Principio de funcionamiento del transistor NPN. Descripción completa de los transistores bipolares.

Se han dado las explicaciones necesarias, vayamos al grano.

Transistores. Definición e historia

Transistor- un dispositivo semiconductor electrónico en el que la corriente en un circuito de dos electrodos está controlada por un tercer electrodo. (transistores.ru)

Los transistores de efecto de campo fueron los primeros en inventarse (1928) y los transistores bipolares aparecieron en 1947 en los Laboratorios Bell. Y fue, sin exagerar, una revolución en la electrónica.

Muy rápidamente, los transistores reemplazaron a los tubos de vacío en varios dispositivos electrónicos. En este sentido, la fiabilidad de dichos dispositivos ha aumentado y su tamaño ha disminuido significativamente. Y hasta el día de hoy, por muy "sofisticado" que sea el microcircuito, todavía contiene muchos transistores (además de diodos, condensadores, resistencias, etc.). Sólo los muy pequeños.

Por cierto, inicialmente los "transistores" eran resistencias cuya resistencia se podía cambiar utilizando la cantidad de voltaje aplicado. Si ignoramos la física de los procesos, entonces un transistor moderno también se puede representar como una resistencia que depende de la señal que se le suministra.

¿Cuál es la diferencia entre transistores de efecto de campo y bipolares? La respuesta está en sus mismos nombres. En un transistor bipolar, la transferencia de carga implica Y electrones, Y agujeros (“bis” - dos veces). Y en el campo (también conocido como unipolar) - o electrones, o agujeros.

Además, estos tipos de transistores difieren en sus áreas de aplicación. Los bipolares se utilizan principalmente en tecnología analógica y los de campo, en tecnología digital.

Y finalmente: el área principal de aplicación de cualquier transistor- refuerzo de una señal débil debido a una fuente de alimentación adicional.

Transistores bipolares. Principio de funcionamiento. Características principales

Un transistor bipolar consta de tres regiones: emisor, base y colector, cada una de las cuales recibe voltaje. Dependiendo del tipo de conductividad de estas áreas, se distinguen los transistores n-p-n y p-n-p. Normalmente, el área del colector es más ancha que el área del emisor. La base está hecha de un semiconductor ligeramente dopado (por eso tiene una alta resistencia) y es muy delgada. Dado que el área de contacto entre el emisor y la base es significativamente menor que el área de contacto entre la base y el colector, es imposible intercambiar el emisor y el colector cambiando la polaridad de la conexión. Por tanto, el transistor es un dispositivo asimétrico.

Antes de considerar la física de cómo funciona un transistor, describamos el problema general.


Es el siguiente: una fuerte corriente fluye entre el emisor y el colector ( corriente del colector), y entre el emisor y la base hay una corriente de control débil ( corriente base). La corriente del colector cambiará dependiendo del cambio en la corriente base. ¿Por qué?
Consideremos las uniones p-n del transistor. Hay dos: emisor-base (EB) y base-colector (BC). En el modo activo de funcionamiento del transistor, el primero de ellos está conectado con polarización directa y el segundo con polarización inversa. ¿Qué sucede en las uniones p-n? Para mayor certeza, consideraremos un transistor n-p-n. Para p-n-p todo es similar, solo que la palabra "electrones" debe reemplazarse por "agujeros".

Dado que la unión EB está abierta, los electrones “cruzan” fácilmente hasta la base. Allí se recombinan parcialmente con agujeros, pero oh La mayoría de ellos, debido al pequeño espesor de la base y su bajo dopaje, consiguen llegar a la transición base-colector. Lo cual, como recordamos, tiene sesgo inverso. Y como los electrones de la base son portadores de carga minoritarios, el campo eléctrico de la transición les ayuda a superarlo. Por tanto, la corriente del colector es sólo ligeramente menor que la corriente del emisor. Ahora cuida tus manos. Si aumenta la corriente de base, la unión EB se abrirá con más fuerza y ​​más electrones podrán deslizarse entre el emisor y el colector. Y dado que la corriente del colector es inicialmente mayor que la corriente de base, este cambio será muy, muy notable. De este modo, la señal débil recibida en la base será amplificada. Una vez más, un gran cambio en la corriente del colector es un reflejo proporcional de un pequeño cambio en la corriente de base.

Recuerdo que a mi compañero le explicaron el principio de funcionamiento de un transistor bipolar utilizando el ejemplo de un grifo de agua. El agua que contiene es la corriente del colector y la corriente de control de la base es cuánto giramos la perilla. Una pequeña fuerza (acción de control) es suficiente para aumentar el flujo de agua del grifo.

Además de los procesos considerados, pueden ocurrir otros fenómenos en las uniones p-n del transistor. Por ejemplo, con un fuerte aumento de voltaje en la unión base-colector, puede comenzar la multiplicación de la carga de avalancha debido a la ionización por impacto. Y junto con el efecto túnel, esto provocará primero una falla eléctrica y luego (al aumentar la corriente) una falla térmica. Sin embargo, la ruptura térmica en un transistor puede ocurrir sin ruptura eléctrica (es decir, sin aumentar el voltaje del colector hasta el voltaje de ruptura). Para ello será suficiente una corriente excesiva a través del colector.

