Bonjour, mes amis!
Aujourd'hui, nous continuerons à nous familiariser avec les «briques» électroniques du matériel informatique. Nous avons déjà considéré avec vous comment sont disposés les transistors à effet de champ, nécessairement présents sur chaque carte mère de l'ordinateur.
Asseyez-vous confortablement - maintenant nous allons faire un effort intellectuel et essayer de comprendre comment la structure est arrangée
Transistor bipolaire
Transistor bipolaire est un dispositif semi-conducteur qui est largement utilisé dans les produits électroniques, y compris blocs d'ordinateur alimentation électrique.
Le mot "transistor" est formé de deux mots anglais - "traduire" et "résistance", ce qui signifie "convertisseur de résistance".
Le mot "bipolaire" indique que le courant dans le dispositif est causé par des particules chargées de deux polarités - négatives (électrons) et positives ("trous").
"Hole" n'est pas du jargon, mais plutôt un terme scientifique. "Trou" n'est pas une charge positive compensée ou, en d'autres termes, l'absence d'un électron dans le réseau cristallin d'un semi-conducteur.
Transistor bipolaire est une structure à trois couches avec des types alternatifs de semi-conducteurs.
Comme il existe des semi-conducteurs de deux types, positif (positif, p-type) et négatif (négatif, n-type), il peut y avoir deux types de telles structures - p-n-p et n-p-n.
La région centrale d'une telle structure est appelée la base, et les régions extrêmes sont appelées l'émetteur et le collecteur.
Sur les circuits, les transistors bipolaires sont désignés d'une certaine manière (voir la figure). On voit que le transistor est essentiellement une jonction pn connectée en série.
La question du remblayage - pourquoi ne pas remplacer le transistor par deux diodes? Après tout, dans chacun d'eux il y a une transition p-n, n'est-ce pas? J'ai allumé les deux diodes en série - et c'est dans le chapeau!
Non! Le fait est que la base dans le transistor au moment de la fabrication est rendue très mince, ce qui ne peut en aucun cas être réalisé en connectant deux diodes séparées.
Principe du fonctionnement du transistor bipolaire
Le principe de base du fonctionnement du transistor est qu'un petit courant de la base peut contrôler un courant de collecteur beaucoup plus important - dans la plage allant de zéro à une valeur maximale possible.
Le rapport entre le courant de collecteur et le courant de base est appelé le gain de courant et peut aller de quelques centaines à plusieurs centaines.
Il est intéressant de noter que y transistors de faible puissance c'est souvent plus que puissant (et non vice versa, comme on pourrait le penser).
La différence est que contrairement à l'obturateur PT, lorsque le contrôle de la base actuelle est toujours présent, c.-à-d. pour la gestion est toujours gaspillée un peu de pouvoir.
Plus la tension entre l'émetteur et la base est grande, plus le courant de base est grand et, par conséquent, plus le courant de collecteur est élevé. Cependant, tout transistor a la tension maximale admissible entre l'émetteur et la base et entre l'émetteur et le collecteur. Pour dépasser ces paramètres devront payer avec un nouveau transistor.
En mode de fonctionnement, la transition base-émetteur est généralement ouverte et la transition base-collecteur est fermée.
Transistor bipolaire, comme un relais, peut fonctionner dans un mode clé. Si vous appliquez un courant suffisant à la base (bouton de fermeture S1), le transistor sera bien ouvert. La lampe s'allume.
La résistance entre l'émetteur et le collecteur sera faible.
La chute de tension à travers la section émetteur-collecteur sera de quelques dixièmes de volt.
Si alors arrêtez de fournir du courant à la base (ouvert S1), le transistor se fermera, c'est-à-dire la résistance entre l'émetteur et le collecteur deviendra très grande.
La lampe s'éteint.
Comment tester un transistor bipolaire?
Puisque le transistor bipolaire représente deux jonctions p-n, vérifiez-le testeur numérique tout simplement.
Il est nécessaire de régler l'interrupteur du testeur sur la position en connectant une sonde à la base, et la seconde - en alternance à l'émetteur et au collecteur.
En fait, nous vérifions simplement l'intégrité des transitions p-n.
Une telle transition peut être ouverte ou fermée.
Ensuite, vous devez changer la polarité des sondes et répéter les mesures.
Dans un cas, le testeur montrera la chute de tension aux bornes de l'émetteur-base et de la jonction collecteur-base de 0,6 à 0,7 V (les deux jonctions sont ouvertes).
Dans le second cas, les deux transitions seront fermées et le testeur le réparera.
Il est à noter que dans le mode de fonctionnement, l'une des transitions de transistor est le plus souvent ouverte, et la seconde est fermée.
Mesure du rapport de transfert de courant d'un transistor bipolaire
Si le testeur a la capacité de mesurer le facteur de transmission actuel, il est alors possible de vérifier le fonctionnement du transistor en réglant les bornes du transistor sur les prises correspondantes.
Le rapport de transmission actuel est le rapport entre le courant de collecteur et le courant de base.
