Как проверить биполярный транзистор мультиметром не выпаивая: Как проверить транзистор мультиметром ⋆ diodov.net

Как проверить транзистор мультиметром ⋆ diodov.net

Если под рукой нет документации на биполярный транзистор, то мультиметр позволяет определить некоторые параметры и выводы транзистора. Поэтому рассмотрим, как проверить транзистор мультиметром.

Принципиально различают два вида биполярных транзисторов: n—p—n и p—n—p структуры. Принцип работы их аналогичен. Отличие заключается лишь в полярности подключения источника питания и других полярных радиодеталей: электролитических конденсаторов, диодов, светодиодов и т.п.

Упрощенно любой биполярный транзистор можно представить в виде двух последовательно и встречно соединенных диодов, поэтому рекомендую изначально ознакомиться с тем, как проверить диод. Однако следует понимать, что если взять и соединить таким образом два диода, то транзистор не получится. Но в данном случае мы можем допустить такое упрощение.

Место соединения двух условных диодов называется базой. А два оставшихся вывода, соответственно будут эмиттер и коллектор. Теперь рассмотрим, как проверить транзистор мультиметром и определить его выводы.

Проще всего определить базу. С нее и начнем. Если относительно одного вывода ток будет протекать в сторону других выводов, то это и есть база. Когда на базе находится положительный щуп, то значит, то биполярный транзистор имеет n—p—n структуру. В противоположном случае – p—n—p структуру.

Когда база определена, осталось узнать, какой из выводов является эмиттером, а какой коллектором. Для этого следует выполнить «прозвонку» выводов между базой и другими выводами и сравнить показания двух падений напряжений. Большее значение соответствует эмиттеру, а меньшее – коллектору.

Как проверить транзистор мультиметром наверняка

У современных биполярных транзисторов эта разница выражена не очень явно и бывает, что мультиметр показывает одинаковые значения.

Поэтому с целью однозначного определения выводов можно воспользоваться функцией измерения коэффициента усиления биполярного транзистора по току. Для этого переключатель устанавливается на отметке h_FE. Этому режиму соответствует специальный режим на передней части корпуса. Он имеет 8 отверстий: 4 для p—n—p структуры и 4 для n—p—n структуры. Отверстия для эмиттера дублируются, поскольку транзисторы могут иметь разное расположение выводов относительно корпуса. Поэтому такой подход позволяет определить коэффициент усиления по току транзистора с любой распиновкой.

Структуру транзистора ранее мы уже научились определять «прозвонкой». С базой тоже проблем нет. Осталось убедиться в правильности соответствия коллектора и эмиттера. Вставляем полупроводниковый прибор в нужные отверстия. Если на дисплее отображается число в среднем от 30 и выше, то коллектор с эмиттером определены верно, а данное число показывает коэффициент усиления по току.

В противном случае нужно поменять местами два вывода.

Я надеюсь статья стала полезной и Вы нашли ответ на вопрос, как проверить транзистор мультиметром. Более подробно с работой мультиметра можно ознакомиться, перейдя по ссылке.

Еще статьи по данной теме

Как проверить мосфет мультиметром не выпаивая — Moy-Instrument.Ru

Мосфеты — проверка, подбор аналогов

MOSFET — Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor — МОП полевой транзистор.

добавлю сразу на мосфеты серии АРМ****нужно обращать пристальное внимание

G-ЗАТВОР S-ИСТОК D-СТОК
мосфеты повсеместно используються как силовые транзисторы импульсных и линейных устройств стабилизаторов, регулирующие и переключающие устройства
в этой теме попробуем наглядно обьяснить
как проверить мосфет
как заменить и чем заменить
а так-же собрать минимум информации о аналогах и критичной замене, если получиться то и более

1. Kак проверить мосфет?
для того чтобы его правильно проверить нужно начать с замеров напряжений на них, для этого нужно знать какой мосфет за что отвечает, но замеры напруг это уже совсем другая тема
чтобы правильно проверить мосфет его нужно сначала выпаять либо отпаять ножки от платы, но делать это надо очень осторожно,так-как их просто можно выломать из корпуса
2. Как выпаять мосфет?
все это делают по разному, лично я термовоздушной станцией выпаиваю или нижним подогревом

если припой с свинцом то ставлю температуру300гр и как только припой поплывет снимаю пинцетом мосфет
с безсвинцовкой потяжелее , снимаю только нижним подогревом потому как боюсь перегреть сам транзистор
можно выпаять с помощью 2 паяльников, первым ватт на 60 разогреваем основу вторым отпаиваем ноги и им же снимаем мосфет
(лично я такой способ считаю лишней заморочкой), предлагают некоторые еще и такой вариант, разогрев ножки подсунуть под них кусочек лезвия, а потом отпаять основу
3. Выпаяли мосфет начинаем прозванивать
за образец возьмем наиболее распространенные мосфеты в корпусе ТО252аа или D2pak

1 ножка G-затвор, 2 ножка или основаD-сток,и3ножка S-исток
пример проверки покажу на обычном китайском мультиметре EM362

переключаем мультиметр в режим прозвонки диодов
и начинаем замерять падения напряжений

для N-channel mosfet
минусовой (черный) щуп ставим на подложку (D-сток), плюсовой(красный) на правый вывод мосфета (S-исток),тестер показывает падение напряжения на внутреннем диоде примерно около 500 миливольт(показания в зависимости от мосфетов могут быть разные),
полевик закрыт
теперь попытаемся открыть его, для этого не отрываясь черным щупом от подложки красным щупом касаемся левой ножки(G-затвор)
теперь опять переносим красный щуп на исток
тестер показывает падение напряжения равное 0, (если тестр с пищалкой то он вас развеселит своим подпискиванием)
если теперь черным щупом дотронуться до затвора и переставить его обратно к подложке, то мосфет снова должен показывать только падение напряжения на диоде
транзистор закрыт
для P-channel mosfet
проверяеться точно так же только щупы прибора между собой надо поменять местами
и если транзистор открылся и закрылся как описано здесь то радуйтесь мосфет рабочий
если же при прозвонке только вы прикоснулись щупами к транзистору и видите на табло тестера 0000, не переживайте сразу, попытайтесь сначала закрыть переход мосфета,(бывает и такое и довольно часто)

если вы нашли неисправный мосфет, а он стоит и работает в паре с другим то желательно поменять оба транзистора(так же если вы транзистор в одном плече заменили на аналог, то и второе плече надо менять на такой-же)
4. Как подобрать аналог
а что там подбирать то? качаем даташит
многое тут
и подбираем мосфет по параметрам
У аналога Vds и Vgs должны быть не меньше оригинала (больше можно), хотя более точно они должны быть больше входного напряжения плюс некоторый запас на броски (кто его знает какой запас уже был в оригинале), Id — не меньше оригинала (больше можно), Pd — рассеиваемая мощность.
Rds(on) чем меньше тем лучше, но если будет чуть больше чем у оигинала, не страшно (правда греться будет сильнее).
И НЕЛЬЗЯ ЗАБЫВАТЬ ЧТО ЕСЛИ ВЫ НАМНОГО ЗАВЫСИТЕ VDS
ТО СКОРОСТЬ СРАБАТЫВАНИЯ ТРАНЗИСТОРА СТАНЕТ МЕНЬШЕ
поэтому в импульсных цепях стараються подбирать мосфеты поточнее
о мосфетах
о moсфетах и аналогах

Мосфеты в линейных стабилизаторах:
Схемотехника довольно популярна и проста.
Усилитель ошибки на ОУ, (LM358,324 и др) или TL431., который управляет полевиком по затвору, открывая его ( отслеживая по обратной связи) , тем самым поддерживая постоянство выходного напряжения. 2.5в, 1.8в, 1.5в,1.2в, 1.06в.

Сгорел мосфет в линейном стабилизаторе, как подобрать аналог?
Полевики в данном случае можно разделить на 2 группы, различающиеся нормированным напряжением VGS (ON) , и сопротивлением открытого канала RDS(ON).
Дело в том что управляющую схему на ОУ конструкторы по желанию могут запитывать от 12в источника как и от 5в.

Это значит что усилитель ошибки может управлять полевиком по затвору от 0 до 9-10в, или от 0 до 4,5-4.,8в..

Смотрим даташиты, и в некоторых видим нормированное RDS(ON) при различных VGS (ON).

Если схема управления 5 вольтовая, придется тщательнее подбирать транзистор, по даташитам сравнивая RDS(ON)&VGS (ON) обращая особое внимание на VGS (ON) = 2,5в(4.5в).и RDS(ON) при этом напряжении.
Сравнив с даташитом «погорельца» — подбираем по характеристикам не худшим чем было.
Можно подбором, но нужно учесть, что в уже работающей схеме на затворе должно быть не более 4в ( лучше меньше) , для обеспечения запаса регулировки.

Если она 12 вольтовая , то практически любой мосфет с донорской матплаты , (с не меньшим током) сможет работать в этом участке..

Как определить какая схема использована в данном участке.

Очень просто, без полевика, включив аппарат — измеряем относительно «земли» напряжение на точке завтора в плате.,схема усилителя ошибки будет стремится максимально увеличить напряжение на затворе, пытаясь открыть мосфет (которого нет.. ).
Если мы видим около 9-10в, значит схема 12-вольтовая, параметры подбора сужаются.
Если не более 5в то схема управления 5-вольтовая.

Как проверить мосфет (полевик)

Использование полевых транзисторов очень распространено. Если происходит поломка необходимо найти неисправную деталь. Иногда требуется точно определить, работоспособен ли полевой транзистор. Это возможно выполнить с использованием мультиметра. Как проверить полевик — подробнее рассказывается далее.

Полевой транзистор — что это

Он включает три основных элемента — исток, затвор и сток. Для их создания используются полупроводники n-типа и p-типа. Они могут сочетаться одним из способов:

1. Сток, исток соответству

Как проверить полевой транзистор мультиметром

При проведении ремонтных работ электронной техники, возникает вопрос проверки функционального состояния тех или иных полупроводниковых элементов. Решение этой проблемы сильно облегчает наличие специализированных приборов, однако, во многих случаях вполне можно обойтись и без них.

Есть ряд способов, как проверить транзистор мультиметром без использования сложных приборов и каких-либо дополнительных электрических схем. Рассматриваются алгоритмы проверки различных типов транзисторов.

 

 

Проверка trz (транзистора), равно как и любого другого элемента схемы, начинается с определения его типа. Эту информацию несложно найти в интернете. У опытного мастера всегда есть под рукой ссылки на проверенные ресурсы. Если таковых нет, то, обычно достаточно вбить маркировку компонента в поисковой системе и нужная информация найдется уже на первой странице поисковой выдачи. Наиболее распространенные типы транзисторов: биполярные, полевые, составные, однопереходные. Определив тип элемента, можно начинать его функциональную проверку.

Биполярный транзистор

Наиболее распространенные транзисторы. Используются в основном в схемах усиления или генерации сигнала: в усилителях, генераторах, модуляторах, инверторах и т. д. Бывают двух типов: p-n-p и n-p-n. Не углубляясь в структуру полупроводникового прибора, достаточно будет сказать, что каждый p-n переход представляет собой диод. Строго говоря, это не совсем так, но для проверки работоспособности такое представление вполне допустимо. Таким образом, последовательность p-n-p представима в виде двух диодов, соединенных катодами, а n-p-n – двух диодов, соединенных анодами. Чтобы проверить, работоспособность такого элемента, нужно мультиметром замерить сопротивление переходов.

Определение работоспособности p-n-p полупроводника:

• Берется мультиметр. Черный провод (обозначим его как Ч) помещается в гнездо COM (минус).
• Красный (К) – в гнездо VΩmA (плюс).
• Тестер выставляется на замер электрического сопротивления. Предельное значение выбирается 2 кОм. Это означает, что мультиметр может корректно измерять сопротивление от 0 до 2000 Ом. При превышении данного порога, на экране прибора загорится «1».
  
• Для замера прямых сопротивлений Ч закрепляется на базе элемента.
• Чтобы замерить величину сопротивления эмиттерного перехода, К помещается на эмиттер.
• Измеренное значение должно быть от 500 до 1200 Ом. Аналогично и для коллектора.
• Для измерения обратных сопротивлений на базе элемента закрепляется К. Ч поочередно помещается на коллектор и эмиттер. Полученные значения должны превышать установленный порог в 2кОм. Об этом, в обоих случаях, будет свидетельствовать цифра «1» на экране тестера.
• Для n-p-n полупроводника применяется та же самая методика. За исключение того, что в п.1 Ч и К помещаются в противоположные гнезда. Тем самым меняется полярность щупов тестера.

Если изначально нет информации относительно расположения базы, коллектора, эмиттера, это нетрудно определить. Измерительный прибор устанавливается в состояние п. 1 и п. 2 вышеприведенной схемы. К (плюс) помещается на правый вывод полупроводника. Ч (минус) поочередно замыкается на средний и левый выводы. Если в обоих случаях тестер покажет «1», то данный контакт и есть база. В противном случае аналогичным образом тестируем оставшиеся контакты.

