Принцип действия биполярных транзисторов и способы их проверки

Біполярний транзистор є одним з найпоширеніших електронних пристроїв, що використовуються в сучасній електроніці. Він складається з трьох шарів напівпровідникових матеріалів, таких як н-п-н або п-н-п, і має два перехідних p-n-переходи. Перехід між базою і колектором називається прямим, а між базою і емітером — зворотним.

Принцип дії біполярних транзисторів полягає в контролі струму, який протікає через емітер, залежно від струму, який тече через базу. Застосування напруги до бази змінює провідність базового шару, що впливає на кількість зарядів, які можуть перетікати через базовий перехід. Це призводить до зміни струму в емітері, який в свою чергу керує струмом в колекторі.

Важливою характеристикою біполярних транзисторів є коефіцієнт передачі струму, який вказує на те, як ефективно транзистор підсилює вхідний струм. Цей коефіцієнт залежить від розмірів транзистора і його матеріалу, а також від величини струму, що протікає через нього.

Перевірка біполярних транзисторів може бути виконана за допомогою осцилографа або вимірювального пристрою. Для цього потрібно виміряти струм, що протікає через колектор, і порівняти його зі струмом, що протікає через базу. Якщо ці значення відповідають очікуваним, можна зробити висновок про те, що транзистор працює належним чином.

Содержание

Основні принципи роботи біполярних транзисторів

Біполярні транзистори — одні з найбільш поширених електронних пристроїв, які використовуються в багатьох пристроях та системах. Основним принципом їх роботи є здатність контролювати потік електричного струму за допомогою відтворення та посилення слабкого сигналу.

У біполярних транзисторах є три основних виводи — емітер (E), база (B) та колектор (C). Емітер є джерелом носіїв заряду, база контролює прохідний струм, а колектор збирає носіїв, які пройшли крізь базу.

Головний принцип роботи біполярних транзисторів базується на двох типах пристроїв — pnp та npn. У pnp транзисторах, світліше говорячи, емітер здатен виділяти носіїв заряду, тоді як у npn, навпаки, емітер здатний поглинати носіїв.

Принципу роботи біполярних транзисторів лежить в основі побудови логічних елементів, підсилювачів, інтегральних схем і багатьох інших приладів. Вони працюють на принципі контролю потоку електронів і використовуються в різних електронних пристроях, включаючи комп’ютери, телевізори, радіоприймачі та мобільні телефони.

Полупровідникова структура

Полупровідникова структура є основою для функціонування біполярних транзисторів. Вона складається з трьох шарів: бази, емітера та колектора.

База — це шар полупровідника, в якому проводяться зміни властивостей матеріалу для керування струмом. Вона може бути зроблена з різних матеріалів, таких як кремній або германій.

Емітер — це шар полупровідника, з якого струм подається до транзистора. Він зазвичай зроблений з матеріалу з більш високою концентрацією домішкових атомів, що дозволяє йому випускати багато електронів.

Колектор — це шар полупровідника, в який струм з транзистора виходить. Його зазвичай виготовляють з матеріалу з меншою концентрацією домішкових атомів, що дозволяє йому збирати багато електронів.

Така структура полупровідника забезпечує керування струмом, який протікає через транзистор. Зміна напруги на базі дозволяє керувати струмом, що протікає від емітера до колектора.

Базовий, емітерний та колекторний електроди

Базовий, емітерний та колекторний електроди — це ключові складові біполярних транзисторів, відповідальні за їх принцип роботи та функціонування.

Базовий електрод є одним з трьох підключених до транзистора електродів. Він відповідає за керування струмом, що протікає в транзисторі. Зміна напруги, прикладеної до базового електрода, дозволяє регулювати потік електронів або дірок через базу, що в свою чергу впливає на струм, що протікає через емітерний електрод.

Емітерний електрод є ще одним з трьох підключених до транзистора електродів. Він відповідає за введення електронів або дірок в базовий область транзистора. При подачі струму на емітерний електрод, відбувається струм підкреслення витоку електронів з емітера або втікання ототожнених заряджених частинок у транзисторну базу. Потім ці носії заряду, перетікаючи кращість з базою через напівпровідникове pn-перехрестя, проходять через область колектора.

Колекторний електрод є третім з трьох підключених до транзистора електродів. Його основна функція — збір носіїв заряду, перенесених через базовий електрод. Колектор очищує базовий область від ненасичених носіїв, збираючи їх підлога — забезпечує цілісність носіїв.

Перевірка біполярних транзисторів

Біполярні транзистори є основними елементами в електронних схемах, і вони використовуються для підсилення або перемикання сигналів. Перевірка роботи біполярних транзисторів є важливим етапом в процесі відладки та обслуговування електронних пристроїв.