Plus le facteur de transmission est élevé, plus le courant de collecteur que le courant dans la base peut contrôler est élevé, toutes choses égales par ailleurs.
Le brochage (le nom des conclusions) et d'autres données peuvent être prises à partir des fiches de données (données de référence) pour le transistor correspondant. Les fiches techniques peuvent être trouvées sur Internet via les moteurs de recherche.
Le testeur montrera le gain de transmission (gain) du courant sur l'affichage, qui doit être comparé avec les données de référence.
Le coefficient de transfert actuel des transistors de faible puissance peut atteindre plusieurs centaines.
Pour les transistors puissants, il est beaucoup plus petit - plusieurs unités ou dizaines.
Cependant, il existe des transistors puissants avec un facteur de transmission de plusieurs centaines ou milliers. Ce sont les soi-disant paires de Darlington.
La paire de Darlington sont deux transistors. Le courant de sortie du premier transistor est le courant d'entrée pour le deuxième transistor.
Le coefficient de transfert de courant total est le produit des coefficients des premier et second transistors.
La paire de Darlington est faite dans un cas commun, mais elle peut être faite à partir de deux transistors séparés.
Protection de diode intégrée
Certains transistors (haute tension et haute tension) peuvent être protégés contre la tension inverse par la diode intégrée.
Ainsi, si les sondes de testeur connectés à l'émetteur et le collecteur d'un mode de test de diode, il affiche la même 0,6 à 0,7 V (lorsque la diode est polarisée dans le sens direct) ou « diode bloquée » (si la diode est polarisée en inverse) .
Si le testeur montre une petite tension, de plus dans les deux sens, alors le transistor est cassé de manière unique et doit être remplacé. Le court-circuit peut également être déterminé dans le mode de mesure de résistance - le testeur montrera une petite résistance.
Il y a (heureusement, rarement assez) un dysfonctionnement "moyen" des transistors. C'est quand il travaille d'abord, et après un certain temps (ou par échauffement) change ses paramètres ou refuse du tout.
Si vous laissez tomber un tel transistor et vérifiez avec le testeur, il se refroidira avant de connecter les sondes, et le testeur montrera que c'est normal. Assurez-vous que cela est mieux remplacé par un transistor "suspect" dans l'appareil.
En conclusion, disons qu'un transistor bipolaire est l'une des principales "glandes" de l'électronique. Ce serait bien d'apprendre à reconnaître si ces "morceaux de fer" sont vivants ou non. Bien sûr, je vous ai donné, chers lecteurs, une image très simpliste.
En fait, le travail transistor bipolaire est décrit par beaucoup de formules, il y a beaucoup de leurs variétés, mais ceci est une science complexe. Voulant creuser plus profond je peux recommander le merveilleux livre Horowitz et Hill "The Art of Circuit Engineering".
Avec vous était Victor Geronda.
Pratique réussie!
C'est un dispositif semi-conducteur avec trois électrodes, il se compose de deux jonctions p-n, le transfert des charges électriques dans les deux types de support - ce sont des électrons et des trous. Puisque l'appareil a 2 jonctions p-n, il a reçu le nom "bipolaire".
Il a trouvé une large application dans divers dispositifs radioélectroniques destinés à la génération, l'amplification ou la commutation (par exemple, dans les circuits logiques).
Le transistor a 3 sorties qui sont nommées comme suit:
- base;
- collecteur;
- émetteur.
Ces trois électrodes sont connectées à des couches successives d'un semi-conducteur avec différents types de conductivité d'impureté. Selon la façon dont cette séquence se produit, les transistors de type npn et pnp sont distingués. L'abréviation n désigne le type de conductivité électronique négatif et p le type de trou positif.
Selon le principe d'action, le transistor bipolaire diffère du champ un en ce que le transfert de charge est effectué par des porteurs de deux types à la fois, à savoir par des électrons et des trous. D'où le nom "bipolaire" du mot "bi" - "deux".
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L'électrode qui se connecte à la couche située au centre est appelée "base", et les électrodes qui se connectent aux couches externes sont appelées "émetteur" et "collecteur". Par le type de conductivité, ces couches d'émetteur et de collecteur ne diffèrent en rien. Mais dans le processus de fabrication des transistors afin d'améliorer les paramètres électriques, ils se distinguent par le degré de dopage avec des impuretés.
L'émetteur est fortement dopé et le capteur contribue faiblement à la croissance tension admissible collecteur. La valeur de la tension inverse de claquage de la jonction d'émetteur n'est pas retardée, car dans les circuits, les transistors sont généralement inclus avec une jonction pn d'émetteur à commutation directe.
Puisque l'émetteur est fortement dopé, une injection plus forte de porteurs minoritaires dans la couche de base se produira. Ce qui contribue à la croissance du coefficient de transfert actuel lors de la mise sous tension du transistor dans un circuit à base commune.
La zone de la transition du collecteur est beaucoup plus émissive, de sorte que le meilleur afflux de porteurs minoritaires de la couche de base est atteint et que les coefficients de transmission sont améliorés.
