отличаться от значения тока «Э».

Обратный переход дырок из коллектора нежелателен и снижает эффективность транзистора, потому что переход осуществляется не основными, а вспомогательными носителями энергии и зависит данный переход сугубо от величины температуры. Данный ток носит название тока тепла. По значению теплового тока судят о качестве биполярного транзистора.

Рисунок 5 — Направление токов в биполярном транзисторе

На основании выше изложенного напрашивается вывод: любое изменение тока в структуре слоев эмиттер — база сопровождается изменением величины тока коллектора, причем самое малое изменение «базового» тока приведет к значимой коррекции выходного коллекторного тока.

Транзистор как усилитель

Транзистор также может работать в качестве усилителя слабых сигналов, то есть он может находиться в любом положении между «полностью включено» и «полностью выключено».

Это означает, что слабый сигнал может управлять транзистором и создать более сильную копию этого сигнала на переходе коллектор-эмиттер (или сток-исток). Таким образом, транзистор может усиливать слабые сигналы.

Вот простой усилитель для управления динамиком сигналом прямоугольной формы:

Тестер транзисторов / ESR-метр / генератор
Многофункциональный прибор для проверки транзисторов, диодов, тиристоров…

Подробнее

Для каких устройств нужны условные графические обозначения?

Для всех устройств, входящих в состав технического решения по системе видеонаблюдения, а также для указаний по прокладке кабельных линий. Приведем лишь часть необходимых УГО:

Комментарий Видеомакс

К сожалению, в нормативных документах содержатся не все необходимые в проекте УГО. Например, в Р 071-2017 УГО камер видеонаблюдения всего три — отдельно выделены поворотные и в термокожухе. Но что делать с огромным количеством различных типов корпусов для камер — ведь они не укладываются в эти три типа? Да и для много другого оборудования УГО не хватает. Мы кране не рекомендуем изобретать собственные УГО, а важные отличительные особенности видеокамер и оборудования указывать в буквенно-цифровом обозначении устройства или рядом с ним.

Характеристики полевого МОП транзистора

Для того, чтобы узнать характеристики транзистора, нам надо открыть на него даташит и рассмотреть небольшую табличку на первой странице даташита. Будем рассматривать транзистор, который мы использовали в своих опытах: IRFZ44N.

Напряжение V_GS   – это напряжение между Затвором и Истоком. Смотрим на даташит и видим, что максимальное напряжение, которое можно подать на Затвор это +-20 Вольт. Более 20 Вольт в обе стороны пробьет тончайший слой диэлектрика, и транзистор придет в негодное состояние.

Максимальная сила тока I_D , которая может течь через канал Сток-Исток.

Как мы видим, транзистор в легкую может протащить через себя 49 Ампер!!!

Но это при температуре кристалла 25 градусов по Цельсию. А так номинальная сила тока 35 Ампер при температуре кристалла 100 градусов, что чаще всего и происходит на практике.

R_DS(on) – сопротивление полностью открытого канала Стока-Истока. В режиме насыщения, сопротивление канала транзистора достигает ну очень малого значения. Как вы видите, у нашего подопечного сопротивление канала достигает 17,5 мОм (при условии, что напряжение на Затворе = 10 Вольт, а ток Стока  = 25 Ампер).

Максимальная рассеиваемая мощность P_D  – это мощность, которую транзистор может рассеять на себе, превращая эту мощность в тепло. В нашем случае это 94 Ватта. Но здесь также должны быть соблюдены различные условия – это температура окружающей среды, а также есть ли у транзистора радиатор.

Также различные зависимости одних параметров от других можно увидеть в даташите на последних страницах.

Например, ниже на графике приводится зависимость тока Стока от напряжения Стока-Истока при каких-то фиксированных значениях напряжения на Затворе при температуре кристалла (подложки) 25 градусов Цельсия (комнатная температура). Верхняя линия графика приводится для напряжения 15 Вольт на Затворе. Другие линии в порядке очереди по табличке вверху слева:

Также есть интересная зависимость сопротивления канала  полностью открытого транзистора от температуры кристалла:

Если посмотреть на график, то можно увидеть, что при температуре кристалла в 140 градусов по Цельсию у нас сопротивление канала увеличивается вдвое. А при отрицательных температурах наоборот уменьшается.

