Транзисторы: принцип работы, схема включения, чем отличаются биполярные и полевые
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:
= \frac <5\unit- 0.3\unit><0.001\unit<А>> = 4700\unit = 4.7\unit $» />
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.
Если не указано иное, содержимое этой вики предоставляется на условиях следующей лицензии: CC Attribution-Noncommercial-Share Alike 4.0 International
Производные работы должны содержать ссылку на http://wiki.amperka.ru, как на первоисточник, непосредственно перед содержимым работы.
Вики работает на суперском движке DokuWiki.
схемотехника/транзисторы.txt · Последние изменения: 2022/06/07 10:11 — mik
Инструменты страницы
- Показать исходный текст
- История страницы
- Ссылки сюда
- Наверх
А какая принципиальная разница между pnp и npn биполярными транзисторами? И какое практическое применение этой разницы?
Транзистор состоит из 2 p-n переходов (диодов) , которые соеденины катодами (-) в транзисторах p-n-p структры и анодами (+) в транзисторах n-p-n стрктуры. Транзистор открывается тогда, когда через эммитерный p-n переход течет ток.
Проще будет объяснить на практике. Например транзистор p-n-p структуры можно заменить транзистором n-p-n структуры с похожими характеристиками, предварительно поменяв полярность питания. Значит они отличаются только направлением движения заряженных частиц
Остальные ответы
У них противоположная полярность.
На паре таких транзисторов легко собрать «мост», выходной каскад.
Почему вопросы — ответы превращают в ликбез по той или иной отрасли? Ну вот тебе один из ответов: Биполярный транзистор — трёхэлектродный полупроводниковый прибор, один из типов транзистора. Электроды подключены к трём последовательно расположенным слоям полупроводника с чередующимся типом примесной проводимости. По этому способу чередования различают npn и pnp транзисторы (n (negative) — электронный тип примесной проводимости, p (positive) — дырочный) . В биполярном транзисторе, в отличие от других разновидностей, основными носителями являются и электроны, и дырки (от слова «би» — «два») . Схематическое устройство транзистора показано на втором рисунке.
Электрод, подключённый к центральному слою, называют базой, электроды, подключённые к внешним слоям, называют коллектором и эмиттером. На простейшей схеме различия между коллектором и эмиттером не видны. В действительности же главное отличие коллектора — бо́льшая площадь.. .
Источник: Википедия в помощь!
Разница в дырочном переходе или электронном.
Усилительный каскад на тран-х p-n-p, питается от U ип минусом, а n-p-n, плюсом. На практике: удобно делать бестрансформаторные УНЧ и другие схемы. Смотрите принципиальные схемы.
схемы с двуполярными источниками питания, с нагрузкой на «0» (без развязки) даже при f=0 (операционные усилители).
Транзистор с типом проводимости pnp открывается подачей отрицательного потенциала на базу, а npn- положительным.
Бесконтактные датчики PNP и NPN
Основное назначение бесконтактных датчиков приближения — это позиционирование и обнаружение объектов без физического контакта.
Особенно они применяются там, где.
Читать 4 минуты
Последнее обновление 17 апреля 2023
Бесконтактные датчики PNP и NPN
Основное назначение бесконтактных датчиков приближения — это позиционирование и обнаружение объектов без физического контакта.
Особенно они применяются там, где требуется обнаружение равномерных движений – например в качестве бесконтактного переключателя (концевого индуктивного выключателя) для определения движущихся частей машин (станков), а также в качестве генератора импульсов и т.п.
Возможности коммутационного элемента бесконтактного датчика различаются по схеме (типу) выхода PNP, NPN и по возможности коммутационного элемента по коммутационной функции:
Навигация
- Бесконтактные датчики PNP
- Бесконтактные датчики NPN
Бесконтактные датчики PNP
Схема выхода PNP (общий минус «-»), нагрузка включается в цепь относительно минуса «-» (синий провод), замыкание коммутационного элемента на плюс «+» (коричневый провод).
Датчики PNP наиболее популярны и широко применяются в автоматизации промышленных процессах Европейскими производителями оборудования.
Бесконтактные датчики NPN
Схема выхода NPN (общий плюс «+») — нагрузка включается в цепь относительно плюса «+» (коричневый провод), замыкание коммутационного элемента на минус «-» (синий провод).
Датчики NPN в основном применяются производителями оборудования стран Юго-Восточной Азии.
Читать также
Диффузный датчик тип-D (отражение от объекта) предназначен для организации систем автоматизированного контроля и управления технологическими процессами.
