Якщо діод схожий на бутерброд, то транзистор на сендвіч – між двома шарами напівпровідника одного типу розташовується напівпровідник іншого типу Ви можете відразу зрозуміти, що мова йде про

транзисторах «pnp» і транзисторах «npn» типу Три шару напівпровідника дозволяють зробити три висновки (або три відведення від кожного з шарів) Тому у всіх транзисторів (такі транзистори ще називають біполярними, бо є ще польові транзистори) цього типу три висновки, які називаються: емітер, база, колектор Емітер і колектор в чому схожі, але, завдяки конструкції і призначенню, розрізняються, а база в силу свого розташування має особливе призначення Щоб розібратися в призначенні висновків транзистора, подивимося, що відбувається в його «внутрішньому світі»

Рис 210 Схематичне зображення біполярного транзистора

Якщо напівпровідник n-типу щільно зєднати з напівпровідником p-типу, то ті електрони, що слабко повязані з атомом і дрейфують по всьому обєму напівпровідника n-типу, перемістяться в напівпровідник p-типу Тут їх швидко захоплюють атоми напівпровідника p-типу, стаючи негативно зарядженими Атоми ж напівпровідника n-типу, що втратили електрони, заряджені позитивно

Як довго триває цей процес На кордоні зєднання різних матеріалів утворилося електричне поле, яке перешкоджає переходу електронів через кордон Процес продовжується до тих пір, поки енергії електронів вистачає на подолання «барєра», на протидію електричному полю Потім процес дрейфу електронів припиняється

Якщо ми тепер до висновків емітера і бази підключимо зовнішнє джерело ЕРС (наприклад, батарейку), то при одній полярності зовнішнє електричне поле буде знижувати барєр (власне і зовнішнє поле взаємно протидіють), а, значить, дозволить електронам від зовнішнього джерела переміщатися при зворотній полярності поля будуть складатися і ще більше перешкоджати переходу електронів через межу розділу

Так працює напівпровідниковий діод Але у транзистора є ще один висновок від області колектора Якщо ми тепер підключимо ще одне джерело ЕРС до емітера і колектора, то при відповідній полярності підключення електричне поле на межі розділу колектора і бази буде сприяти руху електронів, а джерело ЕРС в ланцюзі бази, що знижує потенційний барєр на кордоні бази та емітера, дозволить електронам проходити від емітера до колектора

Утворюється наскрізний струм, величина якого залежатиме від напруги на базі транзистора щодо емітера Керуючи напругою (у біполярного транзистора зручніше говорити про струмі бази) на базі транзистора, ми будемо управляти струмом через його колектор

Чому зручніше говорити про струмі бази Тому що між струмом бази і струмом колектора є дуже просте співвідношення:

Ік = В * Іб

Тут В – це коефіцієнт, тобто, число, яке залишається постійним в досить широких межах зміни струму колектора Його називають коефіцієнтом посилення транзистора по струму Якщо бути точним, то статичним коефіцієнтом підсилення Але, взявши малі збільшення струмів, ми отримаємо динамічний коефіцієнт підсилення

Звязок між струмами бази та колектора дуже нагадує звязок між напругою і струмом, що протікає через резистор, де коефіцієнту У відповідало опір Але, якщо опір залишається постійним (За певних умов, наприклад, температурі) завжди, то коефіцієнт посилення транзистора таки залежить від струму колектора Тому перетворення базового струму в колекторний не цілком лінійно

Перш, ніж проводити перший експеримент з транзистором, я хочу зробити невелике зауваження Ми говорили, що електрони напівпровідника n-типу дрейфують і потрапляють в область бази Але у провідника цих електронів ще більше Що буде, якщо замість напівпровідника n-типу ми візьмемо метал Швидше за все, утворюється діод А згадую я про це з тієї причини, що в реальних схемах, де метал зєднується з різними матеріалами, такі процеси можливі У підсумку в схемі можуть зявитися «незаплановані» діоди І їх поява може негативно позначатися на роботі схеми

Рис 211 Перший експеримент з транзистором

Значення струму, що протікає в ланцюзі колектора 79 мА, можна розділити на значення струму в ланцюзі бази, 008 мА, щоб отримати коефіцієнт посилення рівний приблизно 100