Otro fenómeno se debe al hecho de que cuando cambian los voltajes en las uniones del colector y del emisor, cambia su espesor. Y si la base es demasiado delgada, puede ocurrir un efecto de cierre (la llamada "pinchadura" de la base): una conexión entre la unión del colector y la unión del emisor. En este caso, la región base desaparece y el transistor deja de funcionar con normalidad.

La corriente del colector del transistor en el modo activo normal de funcionamiento del transistor es mayor que la corriente de base en un cierto número de veces. este numero se llama ganancia actual y es uno de los principales parámetros del transistor. esta designado h21. Si el transistor se enciende sin carga en el colector, entonces, a un voltaje colector-emisor constante, la relación entre la corriente del colector y la corriente de base dará ganancia de corriente estática. Puede ser igual a decenas o cientos de unidades, pero vale la pena considerar el hecho de que en los circuitos reales este coeficiente es menor debido a que cuando se enciende la carga, la corriente del colector naturalmente disminuye.

El segundo parámetro importante es resistencia de entrada del transistor. Según la ley de Ohm, es la relación entre el voltaje entre la base y el emisor y la corriente de control de la base. Cuanto mayor sea, menor será la corriente base y mayor será la ganancia.

El tercer parámetro de un transistor bipolar es ganancia de voltaje. Es igual a la relación entre la amplitud o los valores efectivos de los voltajes alternos de salida (emisor-colector) y entrada (base-emisor). Dado que el primer valor suele ser muy grande (unidades y decenas de voltios) y el segundo es muy pequeño (décimas de voltios), este coeficiente puede alcanzar decenas de miles de unidades. Vale la pena señalar que cada señal de control base tiene su propia ganancia de voltaje.

Los transistores también tienen respuesta de frecuencia, que caracteriza la capacidad del transistor para amplificar una señal cuya frecuencia se acerca a la frecuencia de corte de amplificación. El hecho es que a medida que aumenta la frecuencia de la señal de entrada, la ganancia disminuye. Esto se debe al hecho de que el tiempo de aparición de los principales procesos físicos (el tiempo de movimiento de los portadores desde el emisor al colector, la carga y descarga de las uniones de barrera capacitivas) se vuelve proporcional al período de cambio de la señal de entrada. . Aquellos. el transistor simplemente no tiene tiempo de reaccionar a los cambios en la señal de entrada y en algún momento simplemente deja de amplificarla. La frecuencia con la que esto sucede se llama límite.

Además, los parámetros del transistor bipolar son:

• emisor-colector de corriente inversa
• a tiempo
• corriente de colector inverso
• corriente máxima permitida

Los símbolos para los transistores n-p-n y p-n-p difieren sólo en la dirección de la flecha que indica el emisor. Muestra cómo fluye la corriente en un transistor determinado.

Modos de funcionamiento de un transistor bipolar.

La opción discutida anteriormente representa el modo activo normal de operación del transistor. Sin embargo, existen varias combinaciones más de uniones p-n abiertas/cerradas, cada una de las cuales representa un modo de funcionamiento independiente del transistor.

1. Modo activo inverso. Aquí la transición BC está abierta, pero por el contrario, la EB está cerrada. Las propiedades de amplificación en este modo, por supuesto, son peores que nunca, por lo que los transistores se utilizan muy raramente en este modo.
2. Modo de saturación. Ambos cruces están abiertos. En consecuencia, los principales portadores de carga del colector y emisor "corren" hacia la base, donde se recombinan activamente con sus principales portadores. Debido al exceso resultante de portadores de carga, la resistencia de las uniones base y p-n disminuye. Por lo tanto, un circuito que contiene un transistor en modo de saturación puede considerarse en cortocircuito y este elemento de radio en sí puede representarse como un punto equipotencial.
3. Modo de corte. Ambas transiciones del transistor están cerradas, es decir. la corriente de los principales portadores de carga entre el emisor y el colector se detiene. Los flujos de portadores de carga minoritarios crean sólo corrientes de transición térmica pequeñas e incontrolables. Debido a la pobreza de la base y las transiciones con los portadores de carga, su resistencia aumenta considerablemente. Por lo tanto, a menudo se cree que un transistor que funciona en modo de corte representa un circuito abierto.
4. Modo barrera En este modo, la base se conecta directamente o mediante una baja resistencia al colector. También se incluye una resistencia en el circuito colector o emisor, que ajusta la corriente a través del transistor. Esto crea el equivalente de un circuito de diodo con una resistencia en serie. Este modo es muy útil porque permite que el circuito funcione a casi cualquier frecuencia, en un amplio rango de temperaturas y no exige mucho a los parámetros de los transistores.

Circuitos de conmutación para transistores bipolares.

Dado que el transistor tiene tres contactos, en general, se le debe suministrar energía desde dos fuentes, que juntas producen cuatro salidas. Por lo tanto, uno de los contactos del transistor debe recibir una tensión del mismo signo procedente de ambas fuentes. Y dependiendo de qué tipo de contacto sea, existen tres circuitos para conectar transistores bipolares: con un emisor común (CE), un colector común (OC) y una base común (CB). Cada uno de ellos tiene ventajas y desventajas. La elección entre ellos se realiza en función de qué parámetros son importantes para nosotros y cuáles pueden sacrificarse.

Circuito de conexión con emisor común.