Остается найти эмиттер и коллектор. Для этого необходимо просто замерить сопротивление коллекторных и эмиттерных переходов. Ч помещается на базу. К поочередно замыкается на оставшиеся выводы. Полученные значения должны лежать в диапазоне от 500–1200 Ом. При этом большее значение будет относиться к коллекторному переходу, а меньшее, соответственно к эмиттерному.

Полевой транзистор

Обладает значительно меньшим энергопотреблением по сравнению с биполярным. Основная область применения – это приборы, работающие в ждущем или следящем режимах. Импортные элементы обычно имеют маркировку, упрощающую идентификацию выводов: G-затвор, S-исток, D-сток. Полевой транзистор или, как его еще называют, мосфет, бывает n-канальный и p-канальный. Алгоритмы проверки работоспособности полупроводников обоих типов похожи.

Определение функциональности n-канального полупроводника.

Поскольку у таких компонентов между стоком и истоком часто встраивается диод, то, для проверки функциональности, на измерительном устройстве устанавливается в режим проверки диодов. Ч идет на минус тестера, а К – на плюс.

• К помещается на исток элемента, а Ч – на сток. Напряжение должно быть от 500 до 700 мВ.
• К – на сток, а Ч – на исток. Значение в этом случае должны выходить за пределы измерений мультиметра. Об этом свидетельствует цифра «1» на экране прибора.
• Ч – на истоке. Касание К затвора открывает транзистор. Ч остается на истоке, а К соединяется со стоком. Замеренное напряжение должно лежать в диапазоне от 0 до 800 мВ и не зависеть от смены полярности проводов тестера.
• Замыкание К на исток, а Ч – на затвор проводит к закрытию прибора и переводу его в изначальное состояние.

Для определение работоспособности p-канального полупроводника Ч подключается к плюсу мультиметра, а К – к минусу. Дальнейшая последовательность действий аналогична методике проверки элемента n-канального типа.

Составной транзистор

Также известен как пара Дарлингтона. Является каскадом из двух и более биполярных транзисторов. Тестирование таких элементов одним лишь мультиметром, без сборки дополнительных схем, не представляется возможным. Вопрос монтажа подобных вспомогательных схем выходит за рамки данной статьи.

Однопереходный транзистор

В основном используются во всевозможных реле и пороговых устройствах. У элементов данного типа присутствует только один p-n переход. Для проверки его работоспособности мультиметром замеряется сопротивление между ножками «Б1» и «Б2». Если полученная величина незначительна, то компонент неисправен.

Проверка элемента без выпаивания его из схемы

Часто возникает вопрос, как проверить smd транзистор мультиметром. SMD – это аббревиатура от английского Surface Mounted Device (устройство, монтируемое на поверхность). Такие полупроводники не вставляются в отверстия плат. Их просто напаивают сверху на контактные дорожки. В современных платах плотность таких дорожек невероятно велика. Более того, часто они располагаются в несколько слоев. Поэтому если какая-то из дорожек располагается в середине такого «пирога», то ее может быть просто не видно.

Становится понятно, что поскольку демонтаж и обратный монтаж smd компонентов на контактные дорожки печатных плат зачастую сопряжен со значительными сложностями, то лучше всего было бы осуществить проверку функциональности элемента, не выпаивая его. К сожалению, такое подход возможен только для биполярных транзисторов. Однако даже при положительных итогах проверки нельзя быть полностью уверенным в результате. В большинстве же случаев только лишь демонтаж элемента с печатной планы позволяет гарантированно проверить его работоспособность.

MOSFET — проверка и прозвонка » PRO-диод

MOSFET — проверка и прозвонка

24.10.2013 | Рубрика: Статьи

Проверка и определение цоколевки MOSFET

Как показывает опыт, новички, сталкивающиеся с проверкой элементной базы подручными средствами, без каких-либо проблем справляются с проверкой диодов и биполярных транзисторов, но затрудняются при необходимости проверить столь распространенные сейчас MOSFET-транзисторы (разновидность полевых транзисторов). Я надеюсь, что данный материал поможет освоить этот нехитрый способ проверки полевых транзисторов.

Очень кратко о полевых транзисторах

На данный момент понаделано очень много всяких полевых транзисторов. На рисунке показаны  графические обозначения некоторых разновидностей полевых транзисторов.

Типы MOSFET

G-затвор, S-исток, D-сток. Сравнивая полевой транзистор с биполярным, можно сказать, что затвор соответствует базе, исток – эмиттеру, сток полевого транзистора – коллектору биполярного транзистора.

Наиболее распространены n-канальные MOSFET – они используются в цепях питания материнских млат, видеокарт и т.п. У MOSFET имеется встроенный диод:

MOSFET n-канальный (слева) и p-канальный (справа).

Транзисторы лучше рисовать с диодом — чтобы потом было проще в схеме ориентироваться. Этот диод является паразитным и от него не удается избавиться на этапе изготовления транзистора. Вообще при изготовлении MOSFET возникает паразитный биполярный транзистор, а диод – один из его переходов. Правда нужно признать, что по схемотехнике этот диод все равно частенько приходится ставить, поэтому производители транзисторов этот диод шунтируют диодом с лучшими показателями как по быстродействию, так и по падению напряжения. В низковольтные MOSFET обычно встраивают диоды Шоттки. А вообще в идеале этого диода не должно было бы быть.

Типовое включение полевого (MOSFET) транзистора:

MOSFET типовое включение

Напряжение на затворе!

У подавляющего большинства полевых транзисторов нельзя на затвор (G) подавать напряжение больше 20В относительно истока (S), а некоторые образцы могут убиться при напряжении выше пяти вольт!

Проверка полевых транзисторов (MOSFET)

И вот, иногда наступает момент, когда необходимо полевой транзистор проверить, прозвонить или определить его цоколевку. Сразу оговоримся, что проверить таким образом можно «logic-level» полевые транзисторы, которые можно встретить в цепях питания на материнских платах и видеокартах. «logic-level» в данном случае означает, что речь идет о приборах, которые управляются, т.е. способны полностью открывать переход D-S, при приложении к затвору относительно небольшого, до 5 вольт, напряжения. На самом деле очень многие MOSFET способны открыться, пусть даже и не полностью, напряжением на затворе до 5В.

В качестве примера возьмем N-канальный MOSFET IRF1010N для его проверки (прозвонки). Известно, что у него такая цоколевка: 1 – затвор (G), 2 – сток (D), 3 – исток (S). Выводы считаются как показано на рисунке ниже.

Распиновка корпуса TO-220

1. Мультиметр выставляем в режим проверки диодов, этот режим очень часто совмещен с прозвонкой. У цифрового мультиметра красный щуп «+», а черный «–», проверить это можно другим мультиметром.
На любом уважающем себя мультиметре есть такая штуковина

Прозвонка диодов, да и вообще полупроводниковых переходов на мультиметре.

2. Щуп «+» на вывод 3, щуп «–» на вывод 2. Получаем на дисплее мультиметра значения 400…700 – это падение напряжения на внутреннем диоде.

3. Щуп «+» на вывод 2, щуп «–» на вывод 3. Получаем на дисплее мультиметра бесконечность. У мультиметров обычно обозначается как 1 в самом старшем разряде. У мультиметров подороже, с индикацией не 1999 а 4000 будет показано значение примерно 2,800 (2,8 вольта).

4. Теперь удерживая щуп «–» на выводе 3 коснуться щупом «+» вывода 1, потом вывода 2. Видим, что теперь щупы стоят так же, как и в п.3, но теперь мультиметр показывает 0…800мВ – у MOSFET открыт канал D-S. Если продолжать удерживать щупы достаточно долго, то станет заметно, что падение напряжения D-S увеличивается, что означает, что канал постепенно закрывается.

5. Удерживая щуп «+» на выводе 2, щупом «–» коснуться вывода 1, затем вернуть его на вывод 3. Как видим, канал опять закрылся и мультиметр показывает бесконечность.

Поясним, что же происходит. С прозвонкой внутреннего диода все понятно. Непонятно почему канал остается либо закрытым, либо открытым? На самом деле все просто. Дело в том, что у мощных MOSFET емкость между затвором и истоком достаточно большая, например у взятого мной транзистора IRF1010N измеренная емкость S-G составляла 3700пФ (3,7нФ). При этом сопротивление S-G составляет сотни ГОм (гигаом) и более. Не забыли – полевые транзисторы управляются электрическим полем, а не током в отличие от биболярных. Поэтому в п.4 касаясь “+” затвора (G) мы его заряжаем относительно истока (S) как обычный конденсатор и управляющее напряжение на затворе может держаться еще достаточно долго.

Помой транзистор!

Если хвататься за выводы транзистора руками, особенно жирными и влажными, емкость транзистора будет разряжаться значительно быстрее, т.к. сопротивление будет определяться не диэлектриком у затвора транзистора, а поверхностным сопротивлением. Не смытый флюс также сильно снижает сопротивление. Поэтому рекомендую помыть транзистор, перед проверкой, например, в спирто-бензиновой смеси.

P.S. Спирто-бензиновая смесь при испарении может генерировать статическое электричество, которое, как известно, негативно действует на полевые транзисторы.

Небольшие пояснения о мультиметрах

1. У цифровых мультиметров режим проверки диодов проводится измерением падения напряжения на щупах, при этом по щупам прибор пропускает стабильный ток 1мА. Именно поэтому в данном режиме прибор показывает не сопротивление, а падение напряжения. Для германиевых диодов оно равно 0,3…0,4В, для кремниевых 0,6…0,8В. Но что бы там не измерялось напряжение на щупах прибора редко превышает 3В – это ограничение накладывается схемотехникой мультиметров.
2. В п.4 при измерении падения напряжения открытого канала величина, отображаемая мультиметром может сильно меняться от различных факторов: напряжения на щупах, температуры, тока стабилизации, характеристик самого полевого транзистора.

Тренировка =)

Теперь можно потренироваться в определении цоколевки мощного транзистора. Перед нами транзистор IRF5210 и его цоколевка мне неизвестна.

1. Начну с поиска диода. Попробую все варианты подключения к мультиметру. После каждого измерения корочу ножки транзистора фольгой чтобы обеспечить разряд емкостей транзистора. Возможные варианты показаны в таблице:

Т.е. диод находится между выводами 2 и 3, соответственно затвор (G) находится на выводе 1.

2. Осталось определить, где находятся сток (D) и исток (S) и полярность (n-канал или p-канал) полевого транзистора.

2.1. Если это n-канальный транзистор, то сток (D) – 3 вывод, исток (S) – 2 вывод. Проверяем. Прикладываем «–» щуп мультиметра к выводу 2, «+» к выводу 3 – канал закрыт, так и должно быть – мы же его еще не пытались открыть. Теперь не отнимая щупа «–» от вывода 2 щупом «+» касаемся вывода 1, затем «+» опять прикладываем к выводу 3. Канал не открылся – значит, наше предположение о том, что IRF5210 n-канальный транзистор оказалось неверным.

2.2. Если это p-канальный транзистор, то сток (D) – 2 вывод, исток (S) – 3. Проверяем. Прикладываем «+» щуп мультиметра к выводу 3, «–» к выводу 2 – канал закрыт, так и должно быть – мы же его еще не пытались открыть. Теперь не отнимая щупа «+» от вывода 3 щупом «–» касаемся вывода 1, затем «–» опять прикладываем к выводу 2. Канал открылся – значит, что IRF5210 p-канальный транзистор, вывод 1 – затвор, вывод 2 – сток, вывод 3 – исток.

На самом деле все не так сложно. Буквально пол часа тренировки – и вы сможете без каких-либо проблем проверять MOSFETы и определять их цоколевку!

Метки:: MOSFET, Цоколевка

Применение биполярного переходного транзистора

Что такое транзистор?

Транзистор — это полупроводниковое устройство, используемое для усиления или переключения электронных сигналов и электроэнергии. Или транзистор — это устройство, которое регулирует поток тока или напряжения и действует как переключатель или затвор для электронных сигналов. Транзисторы состоят из трех слоев полупроводникового материала, каждый из которых может проводить ток.

Биполярный переходной транзистор

базовая структура биполярного переходного транзистора (BJT) определяет его рабочие характеристики.В этом разделе вы увидите, как полупроводящие материалы используются для формирования BJT, и выучите стандартные символы BJT.

BJT состоит из трех легированных полупроводниковых областей, разделенных двумя переходами pn , которые показаны на эпитаксиальной планарной структуре. Эти три области называются эмиттером , базовым и коллектором . Физические представления двух типов BJT показаны на рисунке выше. Один тип состоит из двух областей n , разделенных областью p ( npn), , а другой тип состоит из двух областей p , разделенных н область ( пнп ). Термин биполярный относится к использованию как дырок, так и электронов в качестве носителей тока в структуре транзистора.

