Сходинка восьма. Транзистори. Початок (частина 1)


Статью просмотрели: 2858 человек

Доброго здоров'я, шановний читачу. Це перший допис досить об'ємної теми яка буде присвячена останній групі активних компонентів – транзисторам. Різновидів таких електронних компонентів дуже багато. Звісно, закласти всі нюанси застосування, базові теоретичні знання в об'єм декількох дописів дуже важко. Тому писатиму стисло, та про найнеобхідніше.

Практична частина – початок модернізації універсального модуля регулятора-стабілізатора до вигляду лабораторного джерела живлення. Почнемо з його збільшення здатності віддавати струм до 3.0 А.

------------

Транзистори поділяються на дві основні групи – біполярні та польові, які у свою чергу мають декілька видів. Спочатку набули поширення транзистори біполярні, та й застосовуються вони нині ширше, тож з них і почнемо.

 

Біполярний транзистор

Будова біполярного транзистора чимось нагадує будову діака. Цей напівпровідниковий пристрій також має тришарову структуру з різними видами провідності, тобто два переходи в одному кристалі. Різниця полягає в тому, що середній прошарок надзвичайно тоненький і до того ж значно менше насичений електронами ніж крайні прошарки дірками у p-n-p транзисторів, з точністю до навпаки у n-p-n. Транзистор має три виводи, індивідуальний від кожного прошарку легованого напівпровідника. Крайні називаються емітер та колектор, а середній прошарок – база. Позначаються вони, відповідно, першими літерами своєї назви: емітер – Е(Е), колектор – К(С), база – Б(В) — у дужках подані скорочення латиницею. Провідність колектора та емітера завжди однакова, а от провідність бази завжди протилежна їхній провідності. В залежності від чергування p та n прошарків існують транзистори зі структурою p-n-p та n-p-n.

Умовні графічні позначення таких видів транзисторів відрізняються лише напрямком стрілочки на електроді, який позначає емітер. Принцип роботи транзисторів обох видів однаковий але, немовби дзеркальний, і відрізняється полярністю прикладеної до електродів напруги, тому будемо розглядати лише пристрій зі структурою p-n-p. Чому саме такий? Адже транзистори структури n-p-n, на сьогодні, більш вживані. У транзисторів зі структурою p-n-p схематичне зображення умовного напрямку струму збігається із реальним напрямком руху його основних носіїв заряду – дірок, тому, на мою думку, це спрощує розуміння процесів провідності у транзисторі і привносить менше плутанини.

Слід зауважити, що перехід утворений емітером та базою називається емітерним, а колектором та базою – колекторним.

 

Режими роботи біполярного транзистора

В залежності від способу приєднання переходів транзистора до зовнішніх джерел напруги він може працювати в режимах відсічки, насичення або активному.

 

Режим відсічки транзистора маємо тоді, коли емітерний та колекторний переходи приєднані до зовнішніх джерел напруги у зворотному для них напрямку (зверніться до попередніх дописів щоб пригадати, що таке зворотний напрямок увімкнення напівпровідникового переходу). При такому увімкненні через обидва p-n переходи будуть протікати дуже малі зворотні струми емітера (IЕБЗ) та колектора (ІКБЗ), обумовлені неосновними носіями заряду.

Струм бази буде дорівнювати сумі струмів обох переходів і в залежності від основи напівпровідника становитиме у кремнієвих транзисторів одиниці мікроамперів, у германієвих одиниці міліамперів.

Режим насичення транзистора маємо тоді, коли емітерний та колекторний переходи приєднані до зовнішніх джерел напруги у прямому для них напрямку.

Для спрощення подальших розмірковувань знехтуємо несуттєвою інжекцією неосновних носіїв заряду – електронів із бази до емітера та колектора, бо беручи до уваги особливості структури (стосовно легування прошарків, що відмічено вище), основний струм буде обумовлений потоком дірок із емітера та колектора до бази. Отже струм бази буде дорівнювати сумі струмів колектора (ІК.нас) та емітера (ІЕ.нас).