Este circuito proporciona la mayor ganancia de voltaje y corriente (y, por lo tanto, de potencia, hasta decenas de miles de unidades) y, por lo tanto, es el más común. Aquí la unión emisor-base se enciende directamente y la unión base-colector se enciende a la inversa. Y dado que tanto la base como el colector reciben voltaje del mismo signo, el circuito se puede alimentar desde una sola fuente. En este circuito, la fase del voltaje CA de salida cambia en relación con la fase del voltaje CA de entrada en 180 grados.

Pero además de todas las ventajas, el esquema OE también tiene un inconveniente importante. Consiste en el hecho de que un aumento de frecuencia y temperatura conduce a un deterioro significativo de las propiedades de amplificación del transistor. Por lo tanto, si el transistor debe funcionar a altas frecuencias, es mejor utilizar otro circuito de conmutación. Por ejemplo, con una base común.

Diagrama de conexión con base común.

Este circuito no proporciona una amplificación significativa de la señal, pero es bueno en altas frecuencias, ya que permite un uso más completo de la respuesta de frecuencia del transistor. Si el mismo transistor se conecta primero a un circuito con un emisor común y luego a una base común, en el segundo caso habrá un aumento significativo en su frecuencia de corte de amplificación. Dado que con esta conexión la impedancia de entrada es baja y la impedancia de salida no es muy alta, las etapas de transistores ensambladas según el circuito OB se utilizan en amplificadores de antena, donde la impedancia característica de los cables no suele superar los 100 ohmios.

En un circuito de base común, la fase de la señal no se invierte y el nivel de ruido a altas frecuencias se reduce. Pero, como ya se mencionó, su ganancia actual es siempre ligeramente menor que la unidad. Es cierto que la ganancia de voltaje aquí es la misma que en un circuito con un emisor común. Las desventajas de un circuito base común también incluyen la necesidad de utilizar dos fuentes de alimentación.

Diagrama de conexión con un colector común.

La peculiaridad de este circuito es que el voltaje de entrada se transmite completamente a la entrada, es decir, la retroalimentación negativa es muy fuerte.

Permítame recordarle que la retroalimentación negativa es aquella en la que la señal de salida se devuelve a la entrada, reduciendo así el nivel de la señal de entrada. Por lo tanto, el ajuste automático ocurre cuando los parámetros de la señal de entrada cambian accidentalmente

La ganancia actual es casi la misma que en el circuito emisor común. Pero la ganancia de voltaje es pequeña (el principal inconveniente de este circuito). Se acerca a la unidad, pero siempre es menos que ella. Por tanto, la ganancia de potencia es igual a sólo unas pocas decenas de unidades.

En un circuito colector común, no hay cambio de fase entre el voltaje de entrada y salida. Dado que la ganancia de voltaje es cercana a la unidad, el voltaje de salida coincide con el voltaje de entrada en fase y amplitud, es decir, lo repite. Es por eso que dicho circuito se llama seguidor de emisor. Emisor: porque el voltaje de salida se elimina del emisor en relación con el cable común.

Esta conexión se utiliza para hacer coincidir las etapas del transistor o cuando la fuente de señal de entrada tiene una impedancia de entrada alta (por ejemplo, una pastilla piezoeléctrica o un micrófono de condensador).

Dos palabras sobre cascadas

Sucede que es necesario aumentar la potencia de salida (es decir, aumentar la corriente del colector). En este caso, se utiliza la conexión en paralelo del número requerido de transistores.

Naturalmente, deberían tener aproximadamente las mismas características. Pero debe recordarse que la corriente máxima total del colector no debe exceder 1,6-1,7 de la corriente máxima del colector de cualquiera de los transistores en cascada.
Sin embargo (gracias por la nota), no se recomienda hacer esto en el caso de transistores bipolares. Porque dos transistores, incluso del mismo tipo, son al menos ligeramente diferentes entre sí. En consecuencia, cuando se conectan en paralelo, a través de ellos fluirán corrientes de diferentes magnitudes. Para igualar estas corrientes, se instalan resistencias balanceadas en los circuitos emisores de los transistores. El valor de su resistencia se calcula de modo que la caída de voltaje entre ellos en el rango de corriente de funcionamiento sea de al menos 0,7 V. Está claro que esto conduce a un deterioro significativo en la eficiencia del circuito.

También puede ser necesario un transistor con buena sensibilidad y al mismo tiempo buena ganancia. En tales casos, se utiliza una cascada de un transistor sensible pero de baja potencia (VT1 en la figura), que controla la fuente de alimentación de un homólogo más potente (VT2 en la figura).

Otras aplicaciones de los transistores bipolares

Los transistores se pueden utilizar no solo en circuitos de amplificación de señal. Por ejemplo, debido a que pueden funcionar en modo de saturación y corte, se utilizan como llaves electrónicas. También es posible utilizar transistores en circuitos generadores de señales. Si funcionan en modo clave, se generará una señal rectangular, y si están en modo amplificación, una señal de forma arbitraria, dependiendo de la acción de control.

Calificación

Dado que el artículo ya ha alcanzado un volumen indecentemente grande, en este punto simplemente daré dos buenos enlaces que describen en detalle los principales sistemas de marcado para dispositivos semiconductores (incluidos los transistores): http://kazus.ru/guide/transistors /mark_all Archivo .html y .xls (35 kb).