Изображение электрооборудования на планах

Согласно ГОСТ 21.210-2014 — документу, регламентирующему условные графические изображения электрооборудования и проводок на планах, есть четкие условные обозначения для каждого вида электрических устройств и связующих их звеньев: проводок, шин, кабелей. Распространяются они для каждого вида оборудования и недвусмысленно определяют его на схеме в виде графического или буквенно-численного условного обозначения.

Вам это будет интересно Редактор для рисования схем

В документе приведены представления для:

• Электрооборудования, электротехнических устройств и электроприемников;
• Линий проводок и токопроводов;
• Шин и шинопроводов;
• Коробок, шкафов, щитов и пультов;
• Выключателей, переключателей;
• Штепсельных розеток;
• Светильников и прожекторов.

Электрооборудование, электротехнические устройства и электроприемники

К категории электрооборудования относятся: силовые трансформаторы, масляные выключатели, разъединители и отделители, короткозамыкатели, заземлители, автоматические быстродействующие выключатели и бетонные реакторы.

Таблица УГО для электрооборудования

К электротехническим устройствам и приемникам относятся: простейшие электротехнические устройства, общие электрические аппараты с двигателями, электроустройства, работающие на электроприводе, приборы с генераторами, приборы представляющие собой двигатели и генераторы, трансформаторные устройства, конденсаторные и комплектные установки, аккумулирующая аппаратура, нагревательные элементы электрического типа. Их обозначения представлены на картинке ниже.

УГО для электротехнических устройств

Линии проводок и токопроводов

К данной категории относятся: линии проводки, цепи управления, линии напряжения, линии заземления, провода и кабеля, а также их возможные виды проводки (в лотке, под плинтусом, вертикальная, в коробе и т.д). В таблицах ниже представлены основные обозначения для этой категории.

Первая таблица обозначений для линий проводок

Линии проводок представляют собой кабеля и провода, способные передавать электроэнергию на достаточно большие расстояния. Токопроводами же чаще всего называют электротехнические устройства, способные передавать электричество на небольшое расстояние. Например, от генератора тока к трансформатору и так далее.

Вторая таблица обозначений для линий проводок

Третья таблица обозначений для линий проводок

Четвертая таблица обозначений для линий проводок

Шины и шинопровода

Шинопроводы представляют собой кабельные устройства, которые состоят из проводниковых элементов, изоляции и распределителей, которые передают и распределяют электроэнергию в производственных помещениях. Условные обозначения шин и шинопроводов представлены на картинке ниже.

Обозначение шин и шинопроводов

Выключатели, переключатели и штепсельные розетки

Сюда входят и штепсельные розетки.

Первая таблица обозначений для переключателей

Все эти элементы используют для переключения, включения и отключения электрических цепей.

Вторая таблица обозначений для переключателей

Это может быть освещение или изменение напряжения. Следующие таблицы содержат основные обозначения для такого типа электроэлементов.

Третья таблица обозначений для переключателей

Обновленная версия ГОСТ содержит изображения светильников с лампами люминесцентными и светодиодными.

УГО электромашин

Приведем несколько примеров, отображения электрических машин (далее ЭМ) в соответствии с действующим стандартом.

Обозначение электродвигателей и генераторов на принципиальных схемах (ГОСТ 2.722-68)

Описание обозначений:

A – трехфазные ЭМ:

1. Асинхронные (ротор короткозамкнутый).
2. Тоже, что и пункт 1, только в двухскоростном исполнении.
3. Асинхронные ЭМ с фазным исполнением ротора.
4. Синхронные двигатели и генераторы.

B – Коллекторные, с питанием от постоянного тока:

1. ЭМ с возбуждением на постоянном магните.
2. ЭМ с катушкой возбуждения.

Обозначение электродвигателей на схемах

УГО трансформаторов и дросселей

С примерами графических обозначений данных устройств можно ознакомиться на представленном ниже рисунке.

Правильные обозначения трансформаторов, катушек индуктивности и дросселей (ГОСТ 2.723-78)

Описание обозначений:

• А – Данным графическим символом могут быть обозначены катушки индуктивности или обмотки трансформаторов.
• В – Дроссель, у которого имеется ферримагнитный сердечник (магнитопровод).
• С – Отображение двухкатушечного трансформатора.
• D – Устройство с тремя катушками.
• Е – Символ автотрансформатора.
• F – Графическое отображение ТТ (трансформатора тока).

