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Transistor (BJT und MOSFET) Arbeitsprinzipien

2023/12/20
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Arbeitsprinzip des bipolaren Junction -Transistors (BJT)

Auswahl der Komponentenwerte

Wie wählen Sie einen Transistor?

Arbeitsprinzip von MOSFET

Wie schalte ich ein MOSFET aus?

Wie wähle ich ein MOSFET aus?

Warum brauchen wir Transistoren?

Transistoren als Verstärker

Obwohl Transistoren einfach erscheinen mögen, sind sie entscheidende Komponenten für den Aufbau vieler interessanter Projekte.In diesem Artikel werde ich die funktionierenden Prinzipien von Transistoren erläutern, um sie bei der Schaltungsdesign effektiv zu nutzen, insbesondere in statischen Anwendungen.Sobald Sie diese grundlegenden Prinzipien erfasst haben, wird es viel einfacher, sie in Zukunft zu entwerfen und zu verwenden.

Transistoren funktionieren wie elektronische Schalter, die Schaltungen öffnen und schließen können.Sie können als eine Art aktives Relais betrachtet werden.Wie ein Relais ermöglichen sie die Wirkung, etwas zu öffnen oder zu schließen.Transistoren ermöglichen jedoch auch eine teilweise Leitung, ein Merkmal, das stark in Verstärkungsschaltungen verwendet wird.

In diesem Artikel werde ich mich in erster Linie auf die beiden beliebtesten Arten von Transistoren konzentrieren: Bipolar Junction Transistor (BJT) und Metal-Oxid-Semiconductor Field-Effect Transistor (MOSFET).

Arbeitsprinzip des bipolaren Junction -Transistors (BJT)

Beginnen wir mit dem klassischen NPN BJT, einem Halbleitergerät mit drei Terminals:

Basis (b)
Sammler (c)
Emitter (e)

NPN BJT Schema

Ein Transistor in seinem "leitenden" Zustand erfordern einen Weg für Strom vom Sammler zum Emitter.Schalten Sie den Schalter in "Aus", und der Fluss hört auf;Der Strom ist gesperrt und macht die leichte Diode (LED) ruhend.

Wie könnte man dann einen Transistor ohne die 0,7 -V -Batterie wecken, die er sehnt?Der Prozess ist überraschend einfach.Das Basis-Emitter-Segment eines Transistors spiegelt das Verhalten einer Diode wider.Stellen Sie einen Widerstand in Serie ein und erfordern den benötigten 0,7 -V -Tropfen schlau und wecken den Transistor mit Eleganz.

Dies ist eigentlich das gleiche Prinzip wie die Verwendung eines Serienwiderstands, um den Strom zu begrenzen, der durch eine LED geht, um sicherzustellen, dass er nicht beschädigt wird.

Wenn Sie eine Taste hinzufügen, können Sie den Transistor mit der Taste steuern und so die Ein- und Aus -Zustände der LED steuern.

Auswahl der Komponentenwerte

Durch die Auswahl der richtigen Komponentenwerte müssen der Betrieb des Transistors erfasst werden: Ein Stromfluss von Basis zu Emitter -Ushers in der Leitfähigkeit, wodurch ein erheblicher Strom ermöglicht wird, vom Sammler zum Emitter zu wechseln.Das Verständnis dieses Prinzips ist entscheidend.

Wie Transistoren funktionieren

Die Magie des Transistors liegt in seinem Gewinn - das Verhältnis der Größen der Ströme.Nehmen Sie einen gemeinsamen Transistor, beispielsweise ein BC547 oder ein 2N3904, mit einem Gewinn von etwa 100. nur 0,1 mA-Basis-zu-Emitter-Strom kann den Collector-zu-Emitter-Fluss zu einem robusten 10 mA verstärken.Das ist ein hundertfacher Sprung.

Wie wählen Sie einen Transistor?

NPN -Transistoren dominieren die Szene, doch parallel vor PNP -Transistoren existieren und spiegeln ihre Gegenstücke mit Strömen umgekehrt wider.Sie funktionieren identisch, wenn auch in die entgegengesetzte Richtung.

Die wichtigste Überlegung bei der Auswahl eines Transistors ist, wie viel Strom er umgehen kann, der als Sammlerstrom (IC) bezeichnet wird.Zum Beispiel hat der weit verbreitete 8050 -Transistor einen Wert von 1,5a für IC.