Переход pn , соединяющий базовую область и эмиттерную область, называется переходом база-эмиттер . Переход pn , соединяющий базовую область и коллекторную область, называется переходом база-коллектор. Выводы провода подключаются к каждой из трех областей, как показано. Эти выводы обозначены буквами E, B и C для эмиттера, базы и коллектора соответственно.Базовая область слабо легирована и очень тонка по сравнению с сильно легированным эмиттером и умеренно легированной областью коллектора. (Причина этого обсуждается в следующем разделе). Условные обозначения для биполярных транзисторов npn и pnp .

Как работает биполярный переходной транзистор?

Для того, чтобы BJT работал должным образом в качестве усилителя, два перехода pn должны быть правильно смещены с помощью внешних напряжений.В этом разделе для иллюстрации в основном используется транзистор npn . Работа pnp такая же, как и для npn , за исключением того, что роли электронов и дырок, полярности напряжения смещения и направления тока меняются местами.

Смещение

Схема смещения для npn и pnp BJT для работы в качестве усилителя . Обратите внимание, что в обоих случаях соединение база-эмиттер (BE) имеет прямое смещение, а соединение база-коллектор (BC) — обратное.Это состояние называется смещением вперед-назад .

Операция:

Чтобы понять, как работает транзистор, давайте рассмотрим, что происходит внутри структуры npn . Сильнолегированная эмиттерная область типа n- имеет очень высокую плотность (свободных) электронов в зоне проводимости. Эти свободные электроны легко диффундируют через передний BE-переход в слегка легированную и очень тонкую базовую область типа p , как показано широкой стрелкой.Основание имеет низкую плотность отверстий, которые являются основными носителями, как показано белыми кружками. Небольшой процент от общего числа свободных электронов, инжектированных в базовую область, рекомбинирует с дырками и движется как валентные электроны через базовую область и в эмиттерную область в виде дырочного тока, что показано красными стрелками.

Когда электроны, которые рекомбинируются с дырками в качестве валентных электронов, покидают кристаллическую структуру основания, они становятся свободными электронами в металлическом выводе базы и создают ток внешней базы.Большинство свободных электронов, попавших в базу, не рекомбинируют с дырками, потому что база очень тонкая. Когда свободные электроны движутся к обратносмещенному переходу BC, они уносятся в область коллектора за счет притяжения положительного напряжения питания коллектора. Свободные электроны перемещаются через область коллектора во внешнюю цепь, а затем возвращаются в область эмиттера вместе с током базы, как показано. Ток эмиттера немного больше, чем ток коллектора, из-за небольшого тока базы, который отделяется от общего тока, вводимого в область базы от эмиттера. Смотрите также, как работают транзисторы? .

Ток транзистора

Направления токов в транзисторе npn и его схематическое обозначение показаны на рис. они для транзистора pnp показаны на рисунке выше. Обратите внимание, что стрелка на эмиттере внутри символов транзистора указывает в направлении обычного тока. Эти диаграммы показывают, что ток эмиттера ( I _E ) представляет собой сумму тока коллектора ( I _C ) и тока базы ( I _B ), выраженную следующим образом:

I _E = I _C + I _B

Как упоминалось ранее, I _B очень мало по сравнению с I _E или I _C . Заглавные индексы обозначают значения постоянного тока.

Характеристики и параметры BJT

Два важных параметра, β _DC (усиление постоянного тока) и α _DC , вводятся и используются для анализа цепи BJT . Кроме того, описаны характеристические кривые транзисторов, и вы узнаете, как по этим кривым можно определить работу BJT. Наконец, обсуждаются максимальные рейтинги BJT.

Когда транзистор подключен для снятия напряжения смещения для обоих типов npn и pnp , V _BB смещает в прямом направлении переход база-эмиттер, а V _CC смещает в обратном направлении переход база-коллектор.Хотя в этой главе мы используем отдельные символы батарей для представления напряжений смещения, на практике напряжения часто получаются от одного источника питания. Например, V _CC обычно берется непосредственно с выхода источника питания, а V _BB (меньшего размера) может изготавливаться с делителем напряжения.

DC Beta (β _DC ) и DC Alpha (α _DC ):

Постоянный ток усиление транзистора представляет собой отношение тока коллектора ( I _C ) к току базы ( I _B ) и разработан для beta (β _DC ).

Глава 8: Транзисторы [Analog Devices Wiki]

В этой главе мы рассмотрим наши первые активные устройства.

8.1 Основные принципы

Активное устройство — это компонент любого типа, способный электрически управлять потоком тока (управлять одним электрическим сигналом другим электрическим сигналом). Чтобы схема называлась электронной, она должна содержать хотя бы одно активное устройство.Все активные устройства контролируют прохождение тока через них. Один тип активного устройства использует напряжение для управления током, в то время как другой тип активных устройств использует другой ток в качестве управляющего сигнала. Устройства, использующие напряжение в качестве управляющего сигнала, неудивительно, называются устройствами, управляемыми напряжением. Устройства, работающие по принципу контроля одного тока другим током, известны как устройства с регулируемым током. Первым успешно продемонстрированным типом транзисторов стало устройство с регулируемым током.

В качестве примечания: происхождение термина «транзистор» — это сокращение от «варистор крутизны», как предложенный Bell Telephone Laboratories. Иногда это ошибочно приписывают сокращению транс-сопротивления.

Простой и общий вид такого устройства показан на рисунке 8.1.1. Имеет три терминала; назовем их пока X, Y и Z. Предположим также, что управляемый ток течет на клемму X и выводит ее обратно на клемму Y. Третья клемма, Z, является клеммой управления.Чтобы описать функцию этого блока, нам сначала нужно определить токи на клеммах IX _{, IY и IZ , и клеммы напряжения VXY и VZY , как показано на рисунке. Поскольку ток течет на клемму X, мы обычно предполагаем, что напряжение на клемме X больше, чем на клемме Y, а напряжение VXY является положительным числом. То же самое можно сказать и о напряжении на клемме Z относительно клеммы Y, а напряжение VZY является положительным числом.}

Рисунок 8.1.1 Общая модель

В случае устройства, управляемого током, предположим, что управляющий ток IZ, _{протекает на клемму Z и выводит обратно на клемму Y. Сохранение заряда говорит нам, что сумма токов, протекающих в коробку, должна равняться сумме токи вытекают. Таким образом, IY = IX + IZ . Чтобы устройство было полезным, было бы желательно, чтобы управляющий ток IZ был очень мал по сравнению с гораздо большим управляемым током IX .Отношение IX к IZ является коэффициентом усиления устройства, и для обозначения этого коэффициента используется греческая буква β (бета). Отношение IX к IY , которое всегда меньше единицы, также является мерой усиления устройства и чаще всего обозначается греческой буквой α (альфа).}

Для устройства, управляемого напряжением, предположим, как мы делали раньше, что ток течет на клемму X и выходит на клемму Y. Напряжение на клемме Z теперь управляет величиной тока на клеммах X и Y.Это напряжение теперь необходимо привязать к одной из двух других клемм, и мы будем использовать клемму Y для наших целей. Кроме того, поскольку в этом случае управляющим сигналом является напряжение, мы будем предполагать, что ток не течет на клемму Z (или не выходит из нее). Сравнивая это с устройством, управляемым током, мы можем сказать, что α = 1 и β бесконечно. Отношение выходного тока к управляющему напряжению, выраженное в амперах / вольт, является размерно проводимостью, и буква g чаще всего используется для обозначения проводимости.Этот параметр транзистора называется крутизной, и обычно используется г .

Мы также можем описать дополнительные устройства, изменив направление токов на обратное, так что теперь управляемый ток течет из клеммы X в клемму Y, как показано на рисунке 8.1.2. Поскольку направление тока теперь меняется на противоположное, мы обычно предполагаем, что напряжение на Y больше, чем на клемме X, а напряжение VXY является отрицательным числом. То же самое можно сказать и о напряжении на клемме Z относительно клеммы Y, а напряжение VZY — отрицательное число.В случае с управлением по току мы также меняем направление управляющего тока I _Z , который теперь вытекает из клеммы Z.

Рисунок 8.1.2 Дополнительная модель

Подводя итог, мы описали четыре типа активных устройств: источник тока, управляемый положительным током, и его дополнительную отрицательную форму, а также источник тока, управляемый положительным напряжением, и его дополнительную отрицательную форму.

8.1.1 Характеристики простой модели

Теперь мы рассмотрим передаточные характеристики этих простых моделей транзисторов и то, как их можно модифицировать или расширять, чтобы сделать их более реалистичными.Сначала мы исследуем зависимость выходного тока от выходного напряжения простого (идеального) источника тока, управляемого напряжением, при ступенчатом изменении напряжения на управляющем входе. Результаты для контролируемого источника с крутизной 1 мА / В показаны на рисунке 8.1.3, поскольку В _XY изменяется от 0 до 5 В, а управляющее напряжение В _ZY ступенчато. с шагом 0,4 В от 0,1 В до 2,1 В . Идеальный источник тока, управляемый током, имел бы по существу те же характеристики, за исключением того, что каждая горизонтальная линия будет представлять другой управляющий ток (на клемме Z), а не другое управляющее напряжение.

Рисунок 8.1.3 Характеристики источника тока с идеальным управлением напряжением (или током)

Из этих характеристических кривых мы можем узнать следующее: во-первых, ток действительно не зависит от напряжения на клеммах X и Y. Во-вторых, ток I _XY равен 1 мА на вольт, приложенный к клемме Z по отношению к клемме X (рисунок 8.1.1). Однако очевидна одна вещь, которая не может произойти в реальном устройстве, и это то, что I _XY будет отличным от нуля, когда напряжение V _XY равно нулю.Это означает, что устройство содержит источник энергии, и мы знаем, что это невозможно. В противном случае у нас было бы решение мирового энергетического кризиса. Более реалистичный набор характеристик больше похож на показанный на рисунке 8.1.4.

Кривые, подобные приведенным на рисунке 8.1.4, имеют больше физического смысла, но все же обладают некоторыми свойствами, которых не могут иметь реальные устройства. На графике видны резкие изломы кривых, где наклонная линия, проходящая через начало координат, пересекает горизонтальную линию при постоянном контролируемом значении тока.Этот переход никогда не может быть таким резким и должен каким-то образом плавно переходить от одной линии к другой.

Еще одним свойством этих простых кривых является идеально горизонтальный характер линий тока и напряжения. Реальное устройство покажет некоторые изменения, обычно увеличение из-за конечного реального сопротивления с напряжением на X и Y.

Рисунок 8.1.4 Ток VCCS должен быть равен нулю, когда В _XY = 0

Более полная сложная математическая модель реального физического транзистора показана на рисунке 8.1.5. Мы исследуем эту более полную модель в следующих разделах этой главы.

Рисунок 8.1.5 Сложная математическая модель устройства

8.2 Обозначения транзисторов

Этим основным моделям активных устройств соответствуют четыре типа транзисторов. Их схематические символы показаны на рисунке 8.2.1. Управляемым током устройством n-типа является биполярный транзистор NPN (BJT). Управляемым по току устройством p-типа является PNP BJT.Устройство n-типа, управляемое напряжением, представляет собой NMOS FET (металлооксидный полупроводниковый полевой транзистор). И, наконец, управляемое напряжением устройство p-типа — PMOS FET. Вместо того, чтобы давать клеммам устройства общие имена, такие как X, Y и Z, установленное соглашение для BJT — коллектор и эмиттер для клемм источника тока и база для клеммы управления током. Точно так же соглашение для MOS-устройства — сток и источник для клемм источника тока и затвор для клеммы управления напряжением,

Рисунок 8.2.1 символы транзисторов

Примечание. Если читатель не занимается производством устройства, обычно менее важно понимать внутреннюю работу транзисторов. Описания, которые можно получить, углубляясь в внутренние свойства, не особенно подходят для схемотехники и могут быть трудными для понимания. Скорее для анализа и проектирования схем обычно достаточно понять внешние свойства транзисторов, рассматривая их более или менее как черный ящик. Добавление некоторого обсуждения тонкостей, которые возникают из-за физики, происходящей внутри черного ящика, конечно, необходимо для надежного проектирования схем.

8.3 Основные сведения о биполярных переходных транзисторах

Транзистор с биполярным переходом (BJT) представляет собой электронное устройство с тремя выводами, построенное из легированного полупроводникового материала, и может использоваться в приложениях для усиления или переключения. Биполярные транзисторы названы так потому, что в их работе участвуют как электроны, так и дырки. Поток заряда в BJT происходит из-за двунаправленной диффузии носителей заряда через соединение между двумя областями с разной концентрацией заряда. По своей конструкции большая часть тока коллектора БЮТ связана с потоком зарядов, вводимых от эмиттера с высокой концентрацией в базу, где они являются неосновными носителями, которые диффундируют к коллектору, и поэтому БЮТ классифицируются как устройства с неосновными носителями. Этот режим работы отличается от транзисторов с большинством носителей, таких как полевые транзисторы, в которых только основные носители участвуют в протекании тока из-за дрейфа.