L'épaisseur de la couche de base est essayée de faire le moins possible afin d'augmenter les paramètres de fréquence d'un type de transistor bipolaire à grande vitesse. Mais il y a l'autre côté du melali - lorsque l'épaisseur de la couche de base diminue, la valeur maximale (limite) de la tension de jonction du collecteur diminue. Par conséquent, la valeur de l'épaisseur de la base est choisie la plus optimale.
Principe de fonctionnement et transistor bipolaire de l'appareil
Dans un premier temps, les transistors utilisés principalement germanium métallique, et maintenant leur monokristalicheskogo constitués de dispositifs arséniure de silicium et de gallium à base madeness sur arséniure de gallium sont à haute vitesse et appliquées au circuit d'amplificateur à micro-ondes dans des circuits logiques à grande vitesse. Leur rapidité s'explique par la grande mobilité des transporteurs dans l'arséniure de gallium.
Le transistor bipolaire possède 3 couches semi-conductrices dopées de différentes manières: base (B), émetteur (E), collecteur (K). Selon la séquence des couches de conductivité, les transistors sont avec pnp de conductivité et avec npn.
La couche de base est située entre les deux autres couches et est légèrement dopée, ce qui entraîne une grande résistance. La zone de contact base-émetteur est inférieure à la zone de base de collecteur. Ceci est fait pour les raisons suivantes:
- une augmentation de la superficie de la transition collecteur-base favorise le fait que les porteurs minoritaires de la base sont plus susceptibles d'être capturés par le collecteur, la jonction collectrice est activée dans l'état de fonctionnement avec un biais inverse;
- une grande surface contribue également à une plus grande dissipation thermique pendant le fonctionnement;
La jonction de l'émetteur est généralement commutée dans le sens avant (ouvert) et le collecteur dans le sens inverse (fermé).
Regardons le fonctionnement d'un transistor comme n-p-n, un transistor du type p-n-p fonctionne aussi bien seulement dans le transporteur principal et la charge ne sont pas des électrons et des trous. Dans un transistor de type npn, les électrons traversent la transition émetteur-base ou d'autres mots sont injectés. La part de ces électrons «nouvellement arrivés» se recombine avec des trous - les principaux porteurs de la charge de base. Mais en conséquence du fait que la base que nous avons est mince et faiblement dense. quelques trous puis la masse principale des électrons passe (diffuse) dans la région du collecteur cette transition est due au fait que les électrons se recombinent depuis longtemps avec des trous dans la base, aussi champ électrique Le collecteur est grand, de sorte que les électrons sont piégés dans le collecteur. Il se trouve que le courant de collecteur est pratiquement égal au courant émetteur moins petites pertes sur la recombinaison dans la base de données. Ik = Ib-Ie.
La base sert simplement de porte, ce qui bloque le flux d'électrons à travers le transistor. Afin de démarrer le contrôle, vous devez appliquer du courant à la sortie de la base du transistor. Son appelé la base actuelle. Et la tension appliquée aux bornes de l'émetteur et de la base est appelée "tension de polarisation". En changeant ce courant (base), on change ainsi le courant principal (courant de collecteur) à travers le transistor.
Chauffage des transistors
Les électrons circulent à travers le transistor jusqu'à une grande résistance aux nœuds du réseau cristallin des semi-conducteurs. Ce qui conduit à son chauffage. Dans les transistors bipolaires à faible puissance, ce chauffage n'est pas significatif et n'affecte pas non plus son fonctionnement. Mais dans transistors puissants, à travers quel flux courants élevés, ce chauffage peut conduire à son échec. Pour éviter cela, des radiateurs sont utilisés.
Des radiateurs sont nécessaires pour retirer la chaleur du transistor. La graisse thermique est parfois utilisée pour améliorer le transfert de chaleur. Certains radiateurs ont des nervures à la surface. Ces nervures augmentent la surface globale. Certains radiateurs ont des ventilateurs qui fournissent un flux d'air continu et, par conséquent, la dissipation de la chaleur augmente.
Diagramme de connexion des transistors
Le transistor peut être connecté par 3 schémas différents:
- circuit d'émetteur;
- schéma de base;
- circuit de collecteur.
Le fonctionnement du transistor dans ces circuits est différent.
Circuit d'allumage d'émetteur
Le circuit de commutation le plus couramment utilisé est le circuit émetteur. L'inclusion d'un transistor dans ce circuit fournit une amplification de tension et de courant. La résistance d'entrée de ce circuit est faible (de l'ordre de centaines d'ohms) et impédance de sortie élevée (dizaines de kOhm).
Circuit du sélecteur
Ce circuit a une impédance correcte à l'entrée et une petite résistance à la sortie. La résistance d'entrée de ce circuit dépend de la charge que nous avons sur la sortie et plus que de cette résistance au facteur de gain. Il est conseillé d'utiliser une source d'entrée avec une impédance de sortie élevée, par exemple un microphone à condensateur ou un capteur piézoélectrique.