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El nombre del transistor del dispositivo semiconductor se forma a partir de dos palabras: transferencia - transferencia+ resistir - resistencia. Porque en realidad se puede representar como una especie de resistencia, que estará regulada por el voltaje de un electrodo. A un transistor a veces también se le llama triodo semiconductor.

El primer transistor bipolar se creó en 1947 y, en 1956, tres científicos recibieron el Premio Nobel de Física por su invención.

Un transistor bipolar es un dispositivo semiconductor que consta de tres semiconductores con tipos alternos de conductividad de impurezas. Se conecta un electrodo y se envía a cada capa. Un transistor bipolar utiliza simultáneamente cargas cuyos portadores son electrones ( n - “negativo”) y agujeros (p – “positivo "), es decir, portadores de dos tipos, de ahí la formación del prefijo del nombre “bi” - dos.

Los transistores se diferencian por el tipo de alternancia de capas:

pnp -transistor (conducción directa);

npn- transistor (conducción inversa).

Base (B) es el electrodo que está conectado a la capa central del transistor bipolar. Los electrodos de las capas exteriores se denominan emisor (E) y colector (K).

Figura 1 – Diseño de transistor bipolar

Los diagramas indican “ Vermont ", en la documentación antigua en ruso se pueden encontrar las designaciones "T", "PP" y "PT". Los transistores bipolares se representan en los circuitos eléctricos, dependiendo de la alternancia de la conductividad del semiconductor, de la siguiente manera:

Figura 2 – Designación de transistores bipolares

En la Figura 1 anterior, la diferencia entre el colector y el emisor no es visible. Si observa una representación transversal simplificada de un transistor, puede ver que el área pn La transición del colector es mayor que la del emisor.

Figura 3 – Sección transversal del transistor

La base está hecha de un semiconductor con una conductividad débil, es decir, la resistencia del material es alta. Un requisito previo es una capa base fina para que se produzca el efecto transistor. Desde el área de contacto pn Dado que las uniones del colector y del emisor son diferentes, la polaridad de la conexión no se puede cambiar. Esta característica clasifica al transistor como un dispositivo asimétrico.

Un transistor bipolar tiene dos características de corriente-voltaje (características de voltios-amperios): entrada y salida.

La característica corriente-voltaje de entrada es la dependencia de la corriente base ( Yo B ) del voltaje base-emisor ( U SER).

Figura 4 – Característica de corriente-voltaje de entrada de un transistor bipolar

La característica corriente-voltaje de salida es la dependencia de la corriente del colector ( yo k ) del voltaje colector-emisor ( Reino Unido).

Figura 5 – Característica de corriente-voltaje de salida del transistor

Veamos el principio de funcionamiento de un transistor bipolar. tipo npn, para pnp de manera similar, sólo que no se consideran electrones, sino huecos.El transistor tiene dos uniones p-n.. En el modo de funcionamiento activo, uno de ellos está conectado con polarización directa y el otro con polarización inversa. Cuando la unión EB está abierta, los electrones del emisor se mueven fácilmente hacia la base (se produce recombinación). Pero, como se mencionó anteriormente, la capa base es delgada y su conductividad es baja, por lo que algunos electrones tienen tiempo de moverse hacia la unión base-colector. El campo eléctrico ayuda a superar (refuerza) la barrera de transición de capa, ya que aquí los electrones son portadores minoritarios. A medida que aumenta la corriente de base, la unión emisor-base se abrirá y más electrones podrán fluir desde el emisor al colector. La corriente del colector es proporcional a la corriente base y con un pequeño cambio en esta última (control), la corriente del colector cambia significativamente. Así se amplifica la señal en un transistor bipolar.

Figura 6 – Modo activo de funcionamiento del transistor

Mirando la imagen puedes explicar principio de funcionamiento de un transistor un poco más simple. Imagina que KE es una tubería de agua y B es un grifo con el que puedes controlar el flujo de agua. Es decir, cuanto más corriente apliques a la base, más obtendrás en la salida.

El valor de la corriente del colector es casi igual a la corriente del emisor, excluyendo las pérdidas por recombinación en la base, que forma la corriente de base, por lo que la fórmula es válida:

Yo mi = yo B + yo K.

Parámetros básicos del transistor:

La ganancia de corriente es la relación entre el valor efectivo de la corriente del colector y la corriente de base.

Resistencia de entrada: siguiendo la ley de Ohm, será igual a la relación de voltaje emisor-base U EB para controlar la corriente Yo B.

Ganancia de voltaje: el parámetro está determinado por la relación del voltaje de salida U EC para ingresar U BE.

La respuesta de frecuencia describe la capacidad de un transistor para funcionar hasta una determinada frecuencia límite de la señal de entrada. Después de exceder la frecuencia máxima, los procesos físicos en el transistor no tendrán tiempo de ocurrir y sus capacidades de amplificación quedarán reducidas a nada.

Circuitos de conmutación para transistores bipolares.

Para conectar el transistor, solo tenemos a nuestra disposición sus tres terminales (electrodos). Por tanto, para su funcionamiento normal se requieren dos fuentes de energía. Un electrodo del transistor se conectará a dos fuentes simultáneamente. En consecuencia, existen 3 esquemas de conexión para un transistor bipolar: OE - con un emisor común, OB - una base común, OK - un colector común. Cada uno tiene ventajas y desventajas; según la aplicación y las características requeridas, se elige la conexión.

