Основи електроніки для чайників: що таке транзистор та як він працює. Що таке польовий транзистор і як його перевірити Чому транзистор – польовий

Добрий день друзі!

Нещодавно ми з вами почали щільніше знайомилися з тим, як влаштовано комп'ютерне залізо. І познайомилися однією з його «цеглинок» — напівпровідниковим діодом. - Це складна система, що складається з окремих частин. Розбираючи, як працюють ці окремі частини (великі та малі), ми набуваємо знання.

Здобувши знання, ми отримуємо шанс допомогти своєму залізному другу-комп'ютеру, якщо він раптом забарахлить.. Ми ж у відповіді за тих, кого приручили, чи не так?

Сьогодні ми продовжимо цю цікаву справу, і спробуємо розібратися, як працює найбільша, мабуть, головна «цеглинка» електроніки – транзистор. З усіх видів транзисторів (їх чимало) ми обмежимося розглядом роботи польових транзисторів.

Чому транзистор – польовий?

Слово "транзистор" утворене від двох англійських слів translate і resistor, тобто, іншими словами, це перетворювач опору.

Серед усього різноманіття транзисторів є польові, тобто. такі, що керуються електричним полем.

Електричне поле створюється напругою. Таким чином, польовий транзистор – це напівпровідниковий пристрій, керований напругою.

В англомовній літературі вживається термін MOSFET (MOS Field Effect Transistor). Є інші типи напівпровідникових транзисторів, зокрема біполярні, які керуються струмом. При цьому на керування витрачається і деяка потужність, тому що до вхідних електродів необхідно прикладати деяку напругу.

Канал польового транзистора може бути відкритий лише напругоюбез протікання струму через вхідні електроди (за винятком дуже невеликого струму витоку). Тобто. потужність управління не витрачається. Насправді, проте, польові транзистори використовуються здебільшого над статичному режимі, а перемикаються з деякою частотою.

Конструкція польового транзистора обумовлює наявність у ньому внутрішньої перехідної ємності, якою при перемиканні протікає деякий струм, залежить від частоти (що більше частота, то більше вписувалося струм). Отже, строго кажучи, деяка потужність управління все-таки витрачається.

Де використовуються польові транзистори?

Справжній рівень технології дозволяє опір відкритого каналу потужного польового транзистора (ПТ) досить малим – в кілька сотих або тисячних часток Ома!

І це є великою перевагою, так як при протіканні струму навіть в десяток ампер потужність, що розсіюється на ПТ, не перевищить десятих або сотих часток Ватта.

Таким чином, можна відмовитись від громіздких радіаторів або сильно зменшити їх розміри.

ПТ широко використовуються в комп'ютерних і низьковольтних імпульсних стабілізаторах комп'ютера.

З усього різноманіття типів ПТ цих цілей використовуються ПТ з індукованим каналом.

Як працює польовий транзистор?

ПТ з індукованим каналом містить три електроди - джерело (source), стік (drain), і затвор (gate).

Принцип роботи ПТ наполовину зрозумілий із графічного позначення та назви електродів.

Канал ПТ - це "водяна труба", в яку втікає "вода" (потік заряджених частинок, що утворюють електричний струм) через "джерело" (джерело).

"Вода" витікає з іншого кінця "труби" через "злив" (стік). Затвор – це кран, який відкриває або перекриває потік. Щоб «вода» пішла «трубі», треба створити у ній «тиск», тобто. докласти напругу між стоком та витоком.

Якщо напруга не додана («тиску в системі немає»), тока в каналі не буде.

Якщо прикладена напруга, то «відкрити кран» можна подачею напруги на затвор щодо початку.

Чим більша подана напруга, тим сильніше відкритий «кран», більший струм у каналі «стік-витік» і менше опір каналу.

У джерелах живлення ПТ використовують у ключовому режимі, тобто. канал або повністю відкритий або повністю закритий.

Чесно сказати, принципи дії ПТ набагато складніші, він може працювати не тільки у ключовому режимі. Його робота описується багатьма хитромудрими формулами, але ми не будемо тут все це описувати, а обмежимося цими простими аналогіями.

Скажімо тільки, що ПТ можуть бути з n-каналом (при цьому струм у каналі створюється негативно зарядженими частинками) та p-каналом (струм створюється позитивно зарядженими частинками). На графічному зображенні у ПТ із n-каналом стрілка спрямована всередину, у ПТ із p-каналом – назовні.