Типичное поперечное сечение планарного NPN-транзистора показано на рисунке 8.3.1. NPN-транзистор можно рассматривать как два диода с PN-переходом с очень тонким общим анодом, P-слоем. При типичной работе переход база-эмиттер смещен в прямом направлении, а переход база-коллектор — в обратном направлении. В NPN-транзисторе, например, когда к переходу база-эмиттер прикладывается положительное напряжение, равновесие между термически генерируемыми носителями и отталкивающим электрическим полем обедненной области становится несбалансированным, позволяя термически возбужденным электронам инжектироваться в базовую область.Эти электроны блуждают (или «диффундируют») через очень тонкое основание из области высокой концентрации рядом с эмиттером в сторону области низкой концентрации возле коллектора. Электроны в базе называются неосновными носителями, потому что база легирована p-типом, что делает дырки основными носителями в базе.

Рисунок 8.3.1 Поперечное сечение планарного NPN-транзистора

Чтобы свести к минимуму процент носителей, которые рекомбинируют до достижения слоя истощения коллекторно-базового перехода, базовая область транзистора должна быть достаточно тонкой, чтобы носители могли диффундировать по ней за гораздо меньшее время, чем время жизни неосновных носителей полупроводника.В частности, толщина основания должна быть намного меньше диффузионной длины электронов. Коллектор-база-переход смещен в обратном направлении, поэтому инжекция электронов от коллектора к базе происходит незначительно, но электроны, которые диффундируют через базу к коллектору, уносятся в коллектор электрическим полем в обедненной области коллектор-база. соединение. Тонкая общая база и асимметричное легирование коллектор-эмиттер — это то, что отличает биполярный транзистор от двух отдельных диодов с противоположным смещением, установленных последовательно.

8.3.1 Контроль напряжения, тока и заряда

Ток коллектора-эмиттера можно рассматривать как управляемый током база-эмиттер (управление током) или напряжением база-эмиттер (управление напряжением). Эти представления связаны между собой соотношением тока и напряжения в переходе база-эмиттер, которое представляет собой обычную экспоненциальную кривую вольт-амперной характеристики PN-перехода (диода).

Физическое объяснение тока коллектора — это количество заряда неосновных носителей заряда в базовой области.

Подробные модели действия транзисторов, такие как модель Гаммеля-Пуна, явно объясняют распределение этого заряда, чтобы более точно объяснить поведение транзистора. Представление управления зарядом легко обрабатывает фототранзисторы, где неосновные носители в базовой области создаются за счет поглощения фотонов, и управляет динамикой выключения или временем восстановления, которое зависит от заряда в рекомбинации базовой области. Однако, поскольку базовый заряд не является сигналом, видимым на выводах, при проектировании и анализе схем обычно используются режимы управления током и напряжением.

При проектировании аналоговых схем иногда используется представление управления током, поскольку оно приблизительно линейно. То есть ток коллектора примерно? _F раз больше тока базы. Некоторые базовые схемы могут быть спроектированы, исходя из предположения, что напряжение эмиттер-база приблизительно постоянное, а ток коллектора в бета умножен на ток базы. Однако для точного и надежного проектирования надежных цепей BJT чаще используется модель управления напряжением (например, Ebers-Moll).Модель управления напряжением требует учета экспоненциальной функции. Следующее уравнение для тока коллектора I _C показывает экспоненциальную зависимость от V _BE .

Достаточно стандартный транзистор, работающий при токе около 100 мкА, может иметь В _BE около 650 мВ при комнатной температуре, где q / kT составляет около 0,039 / мВ (или тепловое напряжение kT / q составляет 25 мВ). Экспоненциальный множитель в уравнении будет порядка 10 ¹¹ .В этом случае мы можем без серьезной ошибки опустить член -1 в уравнении. Взяв натуральный логарифм, мы получаем уравнение для V _BE .

Когда эта экспонента линеаризуется так, что транзистор может быть смоделирован как крутизна, как в модели Эберса-Молла, проектирование таких схем, как усилители, снова становится в основном линейной проблемой, поэтому часто предпочтительнее рассматривать управление напряжением. Для транслинейных схем, в которых экспоненциальная кривая I- В является ключевой для работы, транзисторы обычно моделируются как управляемые по напряжению с крутизной, пропорциональной току коллектора.Как правило, проектирование схем на уровне транзисторов выполняется с использованием SPICE или аналогичного имитатора аналоговых схем, поэтому математическая сложность модели обычно не имеет большого значения для разработчика.

8.3.2 Транзистор альфа и бета

Доля электронов, способных пересечь базу и достигнуть коллектора, является мерой эффективности БЮТ. Асимметричное сильное легирование эмиттерной области и легкое легирование базовой области вызывает инжекцию гораздо большего количества электронов из эмиттера в базу, чем дырок, инжектируемых из базы в эмиттер.Общий — эмиттер ток Коэффициент усиления представлен как ß _F или h _fe и является приблизительно отношением постоянного тока коллектора к постоянному току базы в прямой активной области. Обычно оно больше 100 для малосигнальных транзисторов, но может быть меньше для транзисторов, предназначенных для мощных приложений. Другой важный параметр — коэффициент усиления по току общей базы, _F . Коэффициент усиления по току с общей базой приблизительно равен коэффициенту усиления по току от эмиттера к коллектору в прямой активной области.Это отношение обычно имеет значение, близкое к единице; от 0,98 до 0,998. Альфа и бета более точно связаны следующими тождествами (транзистор NPN):

Биполярный транзистор состоит из трех областей полупроводника с различным легированием: области эмиттера, области базы и области коллектора. Этими областями являются, соответственно, p тип, n тип и p тип в PNP и n тип, p тип и n тип в NPN транзисторе.Каждая полупроводниковая область подключена к клемме, обозначенной соответствующим образом: эмиттер (E), база (B) и коллектор (C).

База физически расположена между эмиттером и коллектором и изготовлена ​​из слегка легированного материала с высоким сопротивлением. Коллектор окружает эмиттерную и базовую области (рисунок 8.3.1), что делает практически невозможным выход электронов, инжектированных в базовую область из эмиттерной области, что делает результирующее значение очень близким к единице, и поэтому , придавая транзистору большую ß.Вид в разрезе BJT, рисунок 8.3.1, показывает, что переход коллектор-база имеет гораздо большую площадь, чем переход эмиттер-база.

Транзистор с биполярным переходом, в отличие от полевого МОП-транзистора, который мы вскоре подробно обсудим, обычно не является симметричным устройством. Это означает, что перестановка коллектора и эмиттера заставляет транзистор выйти из прямого активного режима и начать работать в так называемом обратном активном режиме.

Поскольку внутренняя структура транзистора обычно оптимизирована для работы в прямом режиме, перестановка коллектора и эмиттера делает значения a и ß в обратном режиме намного меньше, чем в прямом режиме; часто а обратного режима ниже 0.5. Отсутствие симметрии в первую очередь связано с относительными степенями легирования эмиттера и коллектора. Эмиттер сильно легирован, а коллектор слегка легирован, что позволяет приложить большое обратное напряжение смещения до того, как разомкнется переход коллектор-база. Коллектор-база при нормальной работе имеет обратное смещение. Причина, по которой эмиттер сильно легирован, состоит в том, чтобы увеличить эффективность инжекции эмиттера: соотношение носителей, инжектированных эмиттером, к носителям, инжектированным базой.Для высокого коэффициента усиления по току большая часть носителей, вводимых в переход эмиттер-база, должна исходить от эмиттера.

Низкопроизводительные «боковые» биполярные транзисторы, которые иногда используются в КМОП-процессах, иногда проектируются симметрично, то есть без разницы между прямым и обратным режимом работы, рисунок 8.3.2. Однако из-за того, что ширина основания часто намного больше, чем у вертикальной конструкции на рисунке 8.3.1, ß и а не такие высокие. Метод компоновки для повышения эффективности сбора заключается в том, чтобы полностью окружить эмиттерную область со всех четырех сторон областью коллектора в форме кольца или пончика.Конечно, теперь эта структура больше не симметрична.

Рисунок 8.3.2 Боковое сечение NPN

Небольшие изменения напряжения, приложенного к клеммам база-эмиттер, приводят к значительному изменению тока, протекающего между эмиттером и коллектором. Этот эффект можно использовать для усиления входного напряжения или тока. BJT можно рассматривать как источники тока с управлением по напряжению, но их проще охарактеризовать как источники тока с управлением по току или усилители тока из-за относительно низкого импеданса, наблюдаемого на базе.

Ранние транзисторы были сделаны из германия, но большинство современных BJT сделаны из кремния. Устройства специального назначения также изготавливаются из полупроводниковых соединений элементов III- V , таких как арсенид галлия, особенно для приложений с очень высокими частотами.

8.3.3 НПН

NPN — это один из двух типов биполярных транзисторов, в которых буквы «N» (отрицательный) и «P» (положительный) относятся к основным носителям заряда внутри различных областей транзистора.Производимые сегодня биполярные транзисторы с более высокими эксплуатационными характеристиками — это NPN-транзисторы, поскольку подвижность электронов выше подвижности дырок в полупроводниках, что обеспечивает более высокие токи и более быструю работу.

Транзисторы NPN состоят из слоя полупроводника с примесью фосфора («основа»), помещенного между двумя слоями с примесью азота. Небольшой ток, поступающий в базу в режиме общего эмиттера, усиливается на выходе коллектора. Другими словами, NPN-транзистор «включен», когда его база поднята высоко относительно эмиттера.Стрелка в символе транзистора NPN находится на плече эмиттера и указывает в направлении обычного тока, когда устройство находится в прямом активном рабочем режиме.

Одно мнемоническое устройство для идентификации символа для NPN-транзистора: « n ot p ointing i n или« n ot p ointing, n ointing »

8.3.4 PNP

Другой тип BJT — это PNP с буквами «P» и «N», обозначающими основные носители заряда в различных областях транзистора.Транзисторы PNP состоят из слоя полупроводника с примесью азота, расположенного между двумя слоями материала с примесью фосфора. Небольшой ток, выходящий из базы в режиме общего эмиттера, усиливается на выходе коллектора. Другими словами, PNP-транзистор включен, когда его база опущена относительно эмиттера.

Стрелка в символе транзистора PNP находится на плече эмиттера и указывает в направлении обычного тока, когда устройство находится в прямом активном режиме.

8.3.5 BJT Регионы работы

Биполярные транзисторы имеют пять различных областей работы, определяемых способом смещения переходов. Чтобы наглядно представить себе режимы работы, нарисуйте NPN-транзистор с коллектором вверху, базой в середине и эмиттером внизу. Теперь есть две разницы напряжения: между коллектором и базой и между базой и эмиттером. Обратите внимание на два момента: V _CB = — V _BC , а «соединение база-коллектор с обратным смещением» означает V _BC <0 или V _CB > 0.Проще говоря, это означает, что коллектор имеет более высокое напряжение, чем база (если зондировать). Механическим аналогом может быть труба и вентиль.

Клапан является базовым, а две стороны трубы — коллекторным и эмиттерным. Теперь количество протекающей воды (тока) зависит от того, насколько открыт клапан (напряжение от базы к эмиттеру) и сколько воды у вас наверху трубы (напряжение от коллектора до базы). Если вы запишете смещения в терминах приложенных напряжений ( V _CB , V _BE ) вместо смещения перехода, режимы работы можно описать как:

1. Прямой активный: база выше эмиттера, коллектор выше базы (в этом режиме ток коллектора пропорционален току базы на β _F ).
   

2. Насыщенность: База выше эмиттера, но коллектор не выше базы.
   

3. Cut-Off: База ниже эмиттера, но коллектор выше базы. Это означает, что транзистор не пропускает обычный ток через коллектор к эмиттеру.
   

4. Reverse Active: база ниже эмиттера, коллектор ниже базы: обратный условный ток проходит через транзистор.

С точки зрения смещения перехода: («соединение база-коллектор с обратным смещением» означает V _BC <0 или V _CB > 0)

1. Вперед – активный (или просто активный): переход база-эмиттер смещен в прямом направлении, а переход база-коллектор смещен в обратном направлении.Большинство биполярных транзисторов спроектированы так, чтобы обеспечить максимальное усиление по току с общим эмиттером, β _F , в прямом активном режиме. Если это так, ток коллектор-эмиттер приблизительно пропорционален току базы, но во много раз больше при небольших изменениях тока базы.
   