Якщо у вас транзистор 2N2222 (або будь-який малопотужний типу npn), то полярність включення приладів і батарейок ви можете зберегти таку ж Якщо транзистор типу pnp, то полярність слід змінити і у приладів, і у батарейок

На практиці транзистор рідко включають, використовуючи два джерела живлення Найчастіше це виглядає так:

Рис 212 Один зі стандартних варіантів включення транзистора

Як видно на малюнку, джерело ЕРС V1 прекрасно справляється зі створенням базового струму (резистор в ланцюзі бази був збільшений до 100 кОм)

І зараз я хотів би показати, що вже отриманих знань, включаючи наведені раніше формули, вам достатньо для орієнтовного розрахунку статичного режиму наведеної схеми

Ми вже говорили, що перехід база-емітер, практично поводиться так само, як діод На вольт-амперної характеристиці діода можна побачити, що при напрузі близько 05 В зявляється струм через перехід, і швидко зростає, хоча напруга змінюється незначно Тобто, падіння напруги на базі транзистора залишається невеликим Згадаймо закон Кирхгофа, що показує, що сума падінь напруг в замкнутому контурі дорівнює ЕРС джерела Таким чином, сума падінь напруг на резисторі R1 і переході база-емітер транзистора, дорівнює напрузі V1 (у нашому випадку 9 В) Нехтуючи падінням напруги на переході база-емітер, покладемо, що падіння напруги на резистори R1 дорівнює 9 В Згадаймо закон Ома: I = U / R (нас цікавить значення струму) Струм через резистор R1 дорівнює 9 В/100 кОм, тобто, 009 мА Подивіться, що показує амперметр U2 в ланцюзі бази Ми не дуже помилилися

Але зазвичай розрахунок статичних параметрів починають із зворотного боку, з виходу каскаду підсилення на транзисторі Застосовуючи резистор в ланцюзі колектора опором 1 кОм, ми найчастіше хотіли б мати на ньому падіння напруги рівне половині напруги живлення (напруги батарейки V1) Визначимо струм (закон Ома) через резистор R2, розділивши 45 В на 1000 Ом Ток виходить рівним 45 мА Коефіцієнт посилення транзистора по струму ми знаємо (ми могли його виміряти, провівши експеримент подібний описаному вище, або використовувати мультиметр для цієї мети) Нехай він буде дорівнює 100 Між струмом колектора і струмом бази, це ми теж знаємо (якщо запамятали), просте співвідношення, що дозволяє визначити необхідний струм бази: Іб = Ік / В, 45 мА/100 виходить 45 микроампер Залишилося визначити величину опору резистора R1, визначального цей струм бази Знову закон Ома допомагає визначити, що цей опір 9 В/45 мкА = 200 кОм

Отриманий розрахунок можна перевірити в програмі Multisim:

Рис 213 Перевірка розрахунку в програмі Multisim

Як ви бачите, отримані значення не надто сильно відрізняються від розрахункових Ви можете повторити перевірку на макетної платі І можете уточнити розрахунок, вирахувавши з 9 У падіння напруги між базою і емітером, приблизно 09 В

Ми повернемося до цього пізніше, а зараз мені хотілося показати головне – ми майже нічого не дізналися зі світу електроніки, але вже можемо розрахувати статичні дані каскаду підсилення на транзисторі

Розповідаючи про діоді, я згадав, що діоди знайшли широке застосування при випрямленні змінного струму Наступний експеримент я раджу вам провести за компютером або, при наявності генератора, використовувати синусоїдальний сигнал величиною 2-5 вольт і частотою 50 Гц

Рис 214 Випрямлення змінного напруги

Випрямлена напруга – падіння напруги на резистори R1 – це ще не постійна напруга, оскільки воно, хоча і не змінюється за напрямком, завдяки диоду, але змінюється за величиною Це ще змінне напругу Щоб перетворити його в постійну напругу, слід вжити заходів до фіксації його величини Як це можна зробити, розглянемо в наступному розділі