Schéma de connexion de base
Ce circuit est utilisé pour amplifier uniquement la tension. Le facteur de courant d'amplification, ou plus précisément le rapport entre le courant de sortie et le courant d'entrée, est toujours inférieur à l'unité. Il est utilisé pour amplifier les hautes fréquences et a des niveaux de bruit minimum des signaux de sortie, par exemple, dans les amplificateurs d'antenne, où la résistance est de l'ordre de centaines d'ohms.
Fonctionnement d'un transistor bipolaire dans divers modes
Transistor dans circuits électriques Il se connecte de différentes manières et dispose de 4 modes de fonctionnement principaux. Leur principale différence dans la direction du courant circulant est à travers la transition ou l'absence totale courant électrique. Par transition, on entend ici la région comprise entre deux p et n semi-conducteurs.
Mode actif
Au croisement B-E; (base-émetteur) la tension continue est connectée et la tension inverse est connectée au commutateur EK (émetteur-collecteur) Le gain du signal dans ce mode est maximal. Ce mode est le plus utilisé.
Mode de saturation
Des contraintes droites sont appliquées à la transition B-E et la transition B-K, les transitions sont complètement ouvertes.
Mode d'arrêt
Le mode de fonctionnement du transistor fermé, lorsque la tension inverse est appliquée aux transitions; Il est utilisé dans les circuits où deux états de transistors sont requis: "ouvert" ou "fermé". De tels systèmes sont appelés clés.
Mode d'inversion
Sur la transition E-K (transition du collecteur) rotation directe, et sur l'inverse B-E. Tout à fait un mode de fonctionnement rare d'un transistor bipolaire.
Vidéo sur le transistor bipolaire
Le transistor bipolaire est l'un des plus anciens, mais le plus célèbre des transistors, et trouve encore une application dans l'électronique moderne. Le transistor est indispensable lorsqu'il est nécessaire de faire fonctionner une charge suffisamment puissante pour laquelle le dispositif de contrôle ne peut pas fournir un courant suffisant. Ils viennent dans différents types et capacités, en fonction des tâches effectuées. Des connaissances de base et des formules sur les transistors que vous pouvez trouver dans cet article.
Introduction
Avant de commencer la leçon, convenons que nous discutons d'un seul type de manière d'allumer le transistor. Un transistor peut être utilisé dans un amplificateur ou un récepteur, et en règle générale, chaque modèle de transistor est fait avec certaines caractéristiques pour le rendre plus spécialisé pour de meilleures performances dans une certaine inclusion.
Le transistor a 3 sorties: base, collecteur et émetteur. Il est impossible de dire sans ambiguïté lequel d'entre eux est l'entrée, et quelle est la sortie, puisqu'ils sont tous reliés et se touchent d'une manière ou d'une autre. Lorsque le transistor est activé dans le mode de commutation (contrôle de charge), il fonctionne comme suit: le courant de la base surveille le courant du collecteur à l'émetteur ou vice versa, en fonction du type de transistor.
Il existe deux principaux types de transistors: NPN et PNP. Pour comprendre cela, nous pouvons dire que la principale différence entre ces deux types est la direction du courant électrique. Ceci peut être vu sur la Figure 1.A, où la direction du courant est indiquée. Dans un transistor NPN, un courant circule de la base à l'intérieur du transistor, et un autre courant circule du collecteur à l'émetteur, et dans le transistor PNP tout est inverse. D'un point de vue fonctionnel, la différence entre ces deux types de transistors est la tension sur la charge. Comme vous pouvez le voir sur la figure, le transistor NPN fournit 0V lorsqu'il est ouvert, et le PNP fournit 12V. Vous comprendrez plus tard pourquoi cela affecte le choix du transistor.
Pour simplifier, nous étudierons seulement les transistors NPN, mais tout ceci s'applique à PNP, en tenant compte du fait que tous les courants sont inversés.
La figure ci-dessous montre l'analogie entre le commutateur (S1) et le commutateur à transistor, où l'on voit que le courant de base se ferme ou ouvre le chemin pour le courant du collecteur à l'émetteur:
Connaissant exactement les caractéristiques du transistor, vous pouvez en tirer le meilleur parti. Le paramètre principal est le gain du transistor par courant continu, qui est habituellement désigné H fe ou β. Il est également important de savoir courant maximum, puissance et tension du transistor. Ces paramètres peuvent être trouvés dans la documentation du transistor, et ils nous aideront à déterminer la valeur de la résistance sur la base, comme décrit plus loin.
Utilisation d'un transistor NPN comme interrupteur
La figure montre l'inclusion du transistor NPN en tant que commutateur. Vous rencontrerez très souvent cette inclusion lors de l'analyse des différents circuits électroniques. Nous allons étudier comment démarrer un transistor dans le mode sélectionné, calculer la résistance de base, le gain du transistor actuel et la résistance de charge. J'offre le moyen le plus simple et le plus précis pour cela.
1. Supposons que le transistor est en mode de saturation: Dans ce cas, le modèle mathématique du transistor devient très simple, et nous connaissons la tension au point V c. Nous allons trouver la valeur de la base de la résistance, sous laquelle tout sera correct.