El circuito de conexión con un emisor común (CE) se caracteriza por la mayor amplificación de corriente y voltaje, respectivamente, y potencia. Con esta conexión, la tensión alterna de salida se desplaza 180 grados eléctricos con respecto a la entrada. La principal desventaja es la respuesta de baja frecuencia, es decir, el bajo valor de la frecuencia de corte, lo que no permite utilizarlo con una señal de entrada de alta frecuencia.

(OB) proporciona una excelente respuesta de frecuencia. Pero no proporciona una ganancia de voltaje de señal tan grande como la del OE. Pero la amplificación de corriente no ocurre en absoluto, por lo que este circuito a menudo se llama seguidor de corriente, porque tiene la propiedad de estabilizar la corriente.

El circuito con colector común (CC) tiene casi la misma ganancia de corriente que el OE, pero la ganancia de voltaje es casi igual a 1 (un poco menos). La compensación de voltaje no es típica para este diagrama de conexión. También lo llamo seguidor de emisor, ya que el voltaje de salida ( U EB ) corresponden al voltaje de entrada.

Aplicación de transistores:

Circuitos amplificadores;

Generadores de señales;

Llaves electrónicas.

Transistor

Un transistor es un dispositivo semiconductor que le permite controlar una señal más fuerte utilizando una señal débil. Debido a esta propiedad, a menudo se habla de la capacidad de un transistor para amplificar una señal. Aunque, de hecho, no mejora nada, simplemente le permite encender y apagar una corriente grande con corrientes mucho más débiles. Los transistores son muy comunes en electrónica, porque la salida de cualquier controlador rara vez puede producir una corriente de más de 40 mA, por lo que ni siquiera 2-3 LED de baja potencia pueden alimentarse directamente desde el microcontrolador. Aquí es donde los transistores vienen al rescate. El artículo analiza los principales tipos de transistores, las diferencias entre los transistores bipolares P-N-P y N-P-N, los transistores de efecto de campo de canal P y N, analiza las principales sutilezas de la conexión de transistores y revela su ámbito de aplicación.

No confunda un transistor con un relé. Un relé es un interruptor simple. La esencia de su trabajo es cerrar y abrir contactos metálicos. El transistor es más complejo y su funcionamiento se basa en una transición electrón-hueco. Si estás interesado en aprender más sobre esto, puedes ver un excelente video que describe el funcionamiento de un transistor de simple a complejo. No se deje confundir por el año en que se produjo el video: las leyes de la física no han cambiado desde entonces y no se pudo encontrar un video más nuevo que presente el material tan bien:

Tipos de transistores

transistores bipolares

El transistor bipolar está diseñado para controlar cargas débiles (por ejemplo, motores y servos de baja potencia). Siempre tiene tres salidas:

Colector: se suministra alto voltaje, que controla el transistor.

• Base: se suministra o se apaga corriente para abrir o cerrar el transistor

Emisor (inglés: emisor): salida "de salida" de un transistor. La corriente fluye a través de él desde el colector y la base.

El transistor bipolar está controlado por corriente. Cuanta más corriente se suministre a la base, más corriente fluirá desde el colector al emisor. La relación entre la corriente que pasa del emisor al colector y la corriente en la base del transistor se llama ganancia. Denotado como h fe (en la literatura inglesa se llama ganancia).

Por ejemplo, si h fe= 150, y por la base pasan 0,2 mA, entonces el transistor pasará por sí mismo un máximo de 30 mA. Si se conecta un componente que consume 25 mA (como un LED), se le proporcionarán 25 mA. Si se conecta un componente que consume 150 mA, solo se le proporcionará el máximo de 30 mA. La documentación del contacto indica los valores máximos permitidos de corrientes y tensiones. base-> emisor Y coleccionista -> emisor . Superar estos valores provoca sobrecalentamiento y falla del transistor.

Imágenes divertidas:

Transistores bipolares NPN y PNP

Hay 2 tipos de transistores polares: PNP Y PNP. Se diferencian en la alternancia de capas. N (de negativo) es una capa con un exceso de portadores de carga negativos (electrones), P (de positivo) es una capa con un exceso de portadores de carga positivos (huecos). En el vídeo de arriba se describe más información sobre electrones y huecos.

El comportamiento de los transistores depende de la alternancia de capas. La animación de arriba muestra PNP transistor. EN PNP El control del transistor es al revés: la corriente fluye a través del transistor cuando la base está conectada a tierra y se bloquea cuando la corriente pasa a través de la base. Como se muestra en el diagrama PNP Y PNP difieren en la dirección de la flecha. La flecha siempre apunta a la transición de norte A PAG:

Designación de transistores NPN (izquierda) y PNP (derecha) en el diagrama.

Los transistores NPN son más comunes en electrónica porque son más eficientes.

Transistor de efecto de campo

Los transistores de efecto de campo se diferencian de los transistores bipolares en su estructura interna. Los transistores MOS son los más comunes en la electrónica amateur. MOS es un acrónimo de conductor de óxido metálico. Lo mismo en inglés: Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor, abreviado como MOSFET. Los transistores MOS le permiten controlar altas potencias con tamaños relativamente pequeños del propio transistor. El transistor está controlado por voltaje, no por corriente. Dado que el transistor está controlado por energía eléctrica. campo, el transistor recibió su nombre - campo aullido.