Режими відсічки та насичення застосовуються для роботи транзисторів в імпульсних, деякий ключових схемах, тобто — в режимах перемикання. Для підсилення сигналів використовують активний режим.

Активний режим роботи транзистора є основним його робочим режимом. Чим він відрізняється від згаданих вище? Слід зауважити, що активний режим буває прямим та інверсним. Інверсний режим суттєво погіршує підсилювальні характеристики транзистора тому практично не застосовується. Найбільш широкого використання набув – прямий. У прямому активному режимі емітерний перехід завжди увімкнений у прямому напрямку, а колекторний у зворотному. Давайте розглянемо таке увімкнення на схематичному зображенні.

Під дією напруги прямого зміщення UЕБ відбувається інжекція (викид) дірок з емітерного прошарку до базового. Потрапивши до базового прошарку зворотної провідності, дірки перетворюються на неосновні носії заряду, втрачають активність, втім, продовжуючи рух під дією сил дифузії (інерції), рухаються у напрямку колекторного переходу. Частина дірок у базовому прошарку рекомбінує з вільними електронами, якими збагачений цей тип напівпровідника. Та, беручи до уваги мізерну товщину базового прошарку, основна маса дірок таки досягає колекторного переходу, а там, підхоплена його електричним полем, потрапляє до колекторного прошарку завершуючи проходження електричного струму через транзистор.

Так коротко, буквально декількома словами, про життєвий цикл основного носія заряду у транзисторі структури p-n-p – дірки. Не забувайте, основними носіями заряду у транзисторів структури n-p-n є електрони, бо чергування прошарків, отже і полярності джерел живлення, там обернені.

Продовжимо. Виходячи з описаного вище – струм колектора ІК транзистора, не може бути більшим за струм його емітера, бо частина дірок рекомбінує у базовому прошарку. Тому ІК = h21БІЕ.

Величина h21Б називається статичним коефіцієнтом передачі струму емітера. Він не може бути стовідсотковим, тобто дорівнювати одиниці, саме завдяки згаданій вище рекомбінації дірок, тож у сучасних транзисторів коефіцієнт h21Б складає 0.9-0.998.

Позаяк колекторний перехід увімкнений у зворотному напрямку (часто можна зустріти вираз – колектор має зворотне зміщення), через нього протікає також зворотний струм, утворений неосновними носіями базового прошарку – дірками, та колекторного – електронами. Тому повний струм колектора транзистора, увімкненого до кола зі спільною базою, яка наведена вище, становитиме: ІК = h21БІЕ+ІКБЗ.

Повернімося трішечки назад. Я вже згадував, що частина дірок потрапивши до бази із емітерного прошарку – рекомбінує (прочитайте про явище рекомбінації у попередніх дописах) з вільними електронами. Це призводить до зменшення кількості електронів у базовому прошарку, отже вони змушені поповнюватися із зовнішніх кіл. Рух електронів із зовнішніх кіл до бази обумовлює струм рекомбінації бази – ІБ.рек. Окрім струму рекомбінації через базу, у зворотному напрямку, протікає ще й зворотний струм колектора ІКБЗ тому повний струм бази становитиме ІБ = ІБ.рекКБЗ.

В активному режимі струм бази в десятки, сотні разів менший за струм колектора та струм емітера.

Неначебто все складно (хоча, відверто кажучи, це на перший погляд), але вдумливе, уважне ознайомлення з матеріалом дозволить вам зрозуміти основу суті роботи транзистора. І звісно ж, без знання теоретичних засад роботи p-n – переходу, зрозуміти це буде важкувато.

Давайте зробимо певні висновки з того, про що ми дізналися.

— основним режимом у якому використовується транзистор є активний режим;

— якої б структури транзистор (NPN чи PNP) не використовувався у колах, в активному режимі його емітерний перехід знаходиться завжди у прямому увімкненні, колекторний – у зворотному;

— стрілка на позначенні електрода емітера вказує на напрямок протікання струму через емітерний перехід (він різний у транзисторів різної структури);

— незалежно від схеми увімкнення транзистора співвідношення струмів його електродів завжди відповідає рівнянню: ІЕ = ІБ + ІК.

