Сайт преподавателя физики Коваленка Юрия Ивановича 
Понедельник, 18.12.2017, 09:47
Техническая физика, исследовательские работы, техническое творчество, решение задач по физике
Сайт учителя физики Коваленка Ю.И.Сайт учителя физики Коваленка Ю.И.
код для банера: <!—fizikaotfizika.ru --><a href="http://fizikaotfizika.ru/" mce_href="/" target=_blank><img  src="http://fizikaotfizika.ru/10/Site2.gif"  width="195"  height="200"  alt="Сайт учителя физики Коваленка Ю.И." border="0"></a><!—fizikaotfizika.ru -->



                Физика 

Меню сайта

Вход на сайт

Поиск

Календарь
«  Июнь 2016  »
ПнВтСрЧтПтСбВс
  12345
6789101112
13141516171819
20212223242526
27282930

Архив записей

Мини-чат
200

Статистика

Онлайн всего: 1
Гостей: 1
Пользователей: 0
Информационный интернет партнер | Все каталоги
Эзотерика и духовное развитие. Портал эзотерики 'Живое Знание'Бесплатный каталог AddsSites, размещение ссылок.
Друзья сайта
  • Официальный блог
  • Сообщество uCoz
  • FAQ по системе
  • Радиодетали в Перми
  • База знаний uCoz
  • Главная » 2016 » Июнь » 4 » Коротко о транзисторах
    22:24
    Коротко о транзисторах

    Транзисторы

    Транзистор — повсеместный и важный компонент в современной микроэлектронике. Его назначение простое: он позволяет с помощью слабого сигнала управлять гораздо более сильным.

    В частноти, его можно использовать как управляемую «заслонку»: отсутствием сигнала на «воротах» блокировать течение тока, подачей — разрешать. Иными словами: это кнопка, которая нажимается не пальцем, а подачей напряжения. В цифровой электронике такое применение наиболее распространено.

    Транзисторы выпускаются в различных корпусах: один и тот же транзистор может внешне выглядеть совершенно по разному. В прототипировании чаще остальных встречаются корпусы:

    • TO-92 — компактный, для небольших нагрузок
    • TO-220AB — массивный, хорошо рассеивающий тепло, для больших нагрузок

    Обозначение на схемах также варьируется в зависимости от типа транзистора и стандарта обозначений, который использовался при составлении. Но вне зависимости от вариации, его символ остаётся узнаваемым.

    Биполярные транзисторы

    Биполярные транзисторы (BJT, Bipolar Junction Transistors) имеют три контакта:

    • Коллектор (collector) — на него подаётся высокое напряжение, которым хочется управлять
    • База (base) — через неё подаётся небольшой ток, чтобы разблокировать большой; база заземляется, чтобы заблокировать его
    • Эмиттер (emitter) — через него проходит ток с коллектора и базы, когда транзистор «открыт»

    Основной характеристикой биполярного транзистора является показатель hfe также известный, как gain. Он отражает во сколько раз больший ток по участку коллектор–эмиттер способен пропустить транзистор по отношению к току база–эмиттер.

    Например, если hfe = 100, и через базу проходит 0.1 мА, то транзистор пропустит через себя как максимум 10 мА. Если в этом случае на участке с большим током находится компонент, который потребляет, например 8 мА, ему будет предоставлено 8 мА, а у транзистора останется «запас». Если же имеется компонент, который потребляет 20 мА, ему будут предоставлены только максимальные 10 мА.

    Также в документации к каждому транзистору указаны максимально допустимые напряжения и токи на контактах. Превышение этих величин ведёт к избыточному нагреву и сокращению службы, а сильное превышение может привести к разрушению.

    NPN и PNP

    Описанный выше транзистор — это так называемый NPN-транзистор. Называется он так из-за того, что состоит из трёх слоёв кремния, соединённых в порядке: Negative-Positive-Negative. Где negative — это сплав кремния, обладающий избытком отрицательных переносчиков заряда (n-doped), а positive — с избытком положительных (p-doped).

    NPN более эффективны и распространены в промышленности.

    PNP-транзисторы при обозначении отличаются направлением стрелки. Стрелка всегда указывает от P к N. PNP-транзисторы отличаются «перевёрнутым» поведением: ток не блокируется, когда база заземлена и блокируется, когда через неё идёт ток.