2. Обратный — активен (или инверсный — активен или инвертирован): при изменении условий смещения прямой активной области биполярный транзистор переходит в обратно-активный режим.В этом режиме области эмиттера и коллектора меняются ролями. Поскольку большинство биполярных транзисторов предназначены для максимального увеличения коэффициента усиления по току в прямом активном режиме, β _F в инвертированном режиме в несколько (2-3 для обычного германиевого транзистора) раз меньше. Этот транзисторный режим используется редко, обычно рассматривается только для условий отказоустойчивости и некоторых типов биполярной логики. Напряжение пробоя обратного смещения к базе может быть на порядок ниже в этой области.
   

3. Насыщение: с обоими переходами, смещенными в прямом направлении, BJT находится в режиме насыщения и обеспечивает проведение сильного тока от эмиттера к коллектору.Этот режим соответствует логическому «включению» или замкнутому переключателю.
   

4. Отсечка: В отсечке присутствуют условия смещения, противоположные насыщению (оба перехода смещены в обратном направлении). Ток очень слабый, что соответствует логическому «выключению» или размыканию переключателя.

5. Лавина авария район

Хотя эти области хорошо определены для достаточно большого приложенного напряжения, они частично перекрываются при малых (менее нескольких сотен милливольт) смещениях.Например, в типичной конфигурации с заземленным эмиттером NPN BJT, используемого в качестве понижающего переключателя в цифровой логике, состояние «выключено» никогда не включает в себя переход с обратным смещением, поскольку базовое напряжение никогда не опускается ниже земли; тем не менее прямое смещение достаточно близко к нулю, чтобы ток практически не протекал, поэтому этот крайний предел прямой активной области можно рассматривать как область отсечки.

8.4.1 Биполярный переходной транзистор большой мощности Модель

Как мы только что узнали, биполярный переходный транзистор (BJT) может работать в одной из трех областей:

1. Область отсечки: транзистор выключен, и ток между коллектором и эмиттером не течет ( i.е. , сопротивление коллектор-эмиттер бесконечно).
   

2. Активная область: Транзистор действует как источник тока с регулируемым током между коллектором и эмиттером, как в базовой модели.
   

3. Область насыщения: когда напряжение между коллектором и эмиттером падает ниже определенного уровня (обычно, когда напряжение коллектора и базы равно нулю или меньше), ток базы увеличивается, и отношение I _C к I _B , или β намного меньше, чем в активной области.

В активной области транзистор регулирует ток коллектора на? умножить на базовый ток. Если базовый ток I _B , падает до 0, транзистор входит в область отсечки и закрывается. Когда напряжение коллектора становится меньше или равным базовому напряжению, ток базы увеличивается, а β падает. В этом случае транзистор переходит в область насыщения. Чтобы не допустить попадания транзистора в область насыщения, общее практическое правило состоит в том, что напряжение на коллекторе должно быть более положительным, чем напряжение на базе.То есть переход коллектор-база всегда имеет обратное смещение.

Простая модель работы NPN и PNP BJT транзисторов в активной области показана на рисунке 8.4.1. Это требует знания коэффициента усиления по току β, чтобы спроектировать схему. В обеих этих моделях

I _C = βI _B , I _E = (β + 1) I _B и

Эмиттер отделен от базы диодом. Чтобы этот диод проводил ток, в случае устройства на основе кремния, он должен быть смещен в прямом направлении на ~ 0.65В.

Рисунок 8.4.1 (a) Активная область NPN (b) Активная область PNP

Диод база-эмиттер: всегда помните о рисунке 8.4.1. Модель Эберса-Молла BJT рассматривает соотношение тока и напряжения в переходе база-эмиттер точно так же, как идеальный диод Шокли, ток которого отражается в коллекторе с усилением. Когда V _B и V _E неочевидны, помните о диоде база-эмиттер.

8.4.2 Ранний эффект (модуляция базовой ширины)

Ранний эффект был впервые обнаружен и объяснен Джеймсом Эрли, когда он работал в Bell Labs. В нашем идеальном устройстве ток коллектора должен быть равен току базы, умноженному на постоянный коэффициент усиления β. Но, как мы видели выше, каждый p-n-переход имеет два обедненных слоя. Для перехода коллектор-база один истощающий слой простирается в коллектор, другой — в основание. База почти всегда более сильно легирована, чем коллектор, поэтому ее обедненный слой довольно неглубокий.Однако основание также очень тонкое, поэтому даже неглубокий обедненный слой занимает значительную часть ширины основания. С увеличением напряжения на коллекторе обедненные слои расширяются. В области коллектора это имеет небольшой эффект (до тех пор, пока он не попадает в другую сторону коллектора), но в области основания он сужает ширину основания. Поскольку коэффициент усиления биполярного транзистора очень сильно зависит от ширины базы, коэффициент усиления просто увеличивается при уменьшении эффективной ширины базы. Если вы проведете прямую линию, увеличивающую наклон в передней активной области (от 0.От 4 до 15 вольт, например) в отрицательный квадрант и дайте ему пересечься с линией нулевого тока, вы получите раннее напряжение В _A . В преувеличенном случае, показанном на рисунке 8.4.2, раннее напряжение будет -15 В (но обычно выражается как 15 В). В зависимости от ширины основания, предусмотренной в производственном процессе, она может быть больше или меньше указанной, с соответственно меньшим или большим уклоном.

Рисунок 8.4.2 Раннее напряжение

8.5.1 Основная структура и принцип работы

Полевой транзистор металл-оксид-полупроводник n-типа (MOSFET) состоит из истока и стока, двух высокопроводящих полупроводниковых областей n-типа, которые изолированы от подложки p-типа PN-диодами с обратным смещением. Затвор из поликристаллического кремния покрывает область между истоком и стоком, но отделен от полупроводника изолирующим слоем оксида. Базовая структура полевого МОП-транзистора n-типа и соответствующее обозначение схемы показаны на рисунке 8.5.1.

Рисунок 8.5.1 Поперечное сечение и условное обозначение схемы металл-оксид-полупроводник-полевой транзистор n-типа (MOSFET)

Как видно на рисунке, области истока и стока идентичны. Именно приложенные напряжения определяют, какая область n-типа обеспечивает электроны и становится источником, в то время как другая область n-типа собирает электроны и становится стоком. Напряжения, приложенные к электроду стока и затвора, а также к подложке посредством заднего контакта, относятся к потенциалу истока, как также показано на рисунке.

На рисунке показан вид сверху того же полевого МОП-транзистора. 8.5.2, где указаны длина ворот L и ширина ворот W. Обратите внимание, что длина затвора не равна физическому размеру затвора, а скорее равна расстоянию между областями истока и стока под затвором. Перекрытие между затвором и областью истока и стока требуется, чтобы гарантировать, что инверсионный слой образует непрерывный проводящий путь между областью истока и стока. Обычно это перекрытие делается как можно меньше, чтобы минимизировать его паразитную емкость.

Рисунок 8.5.2 Вид сверху на полевой транзистор металл-оксид-полупроводник n-типа (MOSFET)

Поток электронов от истока к стоку контролируется напряжением, приложенным к затвору. Положительное напряжение, приложенное к затвору, притягивает электроны к границе раздела между диэлектриком затвора и полупроводником. Эти электроны образуют проводящий канал между истоком и стоком, называемый инверсионным слоем. Ток затвора не требуется для поддержания инверсионного слоя на границе раздела, поскольку оксид затвора блокирует любой поток носителей.В итоге ток между стоком и истоком регулируется напряжением, приложенным к затвору.

Типичные характеристики тока в зависимости от напряжения (I- В ) полевого МОП-транзистора показаны на рисунке ниже. Реализована квадратичная модель полевого МОП-транзистора.

8,6 МОП-транзистор Модель большого сигнала

8.6.1 Режимы работы

Работа полевого МОП-транзистора может быть разделена на три различных режима, в зависимости от напряжений на клеммах.В следующем обсуждении используется упрощенная алгебраическая модель, точная только для старых технологий. Современные характеристики MOSFET требуют компьютерных моделей, которые имеют более сложное поведение.

Для расширения — режим , n-канальный MOSFET, три рабочих режима:

Режим отсечки, подпорога или слабой инверсии
Когда:
Где В _th — пороговое напряжение устройства.

Согласно базовой пороговой модели, транзистор выключен, и между стоком и истоком нет проводимости.В действительности, распределение энергии электронов Больцмана позволяет некоторым более энергичным электронам в источнике проникать в канал и течь в сток, в результате чего возникает подпороговый ток, который является экспоненциальной функцией напряжения затвор-исток. В то время как ток между стоком и истоком в идеале должен быть равен нулю, когда транзистор используется в качестве выключателя, существует слабый ток инверсии, иногда называемый подпороговой утечкой. При слабой инверсии ток изменяется экспоненциально в зависимости от смещения затвор-исток В _GS , что приблизительно равно:

Где:
I _D0 = ток при В _GS = В _th

а коэффициент наклона n определяется выражением

С участием:

C _D = емкость обедненного слоя

И

C _OX = емкость оксидного слоя.

В устройстве с длинным каналом нет зависимости тока однократно от напряжения стока В _DS » В _T , но по мере уменьшения длины канала уменьшение индуцированного стоком барьера приводит к зависимости напряжения стока, которая зависит от сложным образом от геометрии устройства (например, легирование канала, легирование перехода и т. д.). Часто пороговое напряжение В _th для этого режима определяется как напряжение затвора, при котором возникает выбранное значение тока I _D0 , например, I _D0 = 1 мкА, что может не совпадать с V _th — значение, используемое в уравнениях для следующих режимов.

Некоторые аналоговые схемы микромощностей предназначены для использования преимущества подпороговой проводимости. Работая в области слабой инверсии, полевые МОП-транзисторы в этих схемах обеспечивают максимально возможное отношение крутизны к току, а именно:

Что почти то же самое, что и биполярный транзистор.

Подпороговая кривая I- V экспоненциально зависит от порогового напряжения, вводя сильную зависимость от любых производственных изменений, которые влияют на пороговое напряжение; например: изменения толщины оксида, глубины перехода или легирования тела, которые изменяют степень снижения барьера, вызванного стоком.Возникающая в результате чувствительность к вариациям изготовления усложняет оптимизацию утечек и производительности.

Триодный режим или линейная область (также известный как резистивный режим)

когда

и

Транзистор включается, и создается канал, который позволяет току течь между стоком и истоком. МОП-транзистор работает как резистор, управляемый напряжением затвора относительно напряжений истока и стока.Ток от стока к истоку моделируется как:

Где:
μ _n — эффективная подвижность носителей заряда,
W — ширина затвора,
L — длина затвора
C _ox — емкость оксида затвора на единицу площади.

Переход от экспоненциальной подпороговой области к триодной области не такой резкий, как предполагают уравнения.

Насыщенность или активный режим,

когда

и

Переключатель включен, и был создан канал, который позволяет току течь между стоком и истоком.Поскольку напряжение стока выше, чем напряжение затвора, электроны распространяются, и проводимость происходит не через узкий канал, а через более широкое, двух- или трехмерное распределение тока, простирающееся от границы раздела в глубину подложки. Начало этой области также известно как pinch- off, чтобы указать на отсутствие области канала около стока. Ток стока теперь слабо зависит от напряжения стока и регулируется в основном напряжением затвор-исток и моделируется очень приблизительно как:

Дополнительный фактор, включающий λ, параметр модуляции длины канала, моделирует зависимость тока от напряжения стока из-за эффекта Раннего или модуляции длины канала.Согласно этому уравнению, ключевым параметром конструкции, крутизной MOSFET является:

Комбинация называется напряжением перегрузки. Другим ключевым параметром конструкции является выходное сопротивление полевого МОП-транзистора r _O , определяемое по формуле:

r _out является инверсией g _ds , где

V _DS — выражение в области насыщения.

Если ? принимается равным нулю, результатом является бесконечное выходное сопротивление устройства, что приводит к нереалистичным предсказаниям схемы, особенно в аналоговых схемах.Поскольку длина канала становится очень короткой, эти уравнения становятся неточными. Возникают новые физические эффекты. Например, перенос носителей в активном режиме может быть ограничен насыщением скорости. Когда преобладает насыщение по скорости, ток стока насыщения более близок к линейному, чем к квадратичному в V _GS . На еще меньших длинах носители транспортируются с почти нулевым рассеянием, известным как квазибаллистический транспорт. Кроме того, на выходной ток влияет снижение порогового напряжения на барьере стока.

8.7 Малосигнальные модели Hybrid-pi

Модель гибридного Пи — это популярная схемная модель, используемая для анализа поведения слабого сигнала биполярных переходных и полевых транзисторов. Модель может быть достаточно точной для низкочастотных цепей и может быть легко адаптирована для более высокочастотных цепей с добавлением соответствующих межэлектродных емкостей и других паразитных элементов.

8.7.1 Параметры биполярного перехода (BJT)

Модель hybrid-pi представляет собой приближение линеаризованной двухпортовой сети к BJT с использованием напряжения база-эмиттер слабого сигнала v _{, равного} , и напряжения коллектора-эмиттера v _ce в качестве независимых переменных и тока базы слабого сигнала i. _b и ток коллектора i _c как зависимые переменные.Базовая низкочастотная гибридная пи-модель биполярного транзистора (NPN) показана на рисунке 8.7.1.