Власне, «труба» — це шматочок напівпровідника (найчастіше кремнію) з домішками хімічних елементів різного типу, що зумовлює наявність позитивних або негативних зарядів у каналі.

Тепер переходимо до практики і поговоримо про те,

Як перевірити польовий транзистор?

У нормі опір між будь-якими висновками ПТ нескінченно велике.

І, якщо тестер показує якийсь невеликий опір, то ПТ, швидше за все, пробитий та підлягає заміні.

Багато ПТ є вбудований діод між стоком і витоком захисту каналу від зворотної напруги (напруги зворотної полярності).

Таким чином, якщо поставити «+» тестера (червоний щуп, з'єднаний з «червоним» входом тестера) на витік, а «-» (чорний щуп, з'єднаний з чорним входом тестера) на стік, канал буде «дзвонитися», як звичайний діоду прямому напрямку.

Це справедливо для ПТ із n-каналом. Для ПТ з p-каналом полярність щупів буде зворотній.

Як перевірити діод за допомогою цифрового тестера, описано у відповідній . Тобто. на ділянці «стік - виток» падатиме напруга 500-600 мВ.

Якщо змінити полярність щупів, до діода буде додана зворотна напруга, він буде закритий і тестер це зафіксує.

Проте справність захисного діода ще говорить про справності транзистора загалом. Більше того, якщо «дзвонити» ПТ, не випаюючи зі схеми, то через паралельно підключені ланцюги не завжди можна зробити однозначний висновок навіть про справність захисного діода.

У таких випадках можна випаяти транзистор, і, використовуючи невелику схему для тестування, однозначно відповісти на запитання– чи справний ПТ чи ні.

У вихідному стані кнопка S1 розімкнена, напруга на затворі щодо стоку дорівнює нулю. ПТ закрито, і світлодіод HL1 не світиться.

При замиканні кнопки на резисторі R3 з'являється падіння напруги (близько 4), прикладене між витоком і затвором. ПТ відкривається, і світлодіод HL1 світиться.

Цю схему можна зібрати як модуля з роз'ємом для ПТ. Транзистори в корпусі D2 pack (який призначений для монтажу на друкованій платі) в роз'єм не вставиш, але можна до його електродів провідники, і вже їх вставити в роз'єм. Для перевірки ПТ з p-каналом полярність живлення та світлодіода потрібно змінити на зворотну.

Іноді напівпровідникові прилади виходять з ладу бурхливо, з піротехнічними, димовими та світловими ефектами.

В цьому випадку на корпусі утворюються дірки, він тріскається або розлітається на шматки. І можна зробити однозначний висновок про їхню несправність, не вдаючись до приладів.

На закінчення скажемо, що літери MOS в абревіатурі MOSFET розшифровуються як Metal – Oxide – Semiconductor (метал – оксид – напівпровідник). Така структура ПТ – металевий затвор («кран») відокремлений від каналу напівпровідника шаром діелектрика (оксиду кремнію).

Сподіваюся, із «трубами», «кранами» та іншою «сантехнікою» ви сьогодні розібралися.

Проте теорія, як відомо, без практики мертва! Треба обов'язково поекспериментувати з польовиками, поколупатися, повозитися з їхньою перевіркою, помацати, так би мовити.

До речі, купитипольові транзистори можна.

Для досвіду ми візьмемо простий та всіма нами улюблений транзистор КТ815Б:

Зберемо знайому вам схемку:

Навіщо я поставив перед базою резистор, читаємо .

На Bat1 виставляю напругу 2,5 вольта. Якщо подавати більше 2,5 Вольт, то лампочка вже яскравіше не горітиме. Скажімо так, це межа, після якої подальше підвищення напруги на базі не відіграє жодної ролі на силу струму в навантаженні

На Bat2 я виставив 6 Вольт, хоча лампочка у мене на 12 Вольт. За 12 Вольтів транзистор у мене відчутно грівся, і я не хотів його спалити. Тут ми бачимо, яку силу струму споживає наша лампочка і можемо навіть розрахувати потужність, яку вона споживає, перемноживши ці два значення.

Ну і як ви бачили, лампочка горить і схема нормально працює:

Але що станеться, якщо ми переплутаємо колектор та емітер? За логікою, у нас струм повинен текти від емітера до колектора, тому що бази ми не чіпали, а колектор і емітер складаються з N напівпровідника.