Схеми увімкнення біполярного транзистора

У схемі наведеній вище на малюнку "активний режим транзистора зі спільною базою", електричне коло, утворене джерелом UЕБ, емітером та базою (саме так, для спрощення, називають прошарки транзистора, по найменуванню його електродів), називається вхідним, а коло утворене джерелом UКБ, колектором та базою цього ж самого транзистора – вихідним. База є для цих кіл спільним електродом, тому таке увімкнення транзистора і називають увімкненням зі спільною базою, або скорочено СБ.

Існують ще дві типові схеми увімкнення транзисторів: зі спільним емітером (СЕ) та зі спільним колектором (СК).

Фізика процесів, які відбуваються у транзисторі, однакова. А от характеристика каскадів із різним способом увімкнення – різна. Давайте коротко їх розглянемо.

Спільна База. Схема зі спільною базою має незначне підсилення по потужності, малий вхідний опір та великий вихідний. Втім, вона більш стала за своїми частотними та температурними властивостями, не зсуває фазу вносить малі спотворення сигналу при підсиленні. Застосовується у високочастотній схемотехніці, до цифрової не має жодного стосунку, тому на ній ми зупинятися не будемо.

Спільний Емітер. Досить розповсюджена схема бо має найбільший коефіцієнт підсилення по потужності. Зсуває фазу на 180°, зручна тим, що для живлення колектора та бази використовується напруга однієї полярності.

На цій схемі увімкнення зупинимося детальніше, бо вона використовується як у ключовому режимі, так і в режимі підсилення. Беручи до уваги те, що сучасні схеми у своїй більшості будуються з використанням транзисторів структури n-p-n перейдемо до розгляду саме цього типу, втім, не забуваючи, що все сказане розповсюджується і на транзистори структури p-n-p, за виключенням полярності джерел живлення.

Ключовий режим роботи транзистора. Досить часто використовується на практиці, якщо уважно читали матеріали попередніх дописів, то не могли не помітити згадку про нього.

Суть такого режиму досить проста. Маленький струм бази управляє у десятки-сотні разів більшим струмом колектора. Коефіцієнт підсилення транзистора по струму позначають літерами hFE. Існують спеціальні транзистори виготовлені за схемою Дарлінгтона (утворені з двох в одному корпусі), для яких hFE становить 1000 і навіть більше.

Давайте розглянемо типову схему транзисторного ключа на виході, скажімо, мікропроцесорного контролера. Вона використовується для управління якимись виконавчими пристроями (реле, лампочка, світлодіоди і подібне). В нашому випадку це буде реле на 12 вольтів.

Для таких схем абсолютно не має значення напруга на колекторі, хай це буде навіть 100 вольтів, головне, щоб було витримане співвідношення hFEкб і тоді, звісно, якщо транзистор розрахований на таку напругу, 5 вольтів на базі будуть слухняно комутувати виконавчий пристрій на 100 вольтів.

Спробуємо розрахувати резистор R1 у колі бази. Струм колектора, для забезпечення струмом комутацію реле, повинен становити, скажімо – 100 мА. Навіть не зазираючи у довідники приймемо hFE рівним 10. Такий коефіцієнт під силу переважній більшості транзисторів. Отже струм бази відповідно повинен бути не меншим за 10 мА. Напруга на базовому резисторі буде 5.0 – 0.6 = 4.4 В. Що це за 0.6 В. Гадаю ви не забули про падіння напруги на напівпровідниковому переході? Про це забувати не можна.

Отже, 4.4 В / 0,01 А = 440 Ом. Обираємо найближчий стандартний резистор із ряду Е24 – 430 Ом. Та це ще не все. У нас лишився ще один резистор R2.

Якщо просто зняти з бази напругу управління +5 В, база лишиться "підвішеною у повітрі". Раніше такі режими для германієвих транзисторів були суворо заборонені, та й сучасний кремнієвий транзистор із підвішеною базою може зазнати пошкодження. Адже він чітко не закриється і ключ матиме якийсь проміжний стан завдяки стихійним струмам бази. Саме тому, для надійної відсічки, на базу слід подати потенціал емітера.