2.10. Электрические машины (ГОСТ 2.722-68*)

В устройствах автоматики и телемеханики, в конструкциях промышленных станков и строительно-дорожных машин для привода различных механизмов используют электрические машины. Базовое обозначение статора и ротора электродвигателя имеет форму окружности (табл. 2.10).

Таблица 2.10

Базовые элементы УГО электрических машин

ГОСТ 2.722-68* предусматривает УГО, поясняющие конструкцию электрических машин (табл. 2.11), УГО электрических машин в двух формах (табл. 2.12). Внутри окружности допускается указывать следующие надписи латинскими буквами: G – генератор; М – двигатель; В – возбудитель; ВR – тахогенератор. Разрешается также указывать род тока, число фаз, вид соединения обмоток.

Таблица 2.11

УГО, поясняющие конструкцию электрических машин (ГОСТ 2.722-68*)

Таблица 2.12

УГО электрических машин (форма 1 и 2)

Устройство и принцип работы для начинающих

Технологии оперируют не только зарядом электричества, но и магнитным полем, световыми квантами и фотонами. Принцип действия транзистора заключается в состояниях, между которыми переключается устройство. Противоположный малый и большой сигнал, открытое и закрытое состояние — в этом заключается двойная работа приборов.

Вместе с полупроводниковым материалом в составе, используемого в виде монокристалла, легированного в некоторых местах, транзистор имеет в конструкции:

• выводы из металла;
• диэлектрические изоляторы;
• корпус транзисторов из стекла, металла, пластика, металлокерамики.

До изобретения биполярных или полярных устройств использовались электронные вакуумные лампы в виде активных элементов. Схемы, разработанные для них, после модификации применяются при производстве полупроводниковых устройств. Их можно было подключить как транзистор и применять, т. к. многие функциональные характеристики ламп годятся при описании работы полевых видов.

Watch this video on YouTube

Преимущества и недостатки замены ламп транзисторами

Изобретение транзисторов является стимулирующим фактором для внедрения инновационных технологий в электронике. В сети используются современные полупроводниковые элементы, по сравнению со старыми ламповыми схемами такие разработки имеют преимущества:

небольшие габариты и малый вес, что важно для миниатюрной электроники;
возможность применить автоматизированные процессы в производстве приборов и сгруппировать этапы, что снижает себестоимость;
использование малогабаритных источников тока из-за потребности в низком напряжении;
мгновенное включение, разогревание катода не требуется;
повышенная энергетическая эффективность из-за снижения рассеиваемой мощности;
прочность и надежность;
слаженное взаимодействие с дополнительными элементами в сети;
стойкость к вибрации и ударам.

Недостатки проявляются в следующих положениях:

• кремниевые транзисторы не функционируют при напряжении больше 1 кВт, лампы эффективны при показателях свыше 1-2 кВт;
• при использовании транзисторов в мощных сетях радиовещания или передатчиках СВЧ требуется согласование маломощных усилителей, подключенных параллельно;
• уязвимость полупроводниковых элементов к воздействию электромагнитного сигнала;
• чувствительная реакция на космические лучи и радиацию, требующая разработки стойких в этом плане радиационных микросхем.

Схемы включения

Чтобы работать в единой цепи транзистору требуется 2 вывода на входе и выходе. Почти все виды полупроводниковых приборов имеют только 3 места подсоединения. Чтобы выйти из трудного положения, один из концов назначается общим. Отсюда вытекают 3 распространенные схемы подключения:

• для биполярного транзистора;
• полярного устройства;
• с открытым стоком (коллектором).

Биполярный модуль подключается с общим эмиттером для усиления как по напряжению, так и по току (ОЭ). В других случаях он согласовывает выводы цифровой микросхемы, когда существует большой вольтаж между внешним контуром и внутренним планом подключения. Так работает подсоединение с общим коллектором, и наблюдается только рост тока (ОК). Если нужно повышение напряжения, то элемент вводится с общей базой (ОБ). Вариант хорошо работает в составных каскадных схемах, но в однотранзисторных проектах ставится редко.

Watch this video on YouTube

Полевые полупроводниковые приборы разновидностей МДП и с использованием p-n-перехода включаются в контур:

• с общим эмиттером (ОИ) — соединение, аналогичное ОЭ модуля биполярного типа
• с единым выходом (ОС) — план по типу ОК;
• с совместным затвором (ОЗ) — похожее описание ОБ.