Рисунок 8.7.1 Модель BJT Hybrid-pi

Вот различные параметры:

Крутизна, г _м , в сименсах, определяется следующим уравнением:

где:

I _C — ток покоя коллектора (также называемый током смещения коллектора или постоянным током коллектора) — тепловое напряжение, рассчитанное из постоянной Больцмана k , заряда электрона q и температуры транзистора в кельвинах T .При 300 K (приблизительно комнатная температура) V _T составляет около 26 мВ .

где:
— текущий коэффициент усиления на низких частотах (также обозначается как h _FE ).

Здесь I _B — базовый ток точки покоя. Это параметр, специфичный для каждого транзистора, его можно найти в таблице данных; ß — это функция выбора тока коллектора.

Выходное сопротивление связано с ранним эффектом ( В _A — раннее напряжение).

Связанные термины:

Величина, обратная выходному сопротивлению, называется выходной проводимостью.

Величина, обратная величине г _м , называется внутренним сопротивлением r _E

8.7.2 Параметры MOSFET

Базовая низкочастотная гибридная пи-модель для полевого МОП-транзистора (n-типа) показана на рисунке 8.7.2.

Рисунок 8.7.2 Модель MOSFET Hybrid-pi

Вот различные параметры:

gm — крутизна в сименсах, оцениваемая через ток стока I _D . где:

I _D — это ток стока покоя (также называемый смещением стока или постоянным током стока) В _th = пороговое напряжение и В _GS = напряжение затвор-исток.

Комбинация: часто называется напряжением перегрузки.

r _o — выходное сопротивление из-за модуляции длины канала с использованием аппроксимации для параметра модуляции длины канала λ.

Здесь V _E — это параметр, связанный с технологией (около 4 V / мкм для технологического узла 65 нм), а L — длина расстояния между истоком и стоком.

Величина, обратная выходному сопротивлению, называется проводимостью стока.

8.8 Модель T

Модель hybrid-pi, безусловно, является самой популярной моделью слабого сигнала для транзисторов BJT и MOS. Альтернативой является T-модель, которая полезна в определенных ситуациях. Модель T также имеет две версии:

Т-модели слабого сигнала для транзисторов PNP BJT и PMOS идентичны показанным здесь для транзисторов NPN и NMOS. Важно отметить, что нет никаких изменений полярностей (напряжения или тока) для моделей p-типа по сравнению с моделями n-типа.Опять же, эти модели слабого сигнала идентичны. Модель может быть достаточно точной для низкочастотных цепей и может быть легко адаптирована для более высокочастотных цепей с добавлением соответствующих межэлектродных емкостей и других паразитных элементов.

Базовая низкочастотная Т-модель для MOSFET и BJT показана на рисунке 8.8.1.

Рисунок 8.8.1 Модель MOSFET и BJT T

Некоторые важные МОП-уравнения.

Некоторые важные уравнения БЮТ.

Лабораторная деятельность

Краткое описание цифровых мультиметров

Описание функций и характеристик мультиметра Примечание по применению

1 Азбука цифровых мультиметров Описание характеристик и функций мультиметра Примечание по применению Цифровые мультиметры предлагают широкий выбор функций.Выбор подходящего измерителя для работы может быть сложной задачей, если вы не знаете, что делают функции. В этой заметке по применению объясняются некоторые из наиболее распространенных функций и то, как их можно использовать в реальных приложениях. Введение Мультиметры. Их называют рулеткой нового тысячелетия. Но что такое цифровой мультиметр (DMM) и что с ним можно делать? Как безопасно проводить измерения? Какие функции вам нужны? Какой самый простой способ получить максимальную отдачу от вашего глюкометра? Какой измеритель лучше всего подходит для среды, в которой вы работаете? Ответы на эти и другие вопросы приведены в этом примечании по применению.Технологии стремительно меняют наш мир. Электрические и электронные схемы, кажется, пронизывают все и продолжают усложняться и уменьшаться в размерах. Промышленность связи процветает с появлением сотовых телефонов и пейджеров, а подключение к Интернету оказывает большее давление на специалистов по электронике. Для обслуживания, ремонта и установки этого сложного оборудования требуются диагностические инструменты, которые предоставляют точную информацию. Начнем с объяснения того, что такое цифровой мультиметр. Цифровой мультиметр — это просто электронная рулетка для электрических измерений.Он может иметь любое количество специальных функций, но в основном цифровой мультиметр измеряет вольты, омы и амперы. Цифровые мультиметры Fluke используются в качестве примеров в этом указании по применению. Другие цифровые мультиметры могут работать иначе или предлагать функции, отличные от показанных. Однако в этом примечании к применению объясняются общие способы использования и советы по использованию большинства цифровых мультиметров. На следующих нескольких страницах мы обсудим, как использовать цифровой мультиметр для проведения измерений и чем цифровые мультиметры отличаются друг от друга. Выбор цифрового мультиметра Выбор цифрового мультиметра для работы требует не только рассмотрения основных характеристик, но и рассмотрения характеристик, функций и общей стоимости, представленных конструкцией счетчика и вниманием, проявленным при его изготовлении.Сегодня надежность, особенно в тяжелых условиях, важна как никогда. К тому времени, когда цифровые мультиметры Fluke готовы к отправке в ящики для инструментов, они уже прошли тщательную программу тестирования и оценки. При разработке цифровых мультиметров Fluke безопасность пользователя является первоочередной задачей. Обеспечение надлежащего расстояния между компонентами, двойной изоляции и защиты входа помогает предотвратить травмы и повреждение измерителя при их неправильном использовании. Fluke разрабатывает свои цифровые мультиметры в соответствии с последними и самыми строгими стандартами безопасности. Fluke предлагает множество цифровых мультиметров с различными комбинациями функций, такими как Touch Hold, аналоговые гистограммы и повышенное разрешение.Доступны аксессуары для измерения сильного тока и температуры, расширяющие возможности цифровых мультиметров. Некоторые основы Разрешение, цифры и количество единиц Разрешение относится к тому, насколько точным может быть измеритель. Зная разрешение измерителя, вы можете определить, можно ли увидеть небольшое изменение измеряемого сигнала. Например, если цифровой мультиметр имеет разрешение 1 мВ в диапазоне 4 В, можно увидеть изменение на 1 мВ (1/1000 вольта) при чтении 1 В. Вы не купите линейку с отметкой в ​​1. -дюймовые (или односантиметровые) сегменты, если вам нужно было измерить до четверти дюйма (или одного миллиметра).Термометр, который измеряет только целые градусы, бесполезен, когда ваша нормальная температура составляет 98,6 градусов по Фаренгейту. Вам нужен термометр с разрешением в один градус. Термины «цифры» и «количество» используются для описания разрешения измерителя. Цифровые мультиметры сгруппированы по количеству отображаемых на них отсчетов или цифр. F r o m t h e F l u k e D i g i t a l L i b r a r w w w. f l u k e. c o m / l i b r a r y

2 Цифровой счетчик может отображать три полных цифры от 0 до 9 и половину цифры, которая отображает только 1 или остается пустым.Цифровой измеритель будет отображать до 1999 единиц разрешения. Цифровой измеритель может отображать до 19 999 единиц разрешения. Метр точнее описывать числами разрешения, чем цифрами. Современные цифровые измерители могут иметь увеличенное разрешение до 3200, 4000 или 6000 отсчетов. Для некоторых измерений лучшее разрешение обеспечивают счетчики на 3200 единиц. Например, измеритель на 1999 отсчетов не сможет измерить напряжение до десятых долей вольта, если вы измеряете 200 вольт или более. Однако счетчик на 3200 отсчетов покажет десятые доли вольта до 320 вольт.Это то же разрешение, что и у более дорогого счетчика на 20000 единиц, пока вы не превысите 320 вольт. Точность Точность — это наибольшая допустимая погрешность, которая может возникнуть в определенных условиях эксплуатации. Другими словами, это показатель того, насколько близко отображаемое на цифровом мультиметре измерение к фактическому значению измеряемого сигнала. Точность цифрового мультиметра обычно выражается в процентах от показаний. Погрешность в один процент от показания означает, что для отображаемого значения 100 вольт фактическое значение напряжения может находиться в диапазоне от 99 до 101 вольт.Спецификации могут также включать ряд цифр, добавленных к базовой спецификации точности. Это указывает на то, сколько отсчетов цифра в крайнем правом углу дисплея может отличаться. Таким образом, предыдущий пример точности можно представить как ± (1% + 2). Следовательно, для показания на дисплее 100 вольт фактическое напряжение будет между 98,8 вольт и вольт. Технические характеристики аналогового измерителя определяются погрешностью полной шкалы, а не отображаемыми показаниями. Типичная точность аналогового измерителя составляет ± 2% или ± 3% от полной шкалы.При одной десятой полной шкалы это 20 или 30 процентов от чтения. Типичная базовая точность цифрового мультиметра составляет от ± (0,7% + 1) до ± (0,1% + 1) от показания или лучше. Закон Ома Напряжение, ток и сопротивление в любой электрической цепи можно рассчитать с помощью закона Ома, который гласит, что напряжение равно току, умноженному на сопротивление (см. Рисунок 1). Таким образом, если известны любые два значения в формуле, можно определить третье. Цифровой мультиметр использует закон Ома для прямого измерения и отображения сопротивления, ампер или вольт.На следующих страницах вы увидите, насколько просто использовать цифровой мультиметр для поиска нужных ответов. Цифровые и аналоговые дисплеи Для высокой точности и разрешающей способности цифровой дисплей показывает три или более цифр для каждого измерения. Отображение аналоговой стрелки менее точное и имеет более низкое эффективное разрешение, поскольку вам необходимо оценивать значения между линиями. Гистограмма показывает изменения и тенденции сигнала точно так же, как аналоговая стрелка, но она более прочная и менее подвержена повреждениям. Напряжение постоянного и переменного тока Измерение напряжения Одной из основных задач цифрового мультиметра является измерение напряжения.Типичный источник постоянного напряжения — это аккумулятор, подобный тому, который используется в вашем автомобиле. Напряжение переменного тока обычно создается генератором. Настенные розетки в вашем доме являются обычным источником переменного напряжения. Некоторые устройства преобразуют переменный ток в постоянный. Например, в электронном оборудовании, таком как телевизоры, стереосистемы, видеомагнитофоны и компьютеры, которые вы подключаете к розетке переменного тока, используются устройства, называемые выпрямителями, для преобразования переменного напряжения в постоянное. Это постоянное напряжение питает электронные схемы этих устройств. Проверка правильности напряжения питания обычно является первым шагом при поиске неисправностей в цепи.Если напряжение отсутствует или оно слишком высокое или слишком низкое, проблему с напряжением следует устранить, прежде чем проводить дальнейшие исследования. (А) Ток (В) Напряжение (В) Напряжение (Ом) Сопротивление (Ом) Сопротивление Формы сигналов, связанные с переменным напряжением, могут быть синусоидальными (синусоидальные волны) или несинусоидальными (пилообразная, прямоугольная, пульсация и т. Качественные цифровые мультиметры отображают среднеквадратичное значение (среднеквадратичное значение) этих осциллограмм напряжения. Действующее значение — это действующее или эквивалентное значение постоянного напряжения переменного тока. Большинство цифровых мультиметров реагируют на среднее значение, давая точные среднеквадратичные значения, если сигнал переменного напряжения представляет собой чистую синусоидальную волну.Измерители среднего отклика не могут точно измерять несинусоидальные сигналы. Несинусоидальные сигналы точно измеряются с помощью цифровых мультиметров, обозначенных как истинные, с точностью до пик-фактора, заданного цифровым мультиметром. Пик-фактор — это отношение амплитуды сигнала к среднеквадратичному значению. Это для чистой синусоидальной волны, но часто намного выше, например, для импульса тока выпрямителя. В результате средний показания счетчика часто будет намного ниже, чем фактическое среднеквадратичное значение. (A) Ток V = A x Ω где: V = вольты A = ток в амперах Ω = сопротивление в омах Закон объясняет взаимосвязь между напряжением, током и сопротивлением.Поместите палец на значение, которое хотите найти. Умножьте оставшиеся значения бок о бок; разделить, если одно над другим. Но на самом деле гораздо проще просто использовать цифровой мультиметр. Рис. 1. Азбука цифровых мультиметров Fluke Corporation