А, завершуючи цю главу, я зупинюся на розбіжностях, що виникли між експериментом в програмі Multisim і експериментом, проведеним мною з реальним резистором 10 Ом Нагадаю, що я вимірював струм, протікає через резистор, при живленні від батарейки 15 В Струм я вимірював мультиметром Розрахункове значення струму, яке можна було побачити і в програмі Multisim, 150 мА

Рис 215 Вимірювання струму через резистор 10 Ом

Однак є фотографія показань мультиметра, де струм близько 98 мА У чому причина настільки сильних розбіжностей

Причина в конструкції мультиметра Ось фрагмент схеми мультиметра, а таку схему мають дуже багато моделей

Рис216 Фрагмент схеми мультиметра і еквівалентна схема

Ток, протікаючи по резистору Rизм, викликає на ньому падіння напруги, яка вимірюється вольтметром мультиметра (він позначений вище U1) Діоди D1 і D2 оберігають прилад від великої напруги При вимірі струмів напруга на вимірювальному опорі не перевищує 02 В, а діоди відкриваються тільки при напрузі 07 В Запобіжник оберігає прилад від поломки через великого струму, якщо ви помилитеся і забудете переключити прилад на межа 10 А

Точки «А» і «COM» – точки підключення мультиметра до схеми вимірювання Я розраховував, що опір резистора Rизм змінить ток відсотків на 10 Дійсно, струм визначиться сумою опорів: пробного резистора 10 Ом і вимірювального 1 Ом Але я забув про запобіжнику У моєму приладі варто запобіжник на 02 А Якщо виміряти його опір, то воно виявиться рівним 3-5 Ом Підсумовуючи все опору, підключення до джерела живлення 15 В, ми виявимо, що струм, швидше за все, буде менше 100 мА, що і показав мультиметр

Коли я вибирав опір для проведення реального експерименту, резистор 10 Ом попався під руку першим Я не стільки задумався про те, що написано вище, скільки вирішив,

яка різниця Але тепер я радий, що не почала експеримент з опору 100 Ом, оскільки це дало мені можливість на досвіді показати, що не завжди реальні виміри на макетної платі дають результати, яким можна довіряти повністю і без роздумів Так опір амперметра може вплинути на результат А вхідна ємність щупа осцилографа може змінити характер роботи схеми І про це не слід забувати Фактично, ми досліджували електричну ланцюг, яку можна зобразити так:

Рис 217 Фактична схема проведення експерименту з вимірювання струму

Щоб не повертатися до цього, додам, що програма Multisim дозволяє вам змінити параметри вимірювального приладу, привівши у відповідність з реальністю Натисніть на кнопку Set .. віртуального мультиметра Ви потрапите в діалогове вікно завдання його параметрів

Рис 218 Діалог налаштування параметрів приладу в Multisim

Обведені вище параметри амперметра можна змінити, використовуючи кнопки праворуч, і виставити внутрішній опір мультиметра, наприклад, 5 Ом Проводячи експеримент в програмі Multisim з опором 10 Ом, ви отримаєте результат, який відповідає експерименту з трьома послідовно включеними резисторами

Як і передмова на початку глави, так невелике післямова в її кінці, я сподіваюся, допоможуть вам краще запамятати те, що виявилося корисним для вас, якщо, звичайно, щось корисне ви виявили

Проробивши експерименти з резисторами, ми переконалися, що опір протіканню електричного струму, що викликає падіння напруги, повязане з величиною викликаного струму дуже простим, але дуже корисним співвідношенням, яке називають Законом Ома І цей закон, доповнений не менш важливими Законами Кирхгофа, буде супроводжувати всі наші подальші експерименти

У цьому розділі ми дізналися, що забраковані електриками в позаминулому столітті матеріали, напівпровідники (погано проводять і погано ізолюють), в минулому столітті зробили революцію в технології виробництва електроніки Що їх властивостями ми сьогодні зобовязані тим змінам, що відбулися в нашому побуті: мобільні телефони, телевізори і компютери, відеокамери і фотоапарати, і навіть енергозберігаючі лампи

Джерело: Гололобов ВН, – Самовчитель гри на паяльнику (Про електроніці для школярів і не тільки), – Москва 2012