Watch this video on YouTube

В планах с открытым стоком транзистор включается с общим эмиттером в составе микросхемы. Коллекторный вывод не подсоединяется к другим деталям модуля, а нагрузка уходит на наружный разъем. Выбор интенсивности вольтажа и силы тока коллектора производится после монтажа проекта. Приборы с открытым стоком работают в контурах с мощными выходными каскадами, шинных драйверах, логических схемах ТТЛ.

Литература по электронике

Наука, которая изучает транзисторы и другие приборы, называется электроника. Целый ее раздел посвящён полупроводниковым приборам. Если вам интересно получить больше информации о работе транзисторов, можно почитать следующие книги по этой тематике:

1. Цифровая схемотехника и архитектура компьютера — Дэвид М.
2. Операционные системы. Разработка и реализация — Эндрю Т.
3. Силовая электроника для любителей и профессионалов — Б. Ю. Семенов .

В этих книгах описываются различные средства программируемой электроники. Конечно же, в основе всех программируемых схем, лежат транзисторы. Благодаря этим книгам вы не только получите новые знания о транзисторах, но и навыки, которые, возможно, принесут вам доход.

Теперь вы знаете, как работают транзисторы, и где они применяются в жизни. Если вам интересна эта тема, продолжайте её изучать, ведь прогресс не стоит на месте, и все технические устройства постоянно совершенствуются

В этом деле очень важно идти в ногу со временем. Успехов вам!

Устройство и принцип работы для начинающих

Технологии оперируют не только зарядом электричества, но и магнитным полем, световыми квантами и фотонами. Принцип действия транзистора заключается в состояниях, между которыми переключается устройство. Противоположный малый и большой сигнал, открытое и закрытое состояние — в этом заключается двойная работа приборов.

Вместе с полупроводниковым материалом в составе, используемого в виде монокристалла, легированного в некоторых местах, транзистор имеет в конструкции:

• выводы из металла;
• диэлектрические изоляторы;
• корпус транзисторов из стекла, металла, пластика, металлокерамики.

До изобретения биполярных или полярных устройств использовались электронные вакуумные лампы в виде активных элементов. Схемы, разработанные для них, после модификации применяются при производстве полупроводниковых устройств. Их можно было подключить как транзистор и применять, т. к. многие функциональные характеристики ламп годятся при описании работы полевых видов.

Почему все так полюбили транзисторы

До транзисторов у учёных уже было некое подобие вычислительных машин. Например, счёты: там оператор управлял перемещением бусин в регистрах и складывал таким образом числа. Но оператор медленный и может ошибаться, поэтому система была несовершенной.

Были механические счётные машины, которые умели складывать и умножать числа за счёт сложных шестерней, бочонков и пружин, — например, арифмометр. Они работали медленно и были слишком дорогими для масштабирования.

Были вычислительные машины на базе механических переключателей — реле. Они были очень большими — те самые «залы, наполненные одним компьютером». Их могли застать наши родители, бабушки и дедушки.

Позже придумали электронные лампы: там управлять током уже можно было с помощью другого тока. Но лампы перегревались, ломались, на них мог прилететь мотылёк.

И только в конце сороковых учёные изобрели твердотельные транзисторы: вся кухня с включением и выключением тока проходила внутри чего-то твёрдого, устойчивого и безопасного, не привлекающего внимания мотыльков. За основу взяли германий и кремний и стали развивать эту технологию.

Кайф твердотельных транзисторов в том, что взаимодействия там происходят на скоростях, близких к скорости света. Чем меньше сам транзистор, тем быстрее по нему пробегают электроны, тем меньше времени нужно на вычисления. Ну и сломать твердотельный транзистор в хорошем прочном корпусе намного сложнее, чем хрупкую стеклянную лампу или механическое реле.

Принципы и особенности проектирования

«Однолинейка» используется для планирования будущей сети, поэтому детализировать её ни к чему. Однако есть определённые моменты, которые отобразить необходимо. К тому же, если не отобразить в ней основные элементы, проигнорировать некоторые нюансы, проект не пройдёт утверждение, без которого все работы будут считаться незаконными. Рассмотрим как составить однолинейную схему электроснабжения и что для этого потребуется.