2. Détermination du courant de saturation du collecteur:La tension entre le collecteur et l'émetteur (Vce) provient de la documentation du transistor. L'émetteur est connecté à GND, respectivement, Vce = V c - 0 = V c. Lorsque nous avons appris cette valeur, nous pouvons calculer le courant de saturation du collecteur par la formule:
Parfois, la résistance de charge R L est inconnue ou ne peut pas être exacte, comme la résistance de l'enroulement de relais; Dans ce cas, il suffit de connaître le courant nécessaire pour démarrer le relais.
Assurez-vous que le courant de charge ne dépasse pas le courant de collecteur maximum du transistor.
3. Calcul du courant de base requis: Connaissant le courant du collecteur, il est possible de calculer le courant de base minimum requis pour atteindre ce courant de collecteur en utilisant la formule suivante:
Il en résulte:
4. Dépassant les valeurs autorisées:Après avoir calculé le courant de la base, et si elle est inférieure à celle spécifiée dans la documentation, vous pouvez surcharger le transistor, en multipliant par 10 le courant de base estimé, par exemple. De cette façon, clé à transistor sera beaucoup plus stable. En d'autres termes, la performance du transistor diminuera si la charge augmente. Veillez à ne pas dépasser le courant maximum de la base spécifié dans la documentation.
5. Calcul de la valeur requise de R b: Compte tenu de la surcharge de 10 fois, la résistance R b peut être calculée par la formule suivante:
où V 1 est la tension de commande du transistor (voir Fig. 2.a)
Mais si l'émetteur est connecté à la masse et que la tension base-émetteur est connue (environ 0,7V pour la plupart des transistors), et en supposant que V 1 = 5V, la formule peut être simplifiée à la forme suivante: 
On voit que le courant de la base est multiplié par 10, en tenant compte de la surcharge.
Lorsque la valeur de R b est connu, le transistor est « à l'écoute » à fonctionner comme un commutateur qui est aussi appelé « saturation et cut-off », où « saturation » - lorsque le transistor est entièrement ouverte et transporte le courant, et « coupure » - quand il est fermé et aucun conduit le courant .
Note: Lorsque nous disons, nous ne disons pas que le courant du collecteur doit être égal. Cela signifie simplement que le courant de collecteur du transistor peut atteindre ce niveau. Le courant suivra les lois d'Ohm, comme tout courant électrique.
Calcul de la charge
Lorsque nous avons pensé que le transistor était en mode de saturation, nous avons supposé que certains de ses paramètres ne changeaient pas. Ce n'est pas tout à fait vrai. En fait, ces paramètres ont changé principalement en raison de l'augmentation du courant de collecteur, et donc il est plus sûr de surcharger. La documentation indique la modification des paramètres du transistor pendant la surcharge. Par exemple, dans le tableau de la figure 2. B montre deux paramètres qui varient de manière significative:
H FE (β) varie en fonction du courant du collecteur et de la tension V CEsat. Mais V CEsat lui-même varie en fonction du courant et de la base du collecteur, comme indiqué dans le tableau ci-dessous.
Le calcul peut être très difficile, car tous les paramètres sont intimement et intimement liés, il est donc préférable de prendre les pires valeurs. Ie. le plus petit H FE, le plus grand V CEsat et V CEsat.
Application typique d'une clé à transistor
Dans l'électronique moderne, un commutateur à transistor est utilisé pour contrôler relais électromagnétiques, qui consomment jusqu'à 200 mA. Si vous voulez contrôler le relais par un microcircuit logique ou un microcontrôleur, alors le transistor est irremplaçable. Sur la figure 3.A, la résistance de la résistance de base est calculée en fonction du courant requis pour le relais. La diode D1 protège le transistor contre les impulsions que la bobine génère lorsqu'elle est éteinte.
2. Connexion d'un transistor à collecteur ouvert:
De nombreux périphériques, tels que la famille de microcontrôleurs 8051, ont des ports collecteurs ouverts. La résistance de la résistance de base du transistor de base est calculée comme décrit dans cet article. Notez que les ports peuvent être plus complexes, et utilisent souvent des transistors à effet de champ au lieu de bipolaires et sont appelés sorties à drain ouvert, mais tout reste exactement le même que sur la figure 3.B
3. Création d'un OU-NON logique (NOR):
Parfois, vous devez utiliser un élément logique dans le circuit, et vous ne voulez pas utiliser une puce à 14 broches avec 4 éléments, soit en raison du coût ou de la place sur la carte. Il peut être remplacé par une paire de transistors. Notez que les caractéristiques de fréquence de ces éléments dépendent des caractéristiques et du type de transistors, mais généralement inférieures à 100 kHz. Diminuer la résistance de sortie (Ro) entraînera une augmentation de la consommation d'énergie, mais augmentera le courant de sortie.
Vous devez trouver un compromis entre ces paramètres.
La figure ci-dessus montre la porte OU-NON construite en utilisant deux transistors 2N2222. Cela peut être fait sur les transistors PNP 2N2907, avec des changements mineurs. Vous devez juste considérer que tous les courants électriques circulent alors dans la direction opposée.