Деякі контролери та інтегральні схеми управління чітко фіксують стан 0 на своїх виходах управління маючи власні вмонтовані резистори, які при нульовому сигналі забезпечують чіткий рівень "землі", тобто подають на базу потенціал емітера. Це потрібно знати і якщо це не так ви потрапите в халепу. То ж надійніше застосувати додатковий резистор R2, який буде забезпечувати базі надійний рівень потенціалу емітера при відсутності на ній сигналу управління.

Цей резистор береться практично довільно. Головне, щоб він забезпечував падіння напруги на собі, при з'явленні сигналу управління на базі, не менше 0.7 В. Практично він повинен бути більшим за резистор R1 разів у десять – 4.3 кОм, та якщо це буде і більше, все одно схема буде працювати надійно.

Його роботу можна описати так: якщо на базу подана напруга управління, резистор R2 не буде впливати на роботу схеми, бо падіння напруги між базою та емітером становитиме 0.6 В і він братиме на себе лише мізерну частину базового струму. А якщо напруга управління відсутня, резистор забезпечить надійну тотожність потенціалів бази та емітера незалежно від сигналу джерела управління, тобто –"заземлена" база чи "висить у повітрі".

Про призначення діода на схемі пояснювати не потрібно, гадаю, ви це пам'ятаєте.

Ми з вами розглянули гіпотетичну схему транзисторного ключа. Давайте все це повторимо практично з реальним транзистором, реле та реально розрахованими опорами потрібних резисторів. Візьмемо транзистор BC337, реле з робочою напругою 12 В, світлодіод розрахований на напругу живлення 12 В для наглядної індикації роботи реле. Схема зібрана на макетній платі не буде відрізнятися від наведеної вище, за виключенням світлодіода. Живлення на нього подамо через нормально розімкнені контакти реле.

Перш за все слід визначитися з тим, який транзистор нам потрібен для управління виконавчим механізмом.

В нашому випадку це реле із живленням 12 вольтів та опором котушки електромагніта близько 250 омів. простий розрахунок (12/250) показує, що струм споживання такого навантаження становитиме ~ 50 мА. Виходячи із цього нам слід вибрати транзистор який би міг "безболісно" комутувати визначений струм (не забувайте про правило 50-70). Таким вимогам цілком вдовольняє транзистор BC337, адже він має максимальний струм колектора IС – 800 мА, що перевершує наші потреби. Слід зауважити, що у реальному ключі, призначення якого – тривалий відкритий стан, слід би було застосувати якийсь транзистор у корпусі TO126. На відміну від корпуса транзистора TO92, який чудово справляється з періодичними увімкненням, транзистор із більшим корпусом краще розсіює тепло у довготривалому відкритому режимі. Для нашого експерименту цілком вистачить транзистора BC337.

Наступний крок – розрахунок номіналу резистора R1. Коефіцієнт підсилення транзистора hFE сягає 600, мінімум 100. Можна зупинитися на мінімальному, але найліпше – визначити коефіцієнт підсилення самостійно. Для тих, хто має сучасний мультиметр, це надзвичайно просто. Перш за все визначимося стосовно структури транзистора. Наш BC337 має структуру NPN (n-p-n), далі на підставі технічного паспорту чи довідкової літератури з'ясуємо послідовність виводів. Після проведеної пошукової роботи розміщуємо транзистор у панельці для транзисторів нашого мультиметра. Обов'язково дотримуємося вказівок стосовно його структури та вставляємо виводи у відповідні гнізда. Переводимо перемикач режиму вимірів на позначку hFE, при потребі вмикаємо живлення. Читаємо на індикаторі величину hFE. У моєму випадку він становить близько 250. Отже струм бази транзистора повинен бути меншим за струм колектора у 250 разів.

Розмірковуємо далі. Струм роботи реле – 50 мА. Виходячи із цього струм бази має бути – 0.2 мА або 200 мкА. Розрахуємо резистор R1 для отримання на базі такого струму при її живленні напругою 5 В: 4.4/0.0002 = 22000 Ом або 22 кОм. Резистор R2 (емітер-база) візьмемо з номіналом 220 кОм.