Основная информация, которую должен включать в себя подобный проект, это:

• расчёт общей мощности, которую будет потреблять установленное оборудование. Сделать это несложно. Необходимо лишь сложить общую потребляемую мощность приборов и устройств, питающихся от той или иной линии;
• на основании полученного параметра потребляемой мощности вычислить необходимое сечение кабелей с учётом материала их изготовления. Если высчитанное сечение не производится, производим округление в большую сторону;
• рассчитав нагрузки, подбираем защитные устройства. Лучше, если на каждую линию будут установлены дублирующие устройства (например, автомат и УЗО).

Сама схема должна содержать в себе информацию о:

• точке подключения к электросети. Для квартир, частных домов это будет вводной автомат, для предприятий – распределительная подстанция;
• типе ввода;
• марке и типе счётчика электроэнергии;
• длине кабеля, его марке, сечении, количестве жил с указанием способа укладки (открытый, скрытый);
• указании групп потребителей.

Также необходимо указать цепи освещения. Информация об источниках света не нужна.

Необходимые этапы проектирования

Проектирование однолинейных схем электроснабжения начинается с получения ТУ (технических условий). Для этого нужно обратиться в компанию, которая занимается поставкой электричества. Далее получаем разрешение и генеральный план в горархитектуре. Следующий шаг – разработка плана электроснабжения участка или квартиры. Последним этапом будет окончательное утверждение в компании, поставляющей электричество.

Составляя подобный проект самостоятельно, будьте предельно внимательны, перепроверяйте каждый шаг

Многие могут спросить, кто утверждает однолинейные схемы электроснабжения на предприятиях. Здесь первые шаги будут идентичны, однако последний проект должен подписать ответственный руководитель.

Как может заметить Уважаемый читатель, пройти все эти шаги несложно, однако часто из-за недоработок проекта некоторые ходят по кругу несколько раз. Не проще ли сразу потратить на планирование схемы немного больше времени, сэкономив себе тем самым нервы?

Образцы однолинейных схем электроснабжения по ГОСТу: различные строения и сооружения

Для того, чтобы читателю было проще разобраться, что такое однолинейная схема электроснабжения, предлагаем ознакомиться с примерами подобных проектов.

Пример однолинейной схемы электроснабжения предприятияОбразец однолинейной схемы электроснабжения школыОбразец составления однолинейной схемы электроснабжения в квартиреПроект однолинейной схемы распределительного щитаЩит освещения: пример составления однолинейной схемы

Как можно отметить, с виду все принципиальные однолинейные схемы электроснабжения схожи, однако это только на первый взгляд. Огромное значение имеют обозначения кабелей, защитной автоматики, нанесённые на проект. Их необходимо изучить, перед тем как пытаться читать однолинейные схемы электроснабжения. Об этом и пойдёт речь в следующем разделе нашей статьи.

Условные обозначения в однолинейных схемах электроснабжения

В настоящее время можно найти множество литературы, в которой описываются условные обозначения и маркировки, используемые в составлении подобных проектов. В таблице ниже можно увидеть основные из них. Именно они являются азами для тех, кто впервые столкнулся с «однолинейками».

Основные условные обозначения, используемые при составлении однолинейных проектов

На самом деле их значительно больше, но за один раз запомнить столь огромное количество информации невозможно. Если Уважаемому читателю интересно, то полному, подробному обзору условных обозначений редакция Seti.guru посвятит отдельную статью в ближайшем времени. Следите за нашими публикациями.

Полевые транзисторы с управляющим p-n переходом

Схематически полевой транзистор с управляющим p-n переходом можно представить в виде пластины, к торцам которой подключены электроды, исток и сток. На рис. показана структура и схема включения полевого транзистора с каналом n-типа:

В транзисторе с n-каналом основными носителями заряда в канале являются электроны, которые движутся вдоль канала от истока с низким потенциалом к стоку с более высоким потенциалом, образуя ток стока Ic. Между затвором и истоком приложено напряжение, запирающее p-n переход, образованный n-областью канала и p-областью затвора.

При подаче запирающего напряжения на p-n-переход Uзи на границах канала возникает равномерный слой, обедненный носителями заряда и обладающий высоким удельным сопротивлением. Это приводит к уменьшению проводящей ширины канала.

Изменяя величину этого напряжения, можно изменить сечение канала и, следовательно, изменять величину электрического сопротивления канала. Для полевого n-канального транзистора потенциал стока положителен по отношению к потенциалу истока. При заземленном затворе от стока к истоку протекает ток. Поэтому для прекращения тока на затвор нужно подать обратное напряжение в несколько вольт.