Los transistores de efecto de campo tienen al menos 3 terminales:

Drenaje: se le aplica alto voltaje, que desea controlar

Puerta: se le aplica voltaje para controlar el transistor.

Fuente: la corriente fluye a través de él desde el drenaje cuando el transistor está "abierto"

Debería haber una animación con un transistor de efecto de campo, pero no se diferenciará en nada de un transistor bipolar, excepto por la visualización esquemática de los propios transistores, por lo que no habrá animación.

Transistores de efecto de campo de canal N y canal P

Los transistores de efecto de campo también se dividen en 2 tipos según el dispositivo y el comportamiento. canal N(Canal N) se abre cuando se aplica voltaje a la puerta y se cierra. cuando no hay voltaje. canal P(Canal P) funciona al revés: mientras no hay voltaje en la puerta, la corriente fluye a través del transistor. Cuando se aplica voltaje a la puerta, la corriente se detiene. En el diagrama, los transistores de efecto de campo se representan de forma ligeramente diferente:

Por analogía con los transistores bipolares, los transistores de campo difieren en polaridad. El transistor de canal N se describió anteriormente. Son los más comunes.

El canal P cuando se designa difiere en la dirección de la flecha y, nuevamente, tiene un comportamiento "invertido".

Existe la idea errónea de que un transistor de efecto de campo puede controlar la corriente alterna. Esto está mal. Para controlar la corriente alterna, utilice un relé.

Transistor Darlington

No es del todo correcto clasificar el transistor Darlington como un tipo de transistor separado. Sin embargo, es imposible no mencionarlos en este artículo. El transistor Darlington se encuentra con mayor frecuencia en forma de microcircuito que incluye varios transistores. Por ejemplo, ULN2003. El transistor Darlington se caracteriza por la capacidad de abrirse y cerrarse rápidamente (y por lo tanto permite trabajar con él) y al mismo tiempo soportar altas corrientes. Es un tipo de transistor compuesto y es una conexión en cascada de dos o, raramente, más transistores conectados de tal manera que la carga en el emisor de la etapa anterior sea la unión base-emisor del transistor de la siguiente etapa, es decir es decir, los transistores están conectados por colectores y el emisor del transistor de entrada está conectado a la base del día libre. Además, la carga resistiva del emisor del transistor anterior se puede utilizar como parte del circuito para acelerar el cierre. Tal conexión en su conjunto se considera como un transistor, cuya ganancia actual, cuando los transistores están funcionando en modo activo, es aproximadamente igual al producto de las ganancias de todos los transistores.

Conexión de transistores

No es ningún secreto que la placa Arduino es capaz de suministrar un voltaje de 5 V a la salida con una corriente máxima de hasta 40 mA. Esta corriente no es suficiente para conectar una carga potente. Por ejemplo, si intenta conectar una tira de LED o un motor directamente a la salida, tiene la garantía de dañar la salida de Arduino. Es posible que falle toda la placa. Además, algunos componentes conectados pueden requerir más de 5 V para funcionar. El transistor resuelve ambos problemas. Ayudará usar una pequeña corriente del pin Arduino para controlar una corriente potente desde una fuente de alimentación separada, o usar un voltaje de 5 V para controlar un voltaje más alto (incluso los transistores más débiles rara vez tienen un voltaje máximo por debajo de 50 V) . Como ejemplo, considere conectar un motor:

En el diagrama anterior, el motor está conectado a una fuente de alimentación independiente. Entre el contacto del motor y la fuente de alimentación del motor colocamos un transistor, que se controlará mediante cualquier pin digital Arduino. Cuando aplicamos una señal ALTA a la salida del controlador desde la salida del controlador, tomaremos una corriente muy pequeña para abrir el transistor, y una corriente grande fluirá a través del transistor y no dañará el controlador. Presta atención a la resistencia instalada entre el pin Arduino y la base del transistor. Es necesario limitar la corriente que fluye a lo largo del microcontrolador - transistor - ruta a tierra y evitar cortocircuitos. Como se mencionó anteriormente, la corriente máxima que se puede extraer del pin Arduino es de 40 mA. Por tanto, necesitaremos una resistencia de al menos 125 Ohm (5V/0,04A=125 Ohm). Puede utilizar de forma segura una resistencia de 220 ohmios. De hecho, la resistencia debe seleccionarse teniendo en cuenta la corriente que se debe suministrar a la base para obtener la corriente requerida a través del transistor. Para seleccionar la resistencia correcta, debe tener en cuenta el factor de ganancia ( h fe).

¡¡IMPORTANTE!! Si conecta una carga potente desde una fuente de alimentación separada, entonces necesita conectar físicamente la tierra ("menos") de la fuente de alimentación de la carga y la tierra ("pin GND") del Arduino. De lo contrario, no podrás controlar el transistor.

Cuando se utiliza un transistor de efecto de campo, no se necesita una resistencia limitadora de corriente en la puerta. El transistor está controlado únicamente por voltaje y no fluye corriente a través de la puerta.

Transistores bipolares.

transistores bipolares- un dispositivo semiconductor electrónico, uno de los tipos de transistores, diseñado para amplificar, generar y convertir señales eléctricas. El transistor se llama bipolar, ya que dos tipos de portadores de carga participan simultáneamente en el funcionamiento del dispositivo: electrones Y agujeros. En esto se diferencia de unipolar Transistor (efecto de campo), en el que sólo interviene un tipo de portador de carga.

