Рис. 4.10. Структура n-p-n- и p-n-p-транзисторов и их электрические символы
Сэндвич полупроводника помещен в пластиковый или металлический корпус: существуют разные виды корпуса, которые были стандартизированы таким образом, чтобы форма и размеры обладали точными параметрами. Существуют металлические транзисторы, которые напоминают небольшие консервные баночки, другие из черного пластика со скошенными сторонами, третьи оснащены ребрами охлаждения (формата ТО220), металлические транзисторы значительных размеров, которые могут сильно нагреваться (формата ТO35). Также существуют маленькие транзисторы для монтажа на поверхность (SMD).
Рис. 4.11. Транзисторы различных форм с выводами в разной комбинации
Корпуса транзисторов стандартизированы, но расположение выводов может изменяться от модели к модели! Единственный способ узнать расположение выводов на данном транзисторе это проверить в техническом описании. Каждый транзистор носит код, который определяет его свойства и функции. Код печатается на корпусе компонента. Существуют стандарты для обозначения кодов, например японский стандарт, где все модели начинаются с надписи 2N, за которой следует число, или европейский стандарт, где сначала записывается пара букв (ВС, BD, AF), а за ней следует число. Буквы и цифры имеют разные значения, например в европейском стандарте первая буква указывает на тип транзистора, германиевый (А) или кремниевый (В), вторая буква указывает на вид использования: С – общий, F – для радиочастот и т. д.
Транзистор может работать в трех различных режимах.
• Режим насыщения – когда ток на базе достигает больших размеров, транзистор ведет себя как замкнутый переключатель.
• Инверсный режим – когда ток на базе равен нулю, устройство ведет себя как разомкнутый переключатель.
• Активный режим – когда ток, протекающий между эмиттером и коллектором, пропорционален току, приложенному к базе.
Транзистор в режиме насыщения
Самый простой способ использования транзистора – это его применение в качестве переключателя, управляемого током, следовательно, в режиме насыщения или в инверсном режиме. Возможно, вам приходилось видеть его использование с «Ардуино» для управления реле: база транзистора соединена с выводом микроконтроллера с помощью резистора в 1 кОм. Транзистор NPN-типа и модели 2N2222. В этом случае необходим транзистор, поскольку выходной контакт «Ардуино» может обеспечить максимум несколько десятков миллиампер, что недостаточно для управления реле, а также создает риск сжечь микроконтроллер.
Давайте попробуем повторить схему устройства, собрав простую цепь для управления светодиодом. Вам понадобятся:
• макетная плата;
• n-p-n-транзистор модели 2N2222;
• светодиод;
• резистор на 470 Ом;
• резистор на 1 кОм;
• провода или перемычки для соединения;
• батарейка на 9 В с зажимом.
Составим цепь, следуя схеме, показанной на рисунке ниже.
Рис. 4.12. Электрическая схема цепи для включения светодиода и монтаж на макетной плате. Для удобства я указал последовательность выводов на транзисторе модели 2N2222
Переходим к сборке.
1. Возьмите транзистор и определите его выводы. Считая слева направо, мы имеем эмиттер, базу и коллектор.
2. Вставляем эмиттер в отверстие Е7, базу в отверстие Е8 и коллектор в Е9.
3. Подсоединяем эмиттер к отрицательному источнику питания с помощью перемычки от отверстия А7 к синей полосе для источника питания.
4. Подключаем сопротивление 1 кОм между базой транзистора и положительным выводом источника питания (один вывод находится на четвертом столбце, а другой на восьмом столбце).
5. Соединяем четвертый столбец с положительной полосой для источника питания с помощью небольшой перемычки.
6. Вставляем сопротивление 470 Ом, один вывод подключаем к столбцу 9 (вместе с коллектором транзистора), а другой – к столбцу 13.
7. Добавляем светодиод, подключив его анод (+) к столбцу 14 и катод (-) к столбцу 13.
8. Соединяем столбец 14 с красной положительной полосой для источника питания с помощью небольшой перемычки.
9. Подключаем провода батарейки к двум полосам для источника питания в зависимости от заряда.
При подключении батарейки на 9В, светодиод загорится, потому что мы подаем на базу транзистора ток, который «открывает кран». Ток, приходящий на базу, рассчитывается с помощью закона Ома:
Данное значение тока может показаться незначительным, но его достаточно для того, чтобы «открыть кран», то есть заставить транзистор работать в режиме насыщения. Следует записать более точную формулу для расчета тока:
Нам необходимо вычесть 0,5 В, так как транзистор образован из полупроводников переменного типа и между базой и эмиттером мы имеем нечто похожее на диод. Когда этот диод находится в прямом смещении (ток течет по направлению стрелки), на его выводах сосредоточенно напряжение 0,5 В, которое мы должны вычесть, чтобы получить правильное напряжение на резисторе.
Когда транзистор находится в режиме насыщения, ток может течь между коллектором и эмиттером и ограничиваться только компонентами, которые последовательно соединяются с эмиттером или коллектором: лучше всего всегда подключать резистор во избежание короткого замыкания и сгорания транзистора.
Рис. 4.13. Между базой и эмиттером мы имеем PN-переход, на котором мы должны иметь по крайней мере 0,5 В для включения транзистора
Транзистор в инверсном режиме
Как закрыть кран? Если заземлить базу, то ток не будет циркулировать, а транзистор будет работать как разомкнутый переключатель. Диод (или р-n переход) между базой и эмиттером больше не находится в прямом смещении, потому как и на базе и на эмиттере напряжение составляет 0 В, поэтому транзистор будет выключен. Для включения транзистора, напряжение между базой и эмиттером должно составлять не менее 0,5 В.