Значение напряжения Uзи, при котором ток через канал становится практически равен нулю, называется напряжением отсечки Uзап

Таким образом, полевой транзистор с затвором в виде p-n-перехода представляет собой сопротивление, величина которого регулируется внешним напряжением.

Полевой транзистор характеризуется следующей ВАХ:

Здесь зависимости тока стока Iс от напряжения при постоянном напряжении на затворе Uзи определяют выходные, или стоковые, характеристики полевого транзистора. На начальном участке характеристик Uси + |Uзи| < Uзап ток стока Iс возрастает с увеличением Uси. При повышении напряжения сток — исток до Uси = Uзап — |Uзи| происходит перекрытие канала и дальнейший рост тока Iс прекращается (участок насыщения). Отрицательное напряжение Uзи между затвором и истоком смещает момент перекрытия канала в сторону меньших значений напряжения Uси и тока стока Iс. Участок насыщения является рабочей областью выходных характеристик полевого транзистора. Дальнейшее увеличение напряжения Uси приводит к пробою р-n-перехода между затвором и каналом и выводит транзистор из строя.

На ВАХ Iс = f(Uзи) показано напряжение Uзап. Так как Uзи ≤ 0 p-n-переход закрыт и ток затвора очень мал, порядка 10-8…10-9 А, поэтому к основным преимуществам полевого транзистора, по сравнению с биполярным, относится высокое входное сопротивление, порядка 1010…1013 Ом. Кроме того, они отличаются малыми шумами и технологичностью изготовления.

Практическое применение имеют две основные схемы включения. Схема с общим истоком (рис. а) и схема с общим стоком (рис. б) , которые показаны на рисунке:

Что внутри транзистора

Если бы мы могли разрезать один транзистор в микропроцессоре, мы бы увидели что-то вроде этого:

Слева — проводник, по которому бежит ток, справа — просто проводник, пока без тока. Между ними находится проводящий канал — те самые «ворота». Когда ворота открыты, ток из левого проводника поступает в правый. Когда закрыты — правый остаётся без тока. Чтобы ворота открылись, на них нужно подать ток откуда-то ещё. Если тока нет, то ворота закрыты.

Теперь, если грамотно посоединять тысячу транзисторов, мы получим простейшую вычислительную машину. А если посоединять миллиард транзисторов, получим ваш процессор.

Типы подключений

Основная задача транзистора – усиливать поступающий сигнал. Проблема в том, что у любого триода имеются только три контакта, в то время как сам усилитель имеет четыре полюса – два для входящего сигнала и два для выходящего, то есть усиленного. Выход из положения – использовать один из контактов транзистора дважды: и как вход, и как выход.

По этому принципу различают три вида подключения. Стоит отметить, что не имеет принципиальной разницы, какой тип прибора используется – полевой или биполярный.

1. Подключение с общим эмиттером (ОЭ) или общим истоком (ОИ). Эта схема подключения имеет наибольшие значения усиления мощности по току и напряжению. Однако из-за эффекта Миллера его частотные характеристики значительно хуже. Борются с этим негативным явлением несколькими способами: используют подключение с общей базой, применяют каскодное подключение двух транзисторов (подключённому по общему эмиттеру добавляется второй, подключенный по общей базе).
2. Подключение с общей базой (ОБ) или общим затвором (ОЗ). Здесь полностью исключено влияние эффекта Миллера. Однако за это приходиться платить: в этой схеме усиления тока практически не происходит, зато имеется широкий диапазон для изменения частоты сигнала.
3. Подключение с общим коллектором (ОК) или общим стоком (ОС). Такой тип подключения часто называют эмиттерным или истоковым повторителем. Это «золотая середина» между двумя предыдущими видами схем: частотные характеристики и мощность усиления по току и напряжению находятся где-то посередине между двумя первыми.

Все три описанных выше типа подключения применяются в зависимости от того, какие цели преследуют конструкторы.

Похожие записи:

Подключение звезда и треугольник Как прозвонить электродвигатель мультиметром Как проверить напряжение в розетке мультиметром Изучаем stm8s медленный старт. часть 0 Какие бывают терморегуляторы — типы и виды Что такое ip и как защищает наши смартфоны?