El principio de funcionamiento de ambos tipos de transistores es similar al funcionamiento de un grifo de agua que regula el flujo de agua, solo un flujo de electrones pasa a través del transistor. En los transistores bipolares, dos corrientes pasan a través del dispositivo: la corriente principal "grande" y la corriente de control "pequeña". La potencia actual principal depende de la potencia de control. En los transistores de efecto de campo, solo pasa una corriente a través del dispositivo, cuya potencia depende del campo electromagnético. En este artículo veremos más de cerca el funcionamiento de un transistor bipolar.

Diseño de transistores bipolares.

Un transistor bipolar consta de tres capas semiconductoras y dos uniones PN. Los transistores PNP y NPN se distinguen según el tipo de alternancia. Conductividades de huecos y electrones.. son como dos diodo, conectados cara a cara o viceversa.

Un transistor bipolar tiene tres contactos (electrodos). El contacto que sale de la capa central se llama base. Los electrodos extremos se llaman coleccionista Y emisor (coleccionista Y emisor). La capa base es muy delgada en relación con el colector y el emisor. Además, las zonas semiconductoras en los bordes del transistor son asimétricas. La capa semiconductora del lado del colector es ligeramente más gruesa que del lado del emisor. Esto es necesario para que el transistor funcione correctamente.

Funcionamiento de un transistor bipolar.

Consideremos los procesos físicos que ocurren durante el funcionamiento de un transistor bipolar. Tomemos como ejemplo el modelo NPN. El principio de funcionamiento de un transistor PNP es similar, solo que la polaridad del voltaje entre el colector y el emisor será opuesta.

Como ya se dijo en artículo sobre tipos de conductividad en semiconductores, en una sustancia tipo P hay iones cargados positivamente: agujeros. La sustancia de tipo N está saturada de electrones cargados negativamente. En un transistor, la concentración de electrones en la región N excede significativamente la concentración de huecos en la región P.

Conectemos una fuente de voltaje entre el colector y el emisor V CE (V CE). Bajo su acción, los electrones de la parte superior N comenzarán a ser atraídos hacia el plus y se acumularán cerca del colector. Sin embargo, la corriente no podrá fluir porque el campo eléctrico de la fuente de voltaje no llega al emisor. Esto se evita mediante una gruesa capa de semiconductor colector más una capa de semiconductor base.

Ahora conectemos el voltaje entre la base y el emisor V BE , pero significativamente menor que V CE (para transistores de silicio el V BE mínimo requerido es 0,6 V). Como la capa P es muy delgada, más una fuente de voltaje conectada a la base, podrá “alcanzar” con su campo eléctrico la región N del emisor. Bajo su influencia, los electrones se dirigirán a la base. Algunos de ellos comenzarán a llenar los agujeros allí ubicados (recombinarse). La otra parte no encontrará un agujero libre, porque la concentración de agujeros en la base es mucho menor que la concentración de electrones en el emisor.

Como resultado, la capa central de la base se enriquece con electrones libres. La mayoría de ellos irán hacia el colector, ya que allí el voltaje es mucho mayor. Esto también se ve facilitado por el espesor muy pequeño de la capa central. Una parte de los electrones, aunque mucho más pequeña, seguirá fluyendo hacia el lado positivo de la base.

Como resultado, obtenemos dos corrientes: una pequeña, desde la base hasta el emisor I BE, y una grande, desde el colector hasta el emisor I CE.

Si aumenta el voltaje en la base, se acumularán aún más electrones en la capa P. Como resultado, la corriente de base aumentará ligeramente y la corriente del colector aumentará significativamente. De este modo, con un ligero cambio en la corriente base I B , la corriente del colector I cambia mucho CON. eso es lo que pasa amplificación de señal en un transistor bipolar. La relación entre la corriente del colector I C y la corriente de la base I B se llama ganancia de corriente. Designado β , vida o h21e, dependiendo de las particularidades de los cálculos realizados con el transistor.

El amplificador de transistores bipolar más simple.

Consideremos con más detalle el principio de amplificación de señal en el plano eléctrico usando el ejemplo de un circuito. Permítanme hacer una reserva de antemano de que este esquema no es del todo correcto. Nadie conecta una fuente de voltaje CC directamente a una fuente de CA. Pero en este caso, será más fácil y claro entender el mecanismo de amplificación utilizando un transistor bipolar. Además, la técnica de cálculo en sí en el siguiente ejemplo está algo simplificada.

1.Descripción de los principales elementos del circuito.

Entonces, digamos que tenemos un transistor con una ganancia de 200 (β = 200). En el lado del colector, conectaremos una fuente de alimentación de 20 V relativamente potente, gracias a cuya energía se producirá la amplificación. Desde la base del transistor conectamos una fuente de alimentación débil de 2V. Le conectaremos en serie una fuente de tensión alterna en forma de onda sinusoidal, con una amplitud de oscilación de 0,1V. Esta será una señal que deberá amplificarse. La resistencia Rb cerca de la base es necesaria para limitar la corriente proveniente de la fuente de señal, que generalmente tiene baja potencia.

2. Cálculo de la corriente de entrada base I b

Ahora calculemos la corriente base I b. Dado que estamos tratando con voltaje alterno, necesitamos calcular dos valores de corriente: al voltaje máximo (V max) y al mínimo (V min). Llamemos a estos valores actuales respectivamente: I bmax y I bmin.