Зверніть увагу! Ваші остаточні величини можуть бути іншими. Це залежить від струму споживання навантаженням та від коефіцієнту підсилення вашого екземпляру транзистора.

Розрахунки проведені, лишається втілити наш задум у життя – зібрати макет транзисторного ключа на стенді:

Як джерело напруги 5 вольтів використовується модуль живлення Breadbord, який отримує живлення від батарейки 6F22. Цей модуль я вже коротко представив раніше у 

 

своїх дописах. 12 вольтів отримуємо від нашого регулятора-стабілізатора. Розташування деталей на платі довільне і не обов'язково повинно відповідати наведеному. Перевіряємо усі з'єднання і вмикаємо живлення. Червоний світлодіод мовчить, світлодіод модуля живлення засяяв – нічого не змінилося. Натискаємо кнопку – чуємо клацання реле, червоний світлодіод спалахує. Це каже про те, що ключ спрацював, розрахунки правильні. Відпускаємо кнопку – світлодіод згас.

Ми розглянули, і перевірили самостійно, роботу транзистора у ключовому режимі. Це один із найпоширеніших режимів його роботи у пристроях на основі мікроконтролерів. Уявіть лишень собі, імпульс потужністю 1 мВт керує споживачем потужністю 600 мВт. І це не межа! Втім, основний режим роботи транзистора – підсилення сигналів.

Робота транзистора у режимі підсилення.     

Уже під час ознайомлення із попереднім режимом роботи транзистора – ключовим, стає зрозумілим, що він здатен підсилювати сигнал. Правда сигнал у такому режимі роботи транзистора швидше постійний, чи то імпульсний з великою тривалістю імпульсів сигналу та пауз. А як стосовно сигналів змінної напруги? Таких як звук, високочастотні коливання. Такі сигнали транзистор здатен підсилювати працюючи у режимі підсилення. Слід зауважити, що сучасна схемотехника рідко використовує поодинокі транзистори для роботи в такому режимі, адже основну роль на себе перебрали мікросхеми, куди вже інтегровані і самі каскади підсилення і різноманітні кола корекції їхніх режимів. Саме вони і застосовуються у цифровій схемотехніці для необхідного підсилення низько, середньо та високочастотних сигналів. Проте ознайомитися з роботою транзистора у режимі підсилення таки слід, щоб: по-перше – розуміти основи процесів які відбуваються у транзисторних каскадах, по-друге – не губитися, якщо вам зустрінеться пристрій з каскадами підсилення реалізованими на дискретних, тобто не зібраних у мікросхеми елементах.

Продовжимо розгляд на прикладі транзисторного каскаду підсилення із фіксованим струмом бази. Чому він має таку назву ми з'ясуємо далі.

Перед нами саме така схема. Давайте розглянемо призначення кожного елементу та їхню взаємодію. Перше, що впадає у вічі – лише одне джерело живлення. Ми знаємо, що кожен із переходів мусить мати своє живлення, а тут воно лише одне. Наявність двох джерел це невиправдані витрати і технічні ускладнення, тому конструктори пішли іншим шляхом – забезпечили живлення базового переходу від основного джерела за допомогою резистора R1. Але обирається номінал цього резистора не просто так, існують певні закономірності. Давайте трохи на цьому зупинимося. Резистор R2 у колі колектора транзистора виконує роль навантаження колектора. Це не обов'язково повинен бути резистор. З таким самим успіхом навантаженням колектора може бути коливальний контур ВЧ (високої частоти) чи одна з обмоток якогось трансформатора. Опір такого навантаження впливає на коефіцієнт підсилення каскаду. Прослідковується пряма закономірність: чим більший опір навантаження колектора та відповідно менший опір базового резистора, тим більший коефіцієнт підсилення. Тому колекторний резистор має опір в межах декількох кОм. Зверніть увагу, саме тому такі каскади будуть абсолютно неефективно працювати при навантаженні звичайними динаміками з опором котушки 4 Ом.

По великому рахунку – все це є наслідком неузгодженості вихідного опору каскаду зі СЕ.