    Полевые транзисторы

    Полевые транзисторы (FET, Field Effect Transistor) имеют то же назначение, но отличаются внутренним устройством. Частным видом этих компонентов являются транзисторы MOSFET (Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor). Они позволяют оперировать гораздо большими мощностями при тех же размерах. А управление самой «заслонкой» осуществляется исключительно при помощи напряжения: ток через затвор, в отличие от биполярных транзисторов, не идёт.

    Полевые транзисторы обладают тремя контактами:

    • Сток (drain) — на него подаётся высокое напряжение, которым хочется управлять
    • Затвор (gate) — на него подаётся напряжение, чтобы разрешить течение тока; затвор заземляется, чтобы заблокировать ток.
    • Исток (source) — через него проходит ток со стока, когда транзистор «открыт»

    N-Channel и P-Channel

    По аналогии с биполярными транзисторами, полевые различаются полярностью. Выше был описан N-Channel транзистор. Они наиболее распространены.

    P-Channel при обозначении отличается направлением стрелки и, опять же, обладает «перевёрнутым» поведением.

    Подключение транзисторов для управления мощными компонентами

    Типичной задачей микроконтроллера является включение и выключение определённого компонента схемы. Сам микроконтроллер обычно имеет скромные характеристики в отношении выдерживаемой мощности. Так Ардуино, при выдаваемых на контакт 5 В выдерживает ток в 40 мА. Мощные моторы или сверхъяркие светодиоды могут потреблять сотни миллиампер. При подключении таких нагрузок напрямую чип может быстро выйти из строя. Кроме того для работоспособности некоторых компонентов требуется напряжение большее, чем 5 В, а Ардуино с выходного контакта (digital output pin) больше 5 В не может выдать впринципе.

    Зато, его с лёгкостью хватит для управления транзистором, который в свою очередь будет управлять большим током. Допустим, нам нужно подключить длинную светодиодную ленту, которая требует 12 В и при этом потребляет 100 мА:

    Теперь при установке выхода в логическую единицу (high), поступающие на базу 5 В откроют транзистор и через ленту потечёт ток — она будет светиться. При установке выхода в логический ноль (low), база будет заземлена через микроконтроллер, а течение тока заблокированно.

    Обратите внимание на токоограничивающий резистор R. Он необходим, чтобы при подаче управляющего напряжения не образовалось короткое замыкание по маршруту микроконтроллер — транзистор — земля. Главное — не превысить допустимый ток через контакт Ардуино в 40 мА, поэтому нужно использовать резистор номиналом не менее:

    $$ R = \frac{U - U_d}{I} = \frac{5\unit{В} - 0.3\unit{В}}{0.04\unit{А}} \approx 118\unit{Ом} $$

    здесь Ud — это падение напряжения на самом транзисторе. Оно зависит от материала из которого он изготовлен и обычно составляет 0.3 – 0.6 В.

    Но совершенно не обязательно держать ток на пределе допустимого. Необходимо лишь, чтобы показатель gain транзистора позволил управлять необходимым током. В нашем случае — это 100 мА. Допустим для используемого транзистора hfe = 100, тогда нам будет достаточно управляющего тока в 1 мА

    $$ R = \frac{U - U_d}{I} = \frac{5\unit{В} - 0.3\unit{В}}{0.001\unit{А}} = 4700\unit{Ом} = 4.7\unit{кОм} $$

    Нам подойдёт резистор номиналом от 118 Ом до 4.7 кОм. Для устойчивой работы с одной стороны и небольшой нагрузки на чип с другой, 2.2 кОм — хороший выбор.

    Если вместо биполярного транзистора использовать полевой, можно обойтись без резистора:

    это связано с тем, что затвор в таких транзисторах управляется исключительно напряжением: ток на участке микроконтроллер — затвор — исток отсутствует. А благодаря своим высоким характеристикам схема с использованием MOSFET, позволяет управлять очень мощными компонентами.

    материал взят с сайта  http://wiki.amperka.ru

    Просмотров: 396 | Добавил: Bunim | Рейтинг: 0.0/0
    Всего комментариев: 0
    avatar
    Copyright MyCorp © 2017
    Индекс цитирования.