8050 Transistor -Daten

Arbeitsprinzip von MOSFET

Metal-Oxid-Sämiener-Feld-Effekt-Transistoren (MOSFETs) sind ein weiterer beliebter Transistor-Typ.Sie haben drei Terminals:

Tor (g)

Abfluss (d)

Quelle (en)

MOSFET -Schema

Das operative Prinzip, der einem Metalloxid-Sämischen-Feld-Effekt-Transistor (MOSFET) zugrunde liegt, hat Ähnlichkeiten mit einem bipolaren Übergangtransistor (BJT), doch eine entscheidende Unterscheidung bleibt bestehen:

In einem MOSFET regelt die potenzielle Unterschiede zwischen dem Tor und der Quelle die Größe des Stroms, der vom Abfluss bis zur Quelle durchlaufen kann.Umgekehrt ist es innerhalb eines BJT der Fluss von der Basis zum Emitter, der das Ausmaß des Stroms vom Sammler zum Emitter vorschreibt.

Die Aktivierung eines MOSFET hängt vom Imperativ ab, dass die Spannungsdifferenz zwischen dem Gate und der Quelle die Schwellenspannung des Transistors übertrifft.Die genaue Schwellenspannung, die für jedes MOSFET -Modell relevant ist, ist im Datenblatt erkennbar.

Für einen optimierten Betrieb ist es ratsam, eine Spannung geringfügig über diesen Schwellenwert anzuwenden.Es ist jedoch unerlässlich, die vorgeschriebene maximale Gate-Source-Spannungsschwelle zu übertreffen.

Beispielsweise liegt im Fall eines BS170-Modells der Gate-Source-Schwellenwert bei 2,1 V, während die Kappe auf der Gate-Source-Spannung auf 20 V aufsteigt.

Wie schalte ich ein MOSFET aus?

Wie man einen MOSFET ausschaltet

Als wir tiefer in das MOSFET eintauchen, fanden wir einen bemerkenswerten Aspekt - das heißt, es funktioniert ähnlich wie ein Kondensator, insbesondere im Abschnitt zwischen dem Gate und der Quelle.Wenn wir eine Spannung zwischen dem Tor und der Quelle anwenden, bleibt die Spannung stabil, bis der Kondensator vollständig ausgelaufen ist.

In unserem Szenario, ohne Widerstand R1, würde der Leuchten des Transistors auf unbestimmte Zeit bestehen.R1 dient als entscheidender Entladungsweg für den Kondensator der Gate-Source, wodurch der Transistor in seinen Außenzustand wiederhergestellt wird.

Wie wähle ich ein MOSFET aus?

Denken Sie bei der Auswahl eines MOSFET im Auge:

Erstens die Gate-Source-Schwellenspannung;Es ist die Mindestspannung, die erforderlich ist, um den Transistor zu aktivieren.

Zweitens, betrachten Sie den kontinuierlichen Abflussstrom, die Obergrenze des Stroms, den der Transistor verarbeiten kann.Andere Parameter sind wichtig, beginnen aber hier.

Warum brauchen wir Transistoren?

Viele Menschen fragen sich vielleicht: Warum brauchen wir Transistoren?Warum nicht einfach die LED und den Widerstand direkt an die Batterie anschließen?

Die Logik ist unkompliziert.Microcontroller bieten trotz ihrer Fähigkeiten IO-Stifte an, die nur Milliamps bei 5 V oder 3,3 V aufnehmen-für Hochleistungsgeräte wie Hoflichter bei 110 V ausreichend.Somit wird ein Transistor unverzichtbar.Und obwohl ein Relais ein geeigneter Vermittler erscheinen mag, durst es zu dursten, dass es mehr Strom hat, als ein Stift allein liefern kann.Daher ist ein Transistor nicht nur eine Komponente;Es ist eine Notwendigkeit für eine wirksame Kontrolle.

Sensorschaltungen

Natürlich können Transistoren auch in einfacheren Sensorschaltungen wie Lichtsensorschaltungen, Berührungssensorschaltungen oder H-Brücken-Schaltungen verwendet werden.Transistoren werden in fast allen Schaltungen verwendet.Es ist wirklich die wichtigste Komponente in elektronischen Produkten.

Transistoren als Verstärker

Der Grund, warum Transistoren als Verstärker fungieren können, ist, dass sie nicht nur in zwei Zuständen (Ein/Aus), sondern auch zwischen "vollständig offen" und "vollständig geschlossen" sein können.

Dies bedeutet, dass ein kleines Signal ohne Energie den Transistor steuern kann, wodurch eine stärkere Version dieses Signals im Kollektor-Emitter (oder der Drain-Source) des Transistors erzeugt wird.Daher können Transistoren kleine Signale verstärken.

Hier ist ein einfacher Verstärker, um einen Lautsprecher zu fahren.Je höher die Eingangsspannung, desto höher der Strom von der Basis zum Emitter und desto höher der Strom durch den Sprecher.Die sich ändernde Eingangsspannung führt zu einer Änderung des Stroms durch den Lautsprecher und erzeugt Klang.