Тепер зупинимося на резисторі R1. Цей резистор обирається виходячи з необхідного режиму роботи транзистора і задає струм бази. Той, хто зацікавиться більш детальніше цим питанням, може ознайомитися у спеціальній літературі з теорією вибору робочої точки на графіках напруги та струму. Такі графіки можна знайти у довідковій літературі, технічний паспортах на той чи інший транзистор.

Практично ж номінал резистора R1 можна визначити простіше, хоч це і буде наближене значення. Для цього резистор, із приблизно передбачуваною величиною, беруть підстроювальний або змінний. Збираємо схему, встановлюємо повзунок резистора у середню точку і вмикаємо живлення. Обережно обертаючи важіль резистора у якийсь бік, встановлюємо у точці А половину напруги живлення основного джерела. Визначаємо потрібний номінал опору і міняємо змінний на аналогічний постійний. Замінили? Тепер при увімкненні живлення каскад перейде в усталений режим із стабільним струмом та напругою на переходах. Такий стан транзистора називається режимом покою. Каскад підсилення готовий до роботи але поки-що не отримує сигналу для підсилення.

Сигнал, від його джерела, подається на базу. Втім, просто так його подати не можна, бо постійна складова сигналу зруйнує наші налаштування і порушить роботу усього каскаду. Вхідний сигнал подається через конденсатор С1. Саме конденсатор є непереборним бар'єром для постійного струму, вільно пропускаючи, при цьому, сигнал змінної напруги. Таке ж саме призначення має і конденсатор С2, який захищає вихід каскаду підсилення від впливу постійної складової подальших кіл.

Не вдаючись у деталі, після аналізу кіл каскаду підсилення з'ясуємо, що струм бази завжди буде дорівнювати виразу UЖ/R1, тобто він буде стабільним. Саме тому ця схема отримала назву схеми зі спільним емітером та фіксованим струмом бази.

Існує ще один різновид реалізації каскаду підсилення. Це схема з фіксованою напругою зміщення.

У розглянутому вище каскаді підсилення режим роботи транзистора визначається струмом бази, який встановлюється резистором R1. Але режим роботи транзистора можна встановити також напругою з подільника R1R3, як зображено на схемі поруч. Струм, який протікає через резистори подільника, викликає на резисторі R3 падіння напруги, яке і визначає його зміщення у прямому напрямку. Ця напруга визначається співвідношенням опорів резисторів подільника R1 та R3 та струмом, який протікає через них і практично не залежить від типу транзистора. Тому таку схему і називають схемою з фіксованою напругою зміщення.

Спільний колектор. Розглянуті вище варіанти використання транзистора у ключовому режимі та у режимі підсилення стосувалися його роботи у схемі зі спільним емітером. Втім, часто густо зустрічається схема каскаду підсилення зі спільним колектором. Вона має властиві їй особливості завдяки яким буває інколи незамінною. Вихідний сигнал у такому підсилювачі виділяється на резисторі R2, який перекочував до емітерної ланки.

При включенні транзистора за схемою зі СК підсилення по напрузі немає, можна навіть відмітити деяке падіння амплітуди вихідного сигналу у порівняння зі вхідним, зате така схема має досить непогане підсилення по струму. Головною ж особливістю каскаду підсилення зі СК є його високий вхідний опір та низький вихідний. Що це означає? Це означає, що вказаний каскад підсилення буде мало впливати на джерело сигналу і у той же час завдяки малому вихідному опору до нього можна приєднувати наступні каскади з малим вхідним опором. Саме завдяки цим особливостям каскади підсилення зі СК широко застосовуються як каскади узгодження між іншими каскадами з різними опорами входу та виходу.

А здатність передавати напругу зі входу на вихід без суттєвих її змін стала основою назви такого каскаду – емітерний повторювач.

Розглянуті приклади каскадів – це основи використання транзисторів. Повне різноманіття схемотехнічних варіантів розглянути у матеріалах обмеженого допису просто неможливо.