Recherche d'erreurs dans les circuits de transistors
S'il y a un problème dans les circuits contenant de nombreux transistors, il peut être très problématique de savoir lequel est défectueux, surtout quand ils sont tous soudés. Je vous donne quelques conseils qui vous aideront à trouver le problème dans un tel schéma assez rapidement:
1. Température: Si le transistor est très chaud, il y a probablement un problème quelque part. Il n'est pas nécessaire que le problème soit dans un transistor chaud. Habituellement, un transistor défectueux ne chauffe même pas. Cette augmentation de la température peut être provoquée par un autre transistor connecté à celui-ci.
2. Mesure des transistors V CE: Si elles sont toutes du même type et fonctionnent toutes, alors elles devraient avoir à peu près le même VCE. Trouver des transistors ayant des V CE différents est un moyen rapide de détecter les transistors défectueux.
3. Mesure de la tension à travers la base de la résistance:La tension aux bornes de la résistance de base est importante (si le transistor est activé). Pour un dispositif de commande de transistor NPN 5 V, la chute de tension aux bornes de la résistance doit être supérieure à 3V. S'il n'y a pas de chute de tension aux bornes de la résistance, le transistor ou le dispositif de commande du transistor est défectueux. Dans les deux cas, le courant de base est 0.
Transistor
Un transistor est un dispositif semi-conducteur qui vous permet de contrôler un signal plus fort avec un signal faible. En raison de cette propriété, on parle souvent de la capacité d'un transistor à amplifier un signal. Bien qu'en fait, il n'amplifie rien, il vous permet simplement d'allumer et d'éteindre un courant important avec des courants beaucoup plus faibles. Les transistors sont très communs dans l'électronique, car la sortie de n'importe quel contrôleur peut rarement produire un courant de plus de 40 mA, donc même 2-3 LED de faible puissance ne pourront pas directement alimenter à partir du microcontrôleur. Ici, les transistors viennent à la rescousse. L'article examine les principaux types de transistors, les différences entre P-N-P et N-P-N bipolaire transistors, canal P à partir de transistors à effet de champ à canal N, les subtilités de base des transistors de connexion sont considérés et les sphères de leur application sont révélées.
Ne confondez pas le transistor avec un relais. Le relais est un simple interrupteur. L'essence de son travail dans la fermeture et l'ouverture des contacts métalliques. Le transistor est plus compliqué et basé sur sa transition électron-trou. Si vous êtes intéressés à en savoir plus à ce sujet, vous pouvez regarder une vidéo merveilleuse qui décrit le fonctionnement du transistor du simple au complexe. Ne soyez pas gêné par l'année de production de la vidéo - les lois de la physique n'ont pas changé depuis, et une nouvelle vidéo, dans laquelle le matériel est présenté si qualitativement, n'a pas pu être trouvée:
Types de transistors
Transistor bipolaire
Le transistor bipolaire est conçu pour contrôler les charges faibles (par exemple, les moteurs de faible puissance et les servocommandes). Il a toujours trois conclusions:
- Base (base anglaise) - le courant est appliqué ou éteint pour ouvrir ou fermer le transistor
Collecteur (collectionneur anglais) - nourri haute tension, que le transistor contrôle
Emetteur (émetteur anglais) - la sortie "sortie" du transistor. À travers elle coule du collecteur et de la base.
Le transistor bipolaire est contrôlé par le courant. Plus le courant est appliqué à la base, plus le courant passe du collecteur à l'émetteur. Le rapport du courant passant de l'émetteur au collecteur au courant à la base du transistor est appelé le facteur de gain. Indiqué comme h fe (en littérature anglaise est appelée gain).
Par exemple, si h fe = 150, et 0,2 mA traverse la base, le transistor passera un maximum de 30 mA à travers lui-même. Si un composant qui consomme 25 mA (par exemple, une LED) est connecté, il sera fourni avec 25 mA. Si un composant consommant 150 mA est connecté, seul le maximum de 30 mA lui sera fourni. La documentation de contact spécifie les valeurs maximales admissibles des courants et des tensions base-\u003e émetteur et collecteur -> émetteur . Le dépassement de ces valeurs entraîne une surchauffe et une défaillance du transistor.
Images drôles:
Transistors bipolaires NPN et PNP
Il y a 2 types de transistors polaires: NPN et PNP. Ils diffèrent dans l'alternance des couches. N (de négatif - négatif) est une couche avec un excès de porteurs de charge négatifs (électrons), P (de positif - positif) - une couche avec un excès de porteurs de charge positive (trous). Plus de détails sur les électrons et les trous sont donnés dans la vidéo ci-dessus.
Le comportement des transistors dépend de l'alternance des couches. L'animation ci-dessus est NPN transistor. Dans le PNP la commande du transistor est agencée au contraire - le courant traversant le transistor circule lorsque la base est mise à la masse et bloquée, lorsque le courant traverse la base. Dans l'affichage sur le diagramme PNP et NPN diffèrent dans la direction de la flèche. La flèche indique toujours la transition de N à P:
La désignation des transistors NPN (gauche) et PNP (droite) dans le circuit
Les transistors NPN sont plus courants en électronique car ils sont plus efficaces.