3 Способность цифрового мультиметра измерять переменное напряжение может быть ограничена частотой сигнала. Большинство цифровых мультиметров могут точно измерять переменное напряжение с частотами от 50 до 500 Гц, но ширина полосы измерения переменного тока цифрового мультиметра может достигать сотен килогерц.Такой измеритель может показывать более высокое значение, потому что он видит более сложный сигнал переменного тока. В характеристиках точности цифрового мультиметра для переменного напряжения и переменного тока должен быть указан частотный диапазон вместе с точностью диапазона. Как проводить измерения напряжения 1 Выберите V ~ (переменный ток) или V (постоянный ток) по желанию. 2. Вставьте черный щуп во входное гнездо COM. Подключите красный измерительный щуп к входному гнезду V. 3. Если цифровой мультиметр имеет только ручной диапазон, выберите самый высокий диапазон, чтобы не перегружать вход. 4. Прикоснитесь наконечниками щупа к цепи через нагрузку или источник питания (параллельно цепи).5. Просмотрите показания, обязательно отметив единицу измерения. Примечание. Для получения показаний постоянного тока с правильной полярностью (±) прикоснитесь красным щупом к положительной стороне цепи, а черным щупом — к отрицательной стороне или заземлению цепи. Если вы поменяете местами подключения, цифровой мультиметр с автополярностью просто отобразит знак минус, указывающий на отрицательную полярность. Используя аналоговый измеритель, вы рискуете повредить его. Примечание: 1/1000 В = 1 мВ 1000 В = 1 кВ Высоковольтные пробники доступны для ремонта телевизоров и электронно-лучевых трубок, где напряжение может достигать 40 кВ (см. Рисунок 3).Осторожно: эти датчики не предназначены для использования в электрических сетях, в которых высокое напряжение также сопровождается высокой энергией. Скорее они предназначены для использования в приложениях с низким энергопотреблением. Рисунок 2. Три сигнала напряжения: постоянный ток, переменный синусоидальный сигнал и несинусоидальный переменный сигнал. Сопротивление, целостность цепи и диоды Сопротивление Сопротивление измеряется в омах (Ом). Значения сопротивления могут сильно варьироваться, от нескольких миллиомов (МОм) для контактного сопротивления до миллиардов Ом для изоляторов. Большинство цифровых мультиметров имеют значение 0.1 Ом, а некоторые измеряют до 300 МОм (300000000 Ом). Бесконечное сопротивление (разомкнутая цепь) отображается как OL на дисплее измерителя Fluke и означает, что сопротивление больше, чем измеритель может измерить. Измерения сопротивления должны производиться при отключенном питании цепи, в противном случае измеритель или цепь могут быть повреждены. Некоторые цифровые мультиметры обеспечивают защиту в режиме измерения сопротивления от случайного контакта с напряжением. Уровень защиты может сильно различаться в зависимости от модели цифрового мультиметра. Для точных измерений при низком сопротивлении сопротивление измерительных проводов необходимо вычесть из общего измеренного сопротивления.Типичное сопротивление измерительных проводов составляет от 0,2 Ом до 0,5 Ом. Если сопротивление измерительных проводов больше 1 Ом, измерительные провода следует заменить. Рис. 3. Принадлежности, такие как высоковольтные пробники Fluke 80K-40 и 80K-6, расширяют диапазон измерения напряжения цифрового мультиметра. Если цифровой мультиметр подает испытательное напряжение менее 0,6 В постоянного тока для измерения сопротивления, он сможет измерять значения резисторов, которые изолированы в цепи диодами или полупроводниковыми переходами. Это часто позволяет проверять резисторы на печатной плате, не распаивая их (см. Рисунок 4).k 1000 Ом Рис. 4. Для измерения сопротивления в присутствии диодов испытательные напряжения цифрового мультиметра поддерживают ниже 0,6 В, чтобы полупроводниковые переходы не проводили ток. 3 Краткие сведения о цифровых мультиметрах от Fluke Corporation

4 Как произвести измерения сопротивления: 1. Выключите питание цепи. 2. Выберите сопротивление (Ом). 3. Вставьте черный щуп во входной разъем COM. Подключите красный измерительный щуп к входному гнезду Ω.4. Подключите наконечники пробников к компоненту или участку цепи, для которого вы хотите определить сопротивление. 5. Просмотрите показания, обязательно запомните единицы измерения: Ом (Ом), килоом (кОм) или мегом (МОм). Примечание: 1000 Ом = 1 кОм 1000000 Ом = 1 МОм Перед измерением сопротивления убедитесь, что питание отключено. Непрерывность Непрерывность — это быстрое испытание на сопротивление, которое позволяет различать разомкнутую и замкнутую цепь. Цифровой мультиметр со звуковым сигналом проверки целостности позволяет легко и быстро выполнять множество тестов на непрерывность.Измеритель издает звуковой сигнал, когда обнаруживает замкнутую цепь, поэтому вам не нужно смотреть на измеритель во время проверки. Уровень сопротивления, необходимый для включения звукового сигнала, варьируется от модели к модели цифрового мультиметра. Проверка диодов Диод похож на электронный переключатель. Его можно включить, если напряжение превышает определенный уровень, обычно около 0,6 В для кремниевого диода, и он позволяет току течь в одном направлении. При проверке состояния диодного или транзисторного перехода аналоговый VOM не только дает сильно различающиеся показания, но и может пропускать токи до 50 ма через переход.(См. Таблицу 1). Некоторые цифровые мультиметры имеют режим проверки диодов. В этом режиме измеряется и отображается фактическое падение напряжения на переходе. Кремниевый переход должен иметь падение напряжения менее 0,7 В при приложении в прямом направлении и разомкнутую цепь при приложении в обратном направлении. Постоянный и переменный ток. Измерение тока. Измерения тока отличаются от других измерений цифрового мультиметра. Для измерения тока, проводимого только с помощью цифрового мультиметра, необходимо подключить измеритель последовательно к измеряемой цепи. Это означает размыкание цепи и использование тестовых проводов цифрового мультиметра для замыкания цепи.Таким образом, весь ток цепи проходит через схему цифрового мультиметра. Косвенный метод измерения тока на цифровом мультиметре может быть выполнен с использованием токового пробника. Зонд зажимает внешнюю часть проводника, избегая размыкания цепи и последовательного подключения цифрового мультиметра. Как произвести измерения тока 1. Выключите питание цепи. 2. Вырежьте или распаяйте схему, создав место, куда можно будет вставить измерительные щупы. 3. Выберите A ~ (ac) или A (dc) по желанию. 4. Вставьте черный щуп во входной разъем COM.Подключите красный щуп к входному разъему усилителя или миллиампера, в зависимости от ожидаемого значения показания. 5. Подключите наконечники пробников к цепи через разрыв так, чтобы весь ток протекал через цифровой мультиметр (последовательное соединение). 6. Снова включите питание схемы. 7. Просмотрите показания, обязательно отметив единицу измерения. Примечание. Если при измерении постоянного тока щупы перевернуты, на дисплее отобразится значок. Таблица 1. Защита входа Распространенной ошибкой является то, что измерительные провода остаются подключенными к токовым входным гнездам, а затем предпринимаются попытки измерения напряжения.Это вызывает прямое короткое замыкание на источнике напряжения через маломощный резистор внутри цифрового мультиметра, называемое токовым шунтом. Через цифровой мультиметр протекает сильный ток, который, если он не имеет надлежащей защиты, может вызвать серьезное повреждение как цифрового мультиметра, так и цепи, а также привести к травмам оператора. Чрезвычайно высокие токи короткого замыкания могут возникать, если задействованы промышленные цепи высокого напряжения (240 В или выше). Поэтому цифровой мультиметр должен иметь предохранитель токового входа достаточной мощности для измеряемой цепи.Счетчики без предохранителей на токовых входах не должны использоваться в электрических цепях большой мощности (> 240 В переменного тока). Цифровые мультиметры, в которых используются предохранители, должны иметь предохранитель с емкостью, достаточной для устранения неисправности с высокой мощностью. Номинальное напряжение предохранителей измерителя должно быть больше, чем максимальное напряжение, которое вы ожидаете измерить. Например, предохранитель на 20 А, 250 В может не устранить неисправность внутри счетчика, когда счетчик подключен к цепи 480 В. Предохранитель на 20 А, 600 В потребуется для устранения неисправности в цепи 480 В.Принадлежности для токовых пробников Иногда вам может потребоваться измерение тока, которое превышает номинальные значения вашего цифрового мультиметра, или ситуация не позволяет вам разомкнуть цепь для измерения тока. В этих приложениях с более высоким током (обычно более 2 А), где высокая точность не требуется, очень полезен токовый пробник. Токовый зонд зажимает проводник, по которому проходит ток, и преобразует измеренное значение в уровень, с которым может работать измеритель. ВОМ ВОМ Диапазон цифрового мультиметра Rx1 Rx100 Ток диодного тестового перехода 35 мА — 50 мА 0.5 ма ма 0,5 ма — 1 ма Германий 8 Ом — 19 Ом 200 Ом Ом В В Кремний 8 Ом — 16 Ом 450 Ом Ом 0,4 В В 4 Fluke Corporation ABC цифровых мультиметров

5 Существует два основных типа датчиков тока: трансформаторы тока, которые используются только для измерения переменного тока, и датчики на эффекте Холла, которые используются для измерения переменного или постоянного тока. Выходной сигнал трансформатора тока обычно составляет 1 миллиампер на ампер.Значение 100 ампер снижается до 100 миллиампер, которые можно безопасно измерить большинством цифровых мультиметров. Провода пробника подключены к входным гнездам ma и COM, а переключатель функций измерителя установлен в положение ma ac. Выходной сигнал датчика Холла составляет 1 милливольт на ампер, переменного или постоянного тока. Например, 100 А переменного тока преобразуются в 100 мВ переменного тока. Провода пробника подключаются к гнездам V и COM. Установите переключатель функций измерителя на шкалу V или mv, выбрав V ~ для переменного тока или V для измерения постоянного тока. Измеритель отображает 1 милливольт на каждый измеренный ампер.Безопасность Безопасность мультиметра Безопасное выполнение измерений начинается с выбора подходящего измерителя для области применения, а также среды, в которой он будет использоваться. После выбора подходящего измерителя вы должны использовать его, следуя правильным процедурам измерения. Перед использованием внимательно прочтите руководство пользователя прибора, обращая особое внимание на разделы ПРЕДУПРЕЖДЕНИЕ и ВНИМАНИЕ. Международная электротехническая комиссия (МЭК) установила стандарты безопасности при работе с электрическими системами.Убедитесь, что вы используете измеритель, соответствующий категории IEC и номинальному напряжению, утвержденному для среды, в которой должны производиться измерения. Например, если необходимо провести измерение напряжения на электрической панели с напряжением 480 В, следует использовать счетчик категории III 600 В или 1000 В. Это означает, что входная схема измерителя была спроектирована так, чтобы выдерживать переходные напряжения, обычно встречающиеся в этой среде, без вреда для пользователя. Выбор измерителя с этим рейтингом, который также имеет сертификаты UL, CSA, VDE или TÜV, означает, что всегда убедитесь, что питание отключено, прежде чем разрезать или распаять цепь и вставить цифровой мультиметр для измерения тока.Даже небольшой ток может быть опасным. Токовый пробник трансформаторного типа, такой как Fluke i400, уменьшает измеряемый ток. Цифровой мультиметр отображает 1 ма для каждого измеряемого усилителя. Рис. 5. Счетчик не только разработан в соответствии со стандартами IEC, но и прошел независимые испытания и соответствует этим стандартам. (См. Врезку «Независимое тестирование» на стр. 6) Общие ситуации, которые приводят к отказу цифрового мультиметра: 1. Контакт с источником переменного тока, когда измерительные провода подключены к токовым разъемам. 2. Контакт с источником питания переменного тока в режиме сопротивления 3.Воздействие переходных процессов высокого напряжения 4. Превышение максимальных ограничений входного сигнала (напряжения и тока) Типы схем защиты цифрового мультиметра: 1. Защита с автоматическим восстановлением. Некоторые счетчики имеют схему, которая определяет состояние перегрузки и защищает счетчик до тех пор, пока это состояние не исчезнет. После устранения перегрузки цифровой мультиметр автоматически вернется в нормальный режим работы. Обычно используется для защиты функции измерения сопротивления от перегрузок по напряжению. Никогда не пытайтесь измерить напряжение с помощью щупов в токовом гнезде.Это может привести к повреждению измерителя или травмам. Пробник на эффекте Холла Fluke i1010 безопасно измеряет сильноточные значения переменного или постоянного тока путем уменьшения измеряемого тока и преобразования этого уменьшенного тока в напряжение. Цифровой мультиметр отображает 1 мВ для каждого усилителя. 2. Защита без автовосстановления. Некоторые измерители обнаруживают состояние перегрузки и защищают его, но не восстанавливаются до тех пор, пока оператор не выполнит операцию с измерителем, например, замену предохранителя. Обратите внимание на следующие функции безопасности цифрового мультиметра: 1.Токовые входы с предохранителями 2. Использование высокоэнергетических предохранителей (600 В или более) 3. Защита от высокого напряжения в режиме сопротивления (500 В или более) 4. Защита от скачков напряжения (6 кВ или более) 5. Испытание с учетом требований безопасности провода с защитой для пальцев и закрытые клеммы 6. Одобрение / список независимых организаций по безопасности (например, UL или CSA) 5 Fluke Corporation ABC цифровых мультиметров