Перевірка транзисторів аматором

Транзистори – це напівпровідникові елементи, які відрізняються досить таки тривалим терміном безвідмовної експлуатації. Основних причин виходу напівпровідника з ладу є лише три – перевищений струм, перевищена напруга, або ж перегрів. Можливі й інші причини, як то, скажімо, механічний вплив. Внаслідок таких факторів транзистор може втратити свої функціональні властивості. Може статися пробій одного, чи то, навіть, обох переходів, їхнє руйнування, з втратою будь-якої провідності. Тож аматору слід знати, як перевірити придатність транзистора. Така необхідність виникає і під час ремонту якогось пристрою і під час використання вживаних елементів, та й нові транзистори не завадить перевіряти перед встановленням до саморобки.

Транзистори можна перевірити або мультиметром (тестером), або спеціальними приладами.

Для перевірки транзисторів мені найбільше подобається тестер. Його шкала зі стрілкою в цьому сенсі, як на мене, найбільш інформативно-показова. Адже нас не цікавить конкретний опір того чи іншого переходу. Для нас важлива сама величина опору: більше, менше. Втім, не слід зациклюватися на тестері, мультиметр покаже те ж саме, правда, вивівши показники опору на монітор у цифровому вигляді які слід "переварити", зрозумівши що більше, а що менше. Та, мабуть, це справа звички. Проте, слід зауважити, що деякі мультиметри, особливо з відокремленим положенням перевірки діодів суміщеним із "пищиком", не забезпечують транзистор необхідним струмом для виміру опору переходів, але вони дозволяють перевірити працездатність переходу з індикацією падіння напруги на ньому. Цього, у більшості випадків, теж цілком достатньо.

Отже, при перевірці транзистора його можна розглядати як два з'єднаних послідовно діода. Анод з анодом для транзистора структури NPN, або катод з катодом для транзистора структури PNP. Нам уже відомо, як поводять себе діоди під час перевірки, аналогічна ситуація виникає і під час перевірки транзистора.

Надалі я вже не буду наголошувати на деяких речах, гадаючи, що ви усвідомили попередні матеріали. Скажімо, стосовно того, що під час перевірки переходів на приладі слід обирати діапазон виміру опору у кілоомах, і не менше. Тож розглянемо схему.

У поданій вище схемі я спробував згрупувати всю необхідну інформацію: тип провідності транзистора, полярність його електродів, полярність приєднання щупів вимірювального пристрою – реакцію переходів у вигляді опору. Розмірні величини "малий опір" та "великий опір" відносні і для різних типів транзисторів можуть бути не зовсім однаковими, втім для нас важливо те, що перехід цілий і не має пробою чи то обриву.

Отже для перевірки транзистора нам слід знати його структуру та послідовність виводів. Цю інформацію можна дізнатися з технічного паспорту на компонент. Давайте для прикладу розглянемо транзистор BC639. У технічному паспорті ми бачимо структуру транзистора, найменування та послідовність його виводів.

Перевіримо його, беручи до уваги методику з наведеної вище схеми. Судячи зі світлин праворуч "малий опір" становить близько 1.2 кОм, а "великий", на обраному діапазоні – безкінечність. Опір між колектором та емітером теж матиме безкінечність при будь-якій полярності. Транзистор, який пройшов таку перевірку можна вважати умовно придатним. Чому умовно? Бо інколи трапляються випадки, що транзистор, під час реальної роботи, дозволяє собі "брехати", показуючи чудові результати при перевірці у статичному режимі. Для виявлення таких компонентів існують спеціалізовані лабораторні пристрої, втім, така поведінка транзистора трапляється досить рідко.

Цілком непоганим аналогом перевірки транзистора може бути перевірка його коефіцієнта підсилення hFE за допомогою того ж таки мультиметра, яку ми розглянули вище, адже несправний транзистор такої перевірки не пройде. Проте недолік цієї процедури в тому, що мультиметр призначений лише для перевірки коефіцієнтів малопотужних транзисторів.