Але на практиці лампочка горіти не хоче.

Споживання на блоці живлення Bat2 якихось 10 міліампер. Отже, струм через лампочку таки тече, але дуже слабкий.

Чому при правильному підключенні транзистора струм тече нормально, а при неправильному ні? Справа все в тому, що транзистор роблять не симетричним.

У транзисторах площа зіткнення колектора з базою набагато більша, ніж емітера та бази. Тому, коли електрони прямують з емітера до колектора, то майже всі вони "ловляться" колектором, а коли ми плутаємо висновки, то не всі електрони з колектора "ловляться" емітером.

До речі, дивом не пробило P-N перехід емітер-база, оскільки напругу подавали у зворотній полярності. Параметр у датасіті U ЕБ макс. Для цього транзистора критичне напруження вважається 5 Вольт, а в нас воно було навіть трохи вище:

Отже, ми з вами дізналися, що колектор та емітер нерівнозначні. Якщо в схемі ми переплутаємо ці висновки, то може статися пробою емітерного переходу і транзистор вийде з ладу. Тож, не плутайте висновки біполярного транзистора в жодному разі!

Як визначити висновки транзистора

Спосіб №1

Думаю, найпростіший. Завантажити цей транзистор даташит. У кожному нормальному датасіті є малюнок з докладними написами, де який висновок. Для цього вводимо в гугл або яндекс крупні циферки і літери, які написані на транзисторі, і поряд додаємо слово "даташит". Поки що не було такого, щоб я не шукав даташит на якийсь радіоелемент.

Спосіб №2

Думаю, з пошуком виведення бази проблем виникнути не повинно, якщо врахувати, що транзистор складається з двох діодів, які включені послідовно або катодами, або анодами:

Тут все просто, ставимо мультиметр на значок продзвонювання ")))" і починаємо пробувати всі варіації, поки не знайдемо ці два діоди. Висновок, де ці діоди з'єднуються або анодами, або катодами – і є основа. Щоб знайти колектор та емітер, порівнюємо падіння напруги на цих двох діодах. Між колектором та базоюом воно має бути менше, ніж між емітером та базою.Давайте перевіримо, чи це так?

Для початку розглянемо транзистор КТ315Б:

Е – емітер

К – колектор

Б - база

Ставимо мультиметр на продзвінку та базу знаходимо без проблем. Тепер вимірюємо падіння напруги на обох переходах. Падіння напруги на базі-емітері 794 мілівольт

Падіння напруги на колекторі-базі 785 мілівольт. Ми переконалися, що падіння напруги між колектором та базою менше, ніж між емітером та базою. Отже, середній синій висновок – це колектор, а червоний ліворуч – емітер.

Перевіримо ще транзистор КТ805АМ. Ось його цоколівка (розташування висновків):

Це транзистор структури NPN. Припустимо, основу знайшли (червоний висновок). Дізнаємось, де в нього колектор, а де емітер.

Робимо перший замір.

Робимо другий замір:

Отже, середній синій висновок – це колектор, а жовтий ліворуч – емітер.

Перевіримо ще один транзистор – КТ814Б. Він має PNP структури. База у нього – синій висновок. Заміряємо напругу між синім та червоним висновком:

а потім між синім та жовтим:

У фак! І там і там 720 мілівольт.

Цей спосіб цього транзистора не допоміг. Ну, не переживайте, для цього є третій спосіб.

Спосіб №3

Майже в кожному сучасному є 6 маленьких отворів, і поряд якісь літери, щось типу NPN, PNP, E, C, B. Ось ці шість крихітних отворів якраз і призначені для того, щоб заміряти. Я ж ці отвори називатиму дірками. На отвори вони не дуже схожі))).

Ставимо крутилку мультиметра на піктограму "h FE".

Визначаємо який він провідності, тобто NPN чи PNP, у таку секцію його й штовхаємо. Провідність визначаємо розташуванням діодів у транзисторі, якщо не призабули. Беремо наш транзистор, які в обидві сторони показав однакове падіння напруги на обох P-N переходах, і суємо базу в ту дірочку, де літеру "В".

Базу не чіпаємо, а тупо міняємо подекуди два висновки. Опа-на, мультик показав набагато більше, ніж уперше. Отже, в дірочці Е перебуває нині емітер, а дірочці З – колектор. Все просто і просто;-).