Transistor à effet de champ
Les transistors à effet de champ diffèrent des dispositifs internes bipolaires. Les plus courants dans l'électronique amateur sont les MOSFET. MOSFET est l'abréviation d'un conducteur à oxyde métallique. Idem en anglais: Metal-Oxide-Semiconductor Transistor à effet de champ à semi-conducteur MOSFET. Les MOSFET vous permettent de contrôler une grande puissance avec une taille relativement petite du transistor lui-même. Le contrôle du transistor est fourni par tension, pas de courant. Puisque le transistor est commandé par un circuit électrique domaine, le transistor et a obtenu son nom - domainehurler.
Les transistors à effet de champ ont au moins 3 sorties:
Stoke (drain anglais) - il reçoit une haute tension, que vous voulez contrôler
Gate (porte en anglais) - tension lui est appliquée pour contrôler le transistor
Source (source anglaise) - à travers elle passe le courant du drain, lorsque le transistor est "ouvert"
Il devrait y avoir animation avec un transistor à effet de champ, mais il ne sera pas différent du bipolaire sauf pour l'affichage schématique des transistors eux-mêmes, donc il n'y aura pas d'animation.
Transistors à effet de champ canal N et canal P
Les transistors à effet de champ sont également divisés en 2 types en fonction de l'appareil et du comportement. Canal N (Canal N) s'ouvre lorsque la porte est activée et fermée. quand il n'y a pas de tension. Canal P (Canal P) fonctionne dans l'autre sens: tant qu'il n'y a pas de tension de grille, un courant circule dans le transistor. Lorsque la tension est appliquée à la porte, le courant cesse. Sur le diagramme, les transistors à effet de champ sont représentés un peu différemment:
Par analogie avec les transistors bipolaires, le champ se distingue par la polarité. Ci-dessus a été décrit le transistor à canal N. Ils sont les plus communs.
P-Channel dans la désignation diffère dans la direction de la flèche et, encore une fois, a un comportement "inversé".
Il y a une idée fausse qu'un transistor à effet de champ peut contrôler courant alternatif. Ce n'est pas comme ça. Pour contrôler le courant alternatif, utilisez un relais.
Transistor Darlington
Transistor Darlington n'est pas tout à fait correct de se référer à un type distinct de transistors. Cependant, pour ne pas mentionner dans cet article est impossible. transistor Darlington est le plus souvent sous la forme de copeaux, comprenant plusieurs transistors. Par exemple, ULN2003. transistor Darlington est caractérisée par la capacité à ouvrir rapidement et à proximité (et donc vous permet de travailler avec) et peut ainsi résister à des courants élevés. C'est une variété transistor composite et représente la connexion en cascade de deux ou rarement plus transistors inclus de sorte que dans la charge d'émetteur de l'étage précédent est une jonction base-émetteur du transistor de l'étage suivant, à savoir les transistors sont connectées aux collecteurs et l'émetteur du transistor d'entrée est connectée à la base de la sortie. En outre, dans la composition pour accélérer le circuit de fermeture peuvent être utilisés charge résistive précédentes transistor d'émetteur. Un tel composé généralement considéré comme un transistor, un facteur d'amplification de courant qui, lorsque les transistors dans le mode actif, soit environ égal au produit des gains des transistors.
Connexion du transistor
On sait que la carte est en mesure d'appliquer la tension de sortie Arduino 5 V avec un courant maximal de 40 mA. Ce courant n'est pas suffisant pour connecter une charge puissante. Par exemple, si vous essayez de vous connecter directement à la sortie bande LED ou moteur, vous êtes assuré d'endommager la conclusion d'Arduino. Il est possible que tout le conseil échoue. De plus, certains composants connectables peuvent nécessiter plus de tension 5 V pour le fonctionnement. Ces deux problèmes sont résolus par un transistor. Il aidera avec un petit courant de la commande de sortie Arduino puissant courant d'une alimentation séparée ou une tension de 5 V pour gérer plus de stress (même les plus faibles transistors ont rarement une tension limite inférieure à 50 V). À titre d'exemple, considérons la connexion du moteur:
Dans le diagramme ci-dessus, le moteur est connecté à une source d'alimentation séparée. Entre le contact du moteur et l'alimentation du moteur, nous mettons un transistor, qui sera contrôlé par n'importe quelle broche numérique Arduino. Lorsque nous envoyons le signal HIGH à la sortie du contrôleur de la sortie du contrôleur, nous prenons un très petit courant pour ouvrir le transistor, et un courant important circule dans le transistor et n'endommage pas le contrôleur. Faites attention à la résistance, installée entre la sortie d'Arduino et la base du transistor. Il est nécessaire de limiter le courant circulant le long du microcontrôleur de route - transistor - masse et prévenir court-circuit. Comme mentionné précédemment, le courant maximal pouvant être prélevé sur la sortie Arduino est de 40 mA. Par conséquent, nous avons besoin d'une résistance d'au moins 125 Ohm (5V / 0,04A = 125 Ohm). Vous pouvez utiliser en toute sécurité une résistance de 220 ohms. En fait, la résistance doit être sélectionnée en tenant compte du courant qui doit être envoyé à la base pour obtenir le courant nécessaire à travers le transistor. Pour une sélection correcte de la résistance, vous devez prendre en compte le gain ( h fe).