І от, на арені знову наш давній знайомий ESR-метр. Я вже неодноразово наголошував: незважаючи на свої певні недоліки, цей прилад є просто таки неоціненим для аматора. Він може тестувати будь-які транзистори біполярні, польові, MOSFET, IGBT. І не просто тестувати, а навіть дещо розповісти про тестований зразок. Давайте звернемо увагу на монітор цього приладу під час тестування взятого нами для дослідів транзистора BC639.

Ми бачимо інформацію про те, що це біполярний транзистор структури NPN, який має коефіцієнт підсилення 291, тестування відбулося при струмі емітера 6.3 мА. Навіть намальована його структура і позначені виводи приєднані до відповідних гнізд затискача (пінів). Що ще потрібно аматору-початківцю?

 

Види та вигляд біполярних транзисторів

Видів біполярних транзисторів дуже багато, але в основному вони поділяються на малопотужні, середньої потужності та потужні, серед яких існують транзистори Дарлінгтона. Це два біполярні транзистори в одному корпусі із надзвичайно великим коефіцієнтом підсилення. Про такі транзистори ми ще поговоримо.

Корпуси транзисторів мають декілька різновидів. ТО92 та ТО126 я згадував вище, крім того досить розповсюдженими є корпуси потужних транзисторів ТО220 і ТО3 та їхні різноманітні варіації.

Існують інші корпуси для транзисторів. Окремими корпусами вирізняються високочастотні транзистори, транзистори для поверхневого монтажу. Це все ви зрозумієте у процесі роботи над своїми саморобками.

Заміна та підбір транзисторів

Для того щоб замінити транзистор слід взяти такий самий. Втім, трапляються ситуації коли транзистор знайти не вдається. Що ж робити?

У такому випадку слід підібрати схожий за параметрами. Для цього виробники розповсюджують технічні паспорти компонентів. На які ж параметри слід звертати увагу для підбору транзисторного аналога?

Структура. Структура обраного транзистора повинна бути однаковою зі структурою транзистора який нам потрібно замінити. Це питання беззаперечне, адже замість транзистора зі структурою n-p-n можна застосувати лише транзистор зі структурою n-p-n.

Основа. Основа обох транзисторів повинна бути однаковою. Неприпустимо заміняти кремнієвий транзистор германієвим.

Частотний діапазон. Транзистори бувають низькочастотними або високочастотними. Відповідно до цього, в залежності від кіл де працює транзистор, слід підбирати заміну.

Електричні параметри. Робочі напруги, струм колектора – ці параметри бажано обирати не меншими ніж удвічі, тричі більшими за напруги та струми які діють у колах використання транзистора. Таке ставлення допоможе захистити транзистор від імпульсних сплесків перехідних процесів.

Потужність. Потужність транзистора, як правило, є показником добутку напруги на діючий струм колектора. Потужність транзистора визначає його здатність розсіювати тепло і від цього безпосередньо залежить типу корпуса. Схожі за потужністю транзистори практично завжди мають схожі корпуси. Втім, на відповідність корпуса звертають увагу лише тоді, коли місце для встановлення обмежене. Не забуваймо! Потужні транзистори встановлюються на радіатор завжди з використанням теплопровідної пасти.

Конфігурація виводів. Це не найголовніший фактор, хоч для зручності встановлення транзисторів на своє місце – бажаний.

 

-------------------------------------------------------------------

 

ВІДСТУП

модернізуємо джерело живлення

Сьогодні розмова піде швидше про концепцію нашого лабораторного блока живлення, хоч його простий для виготовлення варіант ми таки розглянемо.


Найпростішим і, мабуть, найлегшим варіантом забезпечення нашого регулятора-стабілізатора власним джерелом живлення буде використання готового імпульсного блока живлення із фіксованою вихідною напругою. Від неї, власне кажучи і буде залежати його максимальний рівень напруги.

Це може бути блок живлення з вихідною напругою 36 В та здатністю віддавати струм 1.5 А (на фото вище).

 

Продовження статті за посиланням.

Комментарии к статье

Отсутствуют
  • Вы, клиент нашего интернет-магазина? Войдите чтобы оставить комментарий
    Войдите
    Впервые в интернет-магазине? Чтобы продолжить вам нужно зарегистрироваться, это займет несколько минут
    Зарегистрируйтесь