6 Контрольный список безопасности 3 Используйте счетчик, который соответствует принятым стандартам безопасности для среды, в которой он будет использоваться.3 Используйте измеритель с предохранителями на токовых входах и обязательно проверьте предохранители перед измерением тока. 3 Перед измерением проверьте измерительные провода на предмет физических повреждений. 3 Используйте измеритель, чтобы проверить целостность измерительных проводов. 3 Используйте только измерительные провода с закрытыми разъемами и защитными кожухами для пальцев. 3 Используйте только измерители с утопленными входными гнездами. 3 Выберите подходящую функцию и диапазон для ваших измерений. 3 Убедитесь, что глюкометр находится в хорошем рабочем состоянии. 3 Соблюдайте все процедуры безопасности оборудования.3 Всегда сначала отсоединяйте горячий (красный) щуп. 3 Не работайте в одиночку. 3 Используйте измеритель с функцией защиты от перегрузки по сопротивлению. 3 При измерении тока без токовых клещей выключите питание перед подключением к цепи. 3 Помните о ситуациях, связанных с сильным током и высоким напряжением, и используйте соответствующее оборудование, такое как высоковольтные пробники и сильноточные клещи. Принадлежности и глоссарий Принадлежности для цифрового мультиметра Одним из очень важных требований к цифровому мультиметру является то, что он может использоваться с широким спектром принадлежностей.Доступно множество принадлежностей, которые могут увеличить диапазон измерения вашего цифрового мультиметра и повысить его полезность, одновременно облегчая ваши измерительные задачи. Высоковольтные пробники и токовые пробники снижают высокие напряжения и токи до уровня, который цифровой мультиметр может безопасно измерить. Датчики температуры превращают ваш цифровой мультиметр в удобный цифровой термометр. Радиочастотные зонды можно использовать для измерения напряжений на высоких частотах. Кроме того, набор тестовых проводов, тестовых щупов и тестовых зажимов поможет вам легко подключить цифровой мультиметр к цепи.Мягкие и жесткие футляры для переноски защищают цифровой мультиметр и позволяют удобно хранить аксессуары вместе с цифровым мультиметром. Глоссарий Точность. Насколько близко отображаемое значение цифрового мультиметра к фактическому значению измеряемого сигнала. Выражается в процентах от показаний или в процентах от полной шкалы. Аналоговый счетчик. Инструмент, который использует движение стрелки для отображения значения измеренного сигнала. Пользователь оценивает показания на основе положения иглы на шкале. Оповещатель. Символ, обозначающий выбранный диапазон или функцию.Средний отвечающий DMM. Цифровой мультиметр, который точно измеряет синусоидальные формы сигналов, при этом измеряя несинусоидальные формы сигналов с меньшей точностью. Граф. Число, используемое для указания разрешения цифрового мультиметра. Токовый шунт. Низкое сопротивление в мультиметре для измерения тока. Цифровой мультиметр измеряет падение напряжения на токовом шунте и, используя закон Ома, вычисляет значение тока. Цифровой мультиметр, цифровой мультиметр. Инструмент, который использует цифровой дисплей для отображения значения измеренного сигнала. Цифровые мультиметры отличаются большей надежностью, разрешением и гораздо большей точностью, чем аналоговые измерители.Несинусоидальная форма волны. Искаженная форма волны, такая как последовательность импульсов, прямоугольные волны, треугольные волны, пилообразные волны и пики. Разрешение. Степень, в которой могут отображаться небольшие изменения в измерении. среднеквадратичное значение Эквивалентное значение постоянного тока формы волны переменного тока. Синусоидальная форма волны. Чистая синусоида без искажений. Цифровой мультиметр с истинным среднеквадратичным значением. Цифровой мультиметр, который может точно измерять как синусоидальные, так и несинусоидальные сигналы. Характеристики и возможности счетчика зависят от производителя. Перед работой с новым счетчиком обязательно ознакомьтесь со всеми процедурами эксплуатации и безопасности для этого счетчика, содержащимися в руководстве пользователя.Независимое тестирование — ключ к соблюдению требований безопасности. Как узнать, какой у вас глюкометр категории III или II? Это не всегда просто. Производитель может самостоятельно сертифицировать свои счетчики как CAT II или CAT III без какой-либо независимой проверки. Остерегайтесь таких формулировок, как «Разработано в соответствии со спецификациями» … Планы дизайнера никогда не заменяют фактическое независимое тестирование. IEC (Международная электротехническая комиссия) разрабатывает и предлагает стандарты, но не несет ответственности за соблюдение стандартов.В СПИСОКЕ Найдите символ и номер в списке независимой испытательной лаборатории, такой как UL, CSA, R TÜV или другого признанного агентства по сертификации. Этот символ можно использовать только в том случае, если продукт успешно прошел тестирование в соответствии со стандартом агентства, который основан на национальных / международных стандартах. UL 3111, например, основан на IEC. В несовершенном мире это самое близкое к тому, чтобы гарантировать, что выбранный вами мультиметр действительно прошел испытания на безопасность. 6 Fluke Corporation Азбука цифровых мультиметров

7 Специальные функции Следующие ниже специальные функции и функции могут облегчить использование цифрового мультиметра.Сигнализаторы сразу показывают, что измеряется (вольт, ом и т. Д.). Touch Hold замораживает дисплей до стабильных показаний, поэтому вы можете использовать обе руки для измерения и просмотра результатов позже. Управление одним переключателем упрощает выбор функций измерения. Защита от перегрузки предотвращает повреждение как счетчика, так и схемы, защищая пользователя. Специальные высокоэнергетические предохранители обеспечивают дополнительную защиту пользователя и счетчика во время измерения тока и перегрузок. Автоматический выбор диапазона автоматически выбирает правильный диапазон измерения.Ручной выбор диапазона позволяет зафиксировать определенный диапазон для повторяющихся измерений. Автополярность указывает на отрицательные показания со знаком минус, поэтому даже если вы подключите измерительные провода в обратном порядке, вы не повредите измеритель. Индикатор низкого заряда батареи. Информация в этом примечании по применению охватывает основные функции цифрового мультиметра, такие как функции мультиметров Fluke серии 170. Fluke также производит множество других цифровых мультиметров со специализированными функциями и функциями для широкого спектра приложений. Случайность. Поддержание вашего мира в рабочем состоянии.Fluke Corporation PO Box 9090, Everett, WA USA Fluke Europe BV PO Box 1186, 5602 BD Eindhoven, Нидерланды Для получения дополнительной информации звоните: в США (800) или по факсу (425) в Европе / M-Востоке / Африке +31 ( 0) или факс +31 (0) в Канаде (800) -36-FLUKE или факс (905) из других стран +1 (425) или факс +1 (425) Доступ в Интернет: Fluke Corporation. Все права защищены. Напечатано в США. 5 / A-EN-N Rev M 7 Fluke Corporation Азбука цифровых мультиметров

Что такое биполярные транзисторные переключатели

Plate 1

by Lewis Loflin

Это представляет собой широкое представление о переключающих транзисторах PNP и NPN, ориентированных на общие 5-вольтовые микроконтроллеры.Биполярные транзисторы состоят из двух полупроводниковых переходов (таким образом, биполярных), которые служат широкому кругу электронных применений, от усилителей звука до цифровых схем.

Здесь нас интересует только их использование в качестве электронных переключателей для управления нагрузками, такими как реле, лампы, двигатели и т. Д. Они бывают в различных упаковках и стилях корпусов.

Табличка 2

На табличке 2 выше мы видим электронные символы как для NPN, так и для NPN. Они работают точно так же, за исключением противоположных электрических полярностей.Если набор транзисторов имеет точные электрические свойства, но противоположные полярности, они называются дополнительной парой .

Другой тип транзисторов известен как полевые МОП-транзисторы или металлооксидные полупроводниковые полевые транзисторы , которые будут рассмотрены отдельно.

Табличка 3

На Таблице 3 показаны типичные электрические соединения для биполярных транзисторов PNP и NPN в системе микроконтроллера с отрицательным заземлением. Обратите внимание, что ток на этих иллюстрациях изменяется от отрицательного к положительному.

Обратите внимание на стрелки, показывающие протекание тока — с PNP ток коллектора (Ic) идет от коллектора (C) к эмиттеру (E), а NPN Ic — от эмиттера к коллектору.

Обратите внимание на положение транзисторов относительно GND, +12 В и нагрузки в этом случае двигателей постоянного тока. Транзистор PNP, работающий как переключатель для включения-выключения двигателя, расположен на стороне + Vcc нагрузки и будет источником тока.

С NPN-транзистором справа переключатель находится на стороне заземления нагрузки и, как говорят, принимает ток.

Приемник и источник важны при подключении программируемых логических контроллеров (ПЛК), используемых для управления оборудованием в промышленности.

Нажимной переключатель Sw1 течет от GND через R1, и смещает в прямом направлении базу (B) относительно эмиттера. Это объединяется с током коллектора, чтобы вернуть ток эмиттера к источнику питания 12 В.

Push Sw2, это позволяет току от GND через эмиттер, который выплескивается, чтобы сформировать Ib и Ic для транзистора NPN.Это слишком прямое смещение перехода база-эмиттер. Отношения для обоих следующие:

 
Т.е. = Ic + Ib;
hfe = Ic / Ib.
  

Значения hfe представляют усиление постоянного тока — небольшой ток база-эмиттер создает больший ток эмиттер-коллектор.

При использовании в качестве переключателей транзисторы используются в режиме насыщения , где дополнительный ток база-эмиттер не создает дополнительного тока коллектор-эмиттер.

Пластина 4

На четвертой пластине показано, как проверить PN полупроводниковый переход.Диод — это самый простой полупроводниковый переход, в котором ток течет только в одном направлении. Цифровой вольтметр (DVM) должен выполнять функцию проверки диода, которая подает достаточно напряжения для прямого смещения диода, когда катодная сторона отрицательна, а анодная сторона положительна.

Если провода DVM перевернуты, ток не протекает. Падение напряжения на смещенном в прямом направлении PN-переходе составляет приблизительно 0,6В.

Пластина 5

На пластине 5 показано, как два PN перехода в биполярных транзисторах действуют как встречные диоды.(Обратите внимание на противоположную полярность!) Ток не может течь от эмиттера-коллектора или коллектора-эмиттера. Когда переход база-эмиттер смещен в прямом направлении, ток течет через смещенный в обратном направлении переход база-коллектор.

Пластина 6

На пластине 6 мы используем транзистор TIP41 NPN, рассчитанный на 6 ампер и минимальную hfe 20. Всегда принимайте наименьшее hfe из листов характеристик транзистора!

Наша нагрузка (светодиод) требует 100 мА, чтобы найти необходимый ток база-эмиттер Ib = Ic / hfe = 0.1 А / 20 = 5 мА. Я предполагаю, что Ib равен 10 мА, чтобы убедиться, что TIP41 полностью отключается (насыщение).

При вводе 5 В от Arduino, PIC и т. Д. Вычтите 0,6 В для напряжения база-эмиттер, а затем разделите 4,4 В / 10 мА = 440 Ом.

Обратите внимание, что напряжение эмиттер-коллектор на транзисторе при насыщении составляет 0,5 В.

Пластина 7

2N3055 — это транзистор очень высокой мощности, предназначенный для подачи сильного тока. В этом случае мы управляем двигателем на 10 ампер. Разделите 10 ампер на 20, нам понадобится не менее 500 мА.Это никак не сработает, потому что вывод Arduino, PIC и т. Д. Просто не может обеспечить такой уровень тока привода.

Пластина 8

На рисунке 8 представлена ​​так называемая конфигурация Дарлингтона, в которой ток коллектора-эмиттера одного транзистора обеспечивает ток база-эмиттер второго транзистора. Значения hfe для каждого транзистора равны , умноженному на , чтобы получить значительное усиление тока в этом примере 2000.

Q2 также будет известен как предварительный драйвер.

Пластина 9

На пластине 9 показано, как подключить транзистор PNP к Arduino или аналогичному микроконтроллеру. Поскольку высокое напряжение 11 В на базе Q1 разрушит вывод ввода / вывода (ограничено 5 В), мы должны использовать транзисторный переключатель NPN (Q2) в качестве предварительного драйвера.

Пластина 10

На пластине 10 мы используем высокомощный Mj2955 (дополнение к более раннему 2N3055) с транзистором TIP42 PNP, чтобы сформировать транзистор Дарлингтона. Мы снова используем предварительный драйвер NPN для защиты вывода ввода / вывода микроконтроллера от высокого базового напряжения Q2.

Надеюсь, серия была полезной. Любые исправления, предложения и т. Д. Пишите мне по адресу [email protected].

.