Оборудование СЕНСОР во взрывозащищенном исполнении производится с различными видами взрывозащиты «искробезопасная электрическая цепь» уровня «ia», «mb» (герметизация компаундом).
Оптические датчики серии ВБО применяются во всех отраслях для позиционирования или счета объектов.
Использование в датчиках кодированного инфракрасного излучения позволяет избежать влияния посторонних источников света.
Результат
Вся продукция соответствует требованиям ГОСТ IEC 60947-5-2-2012 и сертифицирована и Технического регламента
«О безопасности низковольтного оборудования» ТР ТС 004/2011
«Электромагнитная совместимость технических средств» ТР ТС 020/2011
Получить ответ на интересующие вопросы и сделать заказ можно по телефону: +7 (343) 379-53-60 или e-mail: sale@sensor-com.ru
Звоните или пишите — наши специалисты помогут разобраться в технических характеристиках и сделать правильный выбор!
Разница npn и pnp только в направлении тока(э-к и наоборот)?
Добрый день, подскажите, разница pnp и npn транзисторов только в том, что
у npn транзистора ток течет от коллектора на эмиттер, а
у pnp наоборот, от эмиттера к коллектору?
(не считаю открытия базы плюсовой или минусовой направляностью к ней)
- Вопрос задан более трёх лет назад
- 19049 просмотров
1 комментарий
Оценить 1 комментарий
Borizzz @Borizzz Автор вопроса
Решения вопроса 2
Программист
да — только в этом.
Ответ написан более трёх лет назад
Нравится 3 5 комментариев
Так-то «идентичные» pnp и npn еще немного отличаются и по каким-то характеристикам, но в среднем на это не обращают внимания.
для этого придумали комплементарные пары — у них характеристики максимально близкие
Borizzz @Borizzz Автор вопроса
pfg21: подскажите ещё, пожалуйста
а транзисторы, которые стоять в процессорах, они точно такие же, только маленькие?
и где так принципиально важно использование pnp или npn транзисторов, а где других, если разница только в месте входа-выхода тока?
в процессорах КМОП технология, так как переходные процессы в них быстрее. Для транзисторов есть схемы включения, каждая схема включения обладает своими параметрами и в зависимости от них применяется в том или ином случае. Поищите литературу по устройтву и типам полупроводниковых элементов и основам схемотехники.
В современных схемах в большинстве своем используют МОП-транзисторы (в простонародье полевые :). у них тоже есть два вида: N- и P-канальные, с симетричными характеристиками.
У них чуть более лучшие характеристики, плюс можно «сдвинуть» характеристику элемента в сторону, т.е они более разнообразные.
Не понял вопроса, но принципе да — отличия pnp и npn только в направлениях проходящих токов и смысл выводов и функциональные параметры останутся теми же самым. приведенный рисунок это качество и описывает.
В принципе разница только в направлении тока, но есть нюансы. Например в NPN-транзисторе носителем тока являются электроны, а в PNP-транзисторе — дырки (вакансии), которые менее мобильны. Так-что в общем случае NPN-транзисторы более высокочастотны.
Немножко о транзисторах.
Ответ написан более трёх лет назад
Нравится 2 3 комментария
Borizzz @Borizzz Автор вопроса
а для чего тогда pnp транзисторы применяют?
в мк получается все npn транзисторы, только сила тока на них подается разная?
Как наиболее распространённый пример применения PNP и NPN транзисторов — комплементарная пара в различных усилителях сигналов.
В МК (да и в любой современной цифровой схемотехнике) уже давно не применяют биполярные транзисторы: их заменили на полевые (CMOS). Немаловажную роль в этом играет то, что на биполярном транзисторе, в открытом состоянии, всегда есть падение напряжения (~0,7в. для кремниевых и ~0,4в. для германиевых). В то-же самое время у полевых транзисторов очень маленькое сопротивление открытого канал — может достигать единиц милиома и даже меньше. И для поддержания открытого состояния практически не тратиться энергия. Т.е. практически идеальный переключатель. Но есть и минус полевых транзисторов — их вход представляет собой конденсатор.
Для увеличения мощности выходов МК используют мощные полевые транзисторы. Но не напрямую, а через специальную схему — драйвер, выходной каскад которого как раз и представляет собой каскад биполярных комплементарных транзисторов для успешного перезаряда входной ёмкости КМОП-транзистора.
Биполярные транзисторы успешно применяются в аналоговой технике, особенно в СВЧ. Хотя с развитием технологий и здесь успешно заменяются на полевые.
Единственное направление, имхо, где лидируют биполярные транзисторы — высоковольтные приборы.
Здесь вроде-как разжевано.