IMPORTANT !! Si vous vous connectez charge lourde à partir d'une alimentation séparée, il est nécessaire de connecter physiquement la masse ("moins") de l'unité d'alimentation de charge et la masse (broche "GND") d'Arduino l'un à l'autre. Sinon, le transistor ne peut pas être contrôlé.
En utilisant fET, une résistance de limitation de courant sur la porte n'est pas nécessaire. Le transistor est entraîné exclusivement par la tension et aucun courant ne circule à travers la porte.
Dans cet article, nous allons essayer de décrire principe de fonctionnement le type le plus commun de transistor est bipolaire. Transistor bipolaire est l'un des principaux éléments actifs des appareils radioélectroniques. Son but est de travailler pour amplifier la puissance du signal électrique venant à son entrée. La puissance est amplifiée par une source d'alimentation externe. Un transistor est un composant radioélectronique avec trois bornes
Caractéristique de conception du transistor bipolaire
Pour produire un transistor bipolaire, un semi-conducteur d'un trou ou d'un type de conductivité électronique est nécessaire, qui est obtenu par diffusion ou alliage avec des impuretés accepteurs. En conséquence, des régions avec des types de conductivité polaires sont formées des deux côtés de la base.
Les transistors bipolaires en conductivité sont de deux types: n-p-n et p-n-p. Règles de fonctionnement auxquelles un transistor bipolaire ayant une conductivité n-p-n est subordonnée (pour p-n-p, la polarité de la tension appliquée doit être changée):
- Potentiel positif sur le collecteur plus grande importance en comparaison avec l'émetteur.
- Tout transistor a ses paramètres maximaux admissibles Ib, Ik et Uke, au-dessus duquel, en principe, irrecevable, car elle peut conduire à la destruction du semi-conducteur.
- Les sorties base-émetteur et base-collecteur fonctionnent comme des diodes. Typiquement, la diode dans le sens de la base - émetteur est ouvert, et la direction de la base - collecteur est déplacé dans la direction opposée, à savoir la tension d'entrée empêche l'écoulement de courant électrique à travers lui.
- Si les étapes 1 à 3 sont remplies, alors le courant Ik directement proportionnel au courant Ib et a la forme: Ik = he21 * Ib où he21 est le facteur d'amplification de courant. Cette règle décrit la qualité principale du transistor, à savoir que le petit courant de base a un puissant courant de collecteur de gestion.
Pour les différents transistors bipolaires d'une série témoin de he21 peut en principe varier de 50 à 250. Sa valeur est également dépendante du courant de collecteur circulant, la tension entre l'émetteur et le collecteur, et la température ambiante.
Étudions la règle numéro 3. Il en résulte que la tension appliquée entre l'émetteur et la base ne doit pas être augmenté de manière significative, comme si la tension est supérieure base émetteur 0,6 ... 0,8 V (tension avant), il y aura un courant extrêmement élevé. Ainsi, des tensions de fonctionnement du transistor à l'émetteur et la base sont reliés entre eux par la formule: Ub = Ue + 0,6 V (Ub = Ue + Ube)
Encore une fois, tous ces points sont des transistors ayant la conduction n-p-n. Pour le type p-n-p, tout devrait être inversé.
Néanmoins, il est nécessaire d'attirer l'attention sur le fait que le collecteur de courant est lié à la conduction pas diode, parce que, en règle générale, au collecteur de diode - tension inverse de base est appliquée. De plus, le courant circulant à travers le collecteur très peu dépendant du potentiel au niveau du collecteur (similaire à la petite diode active source de courant)
Lorsque le transistor dans le mode d'amplification, la jonction d'émetteur tourne ouvert, et le collecteur est fermé. Ceci est obtenu en connectant des sources d'énergie.
Etant donné que la jonction d'émetteur est ouvert, il passera à travers le courant d'émetteur, résultant du transfert de trous de la base dans l'émetteur, ainsi que les électrons provenant de l'émetteur dans la base. Ainsi, le courant d'émetteur contient deux composants - trou et électronique. Le coefficient d'injection détermine l'efficacité de l'émetteur. appeler l'injection de charge de transfert des porteurs de charge à partir de la zone où ils se trouvaient dans la zone principale, où ils sont rendus non conducteurs.
Dans la base, les électrons se recombinent, et leur concentration dans la base est compensée par le plus de la source de l'EE. En conséquence, dans circuit électrique base coulera un courant assez faible. Les électrons restants, qui n'ont pas eu le temps de se recombiner dans la base, sous l'effet de l'accélération du champ de la jonction collectrice verrouillée, en tant que porteurs minoritaires, vont se déplacer vers le collecteur, créant un courant collecteur. Le transfert des porteurs de charge de la zone où ils étaient non-basiques à la zone où ils deviennent les principaux est appelé l'extraction des charges électriques.