Першим кроком при перевірці біполярних транзисторів є визначення його нозівок. Зазвичай транзистори мають три ніжки: емітер (E), база (B) і колектор (C). Щоб визначити нозі, можна скористатись схемою пінауту транзистора або використовувати мультиметр у режимі перевірки діоду. Емітер зазвичай має більшу провідність, ніж колектор. База ж посередині зазвичай є найтоншим провідником.

Після визначення нозівок, можна перевірити роботу біполярного транзистора. Для цього необхідно підключити транзистор до відповідних джерел напруги та струму. Зазвичай використовуються джерела напруги на рівні 5V або 9V. При підключенні напруги до ніжки емітера та колектора та взаємодії з базою, намагається виміряти струм колектора. Якщо транзистор є добрим, то струм буде проходити через нього. Якщо ж транзистор є несправним, то буде відсутній струм у колекторі.

Також можна використовувати мультиметр у режимі перевірки транзисторів. Для цього необхідно змінити режим роботи мультиметра на перевірку транзисторів, підключити ніжки транзистора до відповідних контактів мультиметра і спостерігати отримані значення. Мультиметр покаже, яке підсилювання має транзистор, а також може виявити основні несправності, як-от коротке замикання напруги або заміщення ніжок.

Вимірювання напруги колектора-емітера

Для вимірювання напруги колектора-емітера (VCE) необхідно мати схему підключення біполярного транзистора, джерело струму і вольтметр. Схема повинна бути змонтована таким чином, щоб колектор був підключений до одного контакта вольтметра, а емітер – до іншого контакта.

Перш ніж виміряти напругу, необхідно перевірити, чи правильно підключені контакти біполярного транзистора до схеми. Для цього можна скористатися схемою підключення, де на кожному контакті біполярного транзистора може бути вказано їх функціональне призначення.

Після перевірки підключення контактів можна виміряти напругу VCE. Для цього потрібно включити джерело струму, щоб транзистор працював в діапазоні активного режиму, і виміряти значення напруги на вольтметрі. Результат вимірювання – це напруга між колектором і емітером.

Значення напруги VCE може залежати від величини базового струму IB, тому для отримання точних даних рекомендується заздалегідь встановити і зберегти певне значення IB. Після вимірювання напруги VCE необхідно перевірити його значення зі специфікаціями транзистора, щоб переконатися, що він відповідає вимогам.

Вимірювання струму бази

Вимірювання струму бази є важливою складовою в перевірці біполярних транзисторів. Для цього необхідно мати доріжку на платі або спеціальний тримач кристала в який встановлюється транзистор для можливості підключення приладу до бази.

Перед початком вимірювання слід переконатися, що транзистор знятий з плати, а кожен вимірювальний прилад налаштовано на правильний діапазон вимірювання струму. Це дозволить отримати найточніші результати.

Процедура вимірювання струму бази розпочинається з підключення приладу до бази транзистора. Для цього використовують спеціальні крокодильчаті клеми. Одну кліму прикріплюють до контакту бази, а іншу — до комунального роз’єму на платі або тримача кристала. Варто враховувати, що струм бази дуже маленький і може залежати від багатьох факторів, таких як температура, напруга живлення та інші.

Після підключення устаткування слід перевірити налаштування приладу. Виміряти напругу між клемами грунту і бази та записати це значення. Згодом за допомогою вимірювального приладу виміряти струм бази і також записати це значення. Далі розрахувати величину струму бази, яка дорівнює виміряному значенню струму поділеному на виміряну напругу.

Перевірка галогенами

Одним зі способів перевірки біполярних транзисторів на працездатність є застосування галогенів. Галогени — це хімічні елементи з групи VII періодичної системи, такі як хлор, бром, йод і фтор.

Перевірка галогенами заснована на тому, що при ударі від галогену протилежної полярності до одного з електродів транзистора (бази, емітера або колектора), стає можливим виявити наявність обах p-n-переходів, а також взаємний запам’ятовування p-зворотного з’єднання, незалежно від параметрів транзистора і його виробника. Для виявлення p-n-переходів можна використовувати різні галогени, наприклад, їх поєднання з розчинником на основі етилового спирту.

Основна перевага цього методу — його низька вартість і можливість використовувати його безпосередньо на місцях роботи з транзистором. Даний спосіб перевірки може бути використано для виявлення браку, забруднення або інших пошкоджень внутрішніх структур транзистора.

Після перевірки галогенами, якщо все пройшло успішно, транзистор може бути вважений працездатним і готовим для використання в електричному пристрої.