Спосіб №4

Думаю, є найлегшим і точним способом перевірки розпинання транзистора. Для цього достатньо придбати Універсальний R/L/C/Transistor-metr та засунути висновки транзистора в клеми приладу:

Він одразу вам покаже, чи живий ваш транзистор. І якщо він живий, то видасть його розпинання.

Електроніка оточує нас усюди. Але практично ніхто не думає про те, як вся ця штука працює. Насправді, все досить просто. Саме це ми й постараємось сьогодні показати. А почнемо із такого важливого елемента, як транзистор. Розкажемо, що це таке, що робить і як працює транзистор.

Що таке транзистор?

Транзистор- Напівпровідниковий прилад, призначений для керування електричним струмом.

Де застосовуються транзистори? Та скрізь! Без транзисторів не обходиться майже жодна сучасна електрична схема. Вони повсюдно використовуються при виробництві обчислювальної техніки, аудіо- та відеоапаратури.

Часи, коли радянські мікросхеми були найбільшими у світі, пройшли і розмір сучасних транзисторів дуже малий. Так, найменші пристрої мають розмір порядку нанометра!

префікс нано-позначає величину близько десяти мінус дев'ятого ступеня.

Однак існують і гігантські екземпляри, які використовуються переважно в галузях енергетики та промисловості.

Існують різні типи транзисторів: біполярні та полярні, прямої та зворотної провідності. Тим не менш, в основі роботи цих приладів лежить той самий принцип. Транзистор - напівпровідниковий прилад. Як відомо, у напівпровіднику носіями заряду є електрони чи дірки.

Область з надлишком електронів позначається буквою n(negative), а область з дірковою провідністю – p(positive).

Як працює транзистор?

Щоб усе було гранично ясно, розглянемо роботу біполярного транзистора (найпопулярніший вид).

(Далі - просто транзистор) являє собою кристал напівпровідника (найчастіше використовується кремнійабо германій), поділений на три зони з різною електропровідністю. Зони називаються відповідно колектором, базоюі емітером. Пристрій транзистора та його схематичне зображення показані на малюнку не нижче

Розділяють транзистори прямої та зворотної провідності. Транзистори p-n-p називаються транзистори з прямою провідністю, а транзистори n-p-n - зі зворотною.

Тепер про те, які два режими роботи транзисторів. Сама робота транзистора схожа роботу водопровідного крана чи вентиля. Тільки замість води – електричний струм. Можливі два стани транзистора – робочий (транзистор відкритий) та стан спокою (транзистор закритий).

Що це означає? Коли транзистор закритий, то через нього не тече струм. У відкритому стані, коли на базу подається малий струм, транзистор відкривається, і великий струм починає текти через емітер-колектор.

Фізичні процеси у транзисторі

А тепер докладніше про те, чому все відбувається саме так, тобто чому транзистор відкривається та закривається. Візьмемо біполярний транзистор. Нехай це буде n-p-nтранзистор.

Якщо підключити джерело живлення між колектором та емітером, електрони колектора почнуть притягуватися до плюсу, проте струму між колектором та емітером не буде. Цьому заважає прошарок основи і сам шар емітера.

Якщо підключити додаткове джерело між базою і емітером, електрони з n області емітера почнуть проникати в область баз. В результаті область бази збагатиться вільними електронами, частина з яких рекомбінує з дірками, частина потече до плюс бази, а частина (велика частина) попрямує до колектора.

Таким чином, транзистор виходить відкритий, і в ньому тече струм емітер колектор. Якщо напруга на базі збільшити, збільшиться і струм колектор емітер. Причому, при малій зміні напруги, що управляє, спостерігається значне зростання струму через колектор-емітер. Саме на цьому ефекті і ґрунтується робота транзисторів в підсилювачах.

Ось коротко і вся сутність роботи транзисторів. Чи потрібно розрахувати підсилювач потужності на біполярних транзисторах за одну ніч, чи виконати лабораторну роботу з дослідження роботи транзистора? Це не проблема навіть для новачка, якщо скористатися допомогою фахівців нашого студентського сервісу.

Не соромтеся звертатися за професійною допомогою у таких важливих питаннях, як навчання! А тепер, коли у вас вже є уявлення про транзисторів, пропонуємо розслабитися та подивитися кліп гурту Korn “Twisted transistor”! Наприклад, ви вирішили, звертайтеся до Заочника.