Además, para calcular la corriente base, es necesario conocer el voltaje base-emisor V BE. Hay una unión PN entre la base y el emisor. Resulta que la corriente de base "se encuentra" con el diodo semiconductor en su camino. El voltaje al que comienza a conducir un diodo semiconductor es de aproximadamente 0,6 V. No entremos en detalles características corriente-voltaje del diodo, y para simplificar los cálculos, tomamos un modelo aproximado según el cual el voltaje en el diodo portador de corriente es siempre de 0,6 V. Esto significa que el voltaje entre la base y el emisor es V BE = 0,6 V. Y como el emisor está conectado a tierra (V E = 0), el voltaje de la base a tierra también es de 0,6 V (V B = 0,6 V).

Calculemos I bmax y I bmin usando la ley de Ohm:

2. Cálculo de la corriente del colector de salida I. CON

Ahora, conociendo la ganancia (β = 200), puedes calcular fácilmente los valores máximo y mínimo de la corriente del colector (I cmax y I cmin).

3. Cálculo del voltaje de salida V afuera

La corriente del colector fluye a través de la resistencia Rc, que ya hemos calculado. Queda por sustituir los valores:

4. Análisis de resultados

Como puede verse en los resultados, V Cmax resultó ser menor que V Cmin. Esto se debe a que el voltaje a través de la resistencia V Rc se resta del voltaje de suministro VCC. Sin embargo, en la mayoría de los casos esto no importa, ya que nos interesa el componente variable de la señal: la amplitud, que ha aumentado de 0,1 V a 1 V. La frecuencia y la forma sinusoidal de la señal no han cambiado. Por supuesto, la relación V out / V in diez veces está lejos de ser el mejor indicador para un amplificador, pero es bastante adecuado para ilustrar el proceso de amplificación.

Entonces, resumamos el principio de funcionamiento de un amplificador basado en un transistor bipolar. Una corriente I b fluye a través de la base, transportando componentes constantes y variables. Se necesita un componente constante para que la unión PN entre la base y el emisor comience a conducir - "se abra". El componente variable es, de hecho, la propia señal (información útil). La corriente colector-emisor dentro del transistor es el resultado de la corriente de base multiplicada por la ganancia β. A su vez, el voltaje a través de la resistencia Rc encima del colector es el resultado de multiplicar la corriente del colector amplificada por el valor de la resistencia.

Por lo tanto, el pin V out recibe una señal con una amplitud de oscilación aumentada, pero con la misma forma y frecuencia. Es importante enfatizar que el transistor toma energía para amplificación de la fuente de alimentación VCC. Si el voltaje de suministro es insuficiente, el transistor no podrá funcionar completamente y la señal de salida puede distorsionarse.

Modos de funcionamiento de un transistor bipolar.

De acuerdo con los niveles de voltaje en los electrodos del transistor, existen cuatro modos de funcionamiento:

Modo de corte.

Modo activo.

Modo de saturación.

Modo inverso.

Modo de corte

Cuando el voltaje base-emisor es inferior a 0,6 V - 0,7 V, la unión PN entre la base y el emisor está cerrada. En este estado, el transistor no tiene corriente de base. Como resultado, tampoco habrá corriente de colector, ya que no hay electrones libres en la base listos para moverse hacia la tensión del colector. Resulta que el transistor está, por así decirlo, bloqueado y dicen que está en modo de corte.

Modo activo

EN modo activo El voltaje en la base es suficiente para que se abra la unión PN entre la base y el emisor. En este estado, el transistor tiene corrientes de base y de colector. La corriente del colector es igual a la corriente base multiplicada por la ganancia. Es decir, el modo activo es el modo de funcionamiento normal del transistor, que se utiliza para amplificación.

Modo de saturación

A veces la corriente base puede ser demasiado alta. Como resultado, la potencia suministrada simplemente no es suficiente para proporcionar una magnitud de corriente de colector que corresponda a la ganancia del transistor. En modo saturación, la corriente del colector será la máxima que pueda proporcionar la fuente de alimentación y no dependerá de la corriente de base. En este estado, el transistor no puede amplificar la señal, ya que la corriente del colector no responde a los cambios en la corriente de base.

En modo de saturación, la conductividad del transistor es máxima y es más adecuado para la función de un interruptor (interruptor) en el estado "encendido". De manera similar, en el modo de corte, la conductividad del transistor es mínima, y ​​esto corresponde al interruptor en el estado apagado.

Modo inverso

En este modo, el colector y el emisor cambian sus roles: la unión PN del colector está polarizada en la dirección directa y la unión del emisor está polarizada en la dirección opuesta. Como resultado, la corriente fluye desde la base al colector. La región semiconductora del colector es asimétrica con respecto al emisor y la ganancia en modo inverso es menor que en el modo activo normal. El transistor está diseñado de tal manera que funciona de la manera más eficiente posible en modo activo. Por tanto, el transistor prácticamente no se utiliza en modo inverso.

Parámetros básicos de un transistor bipolar.

Ganancia actual– relación entre la corriente del colector I C y la corriente de la base I B. Designado β , vida o h21e, dependiendo de las particularidades de los cálculos realizados con transistores.

β es un valor constante para un transistor y depende de la estructura física del dispositivo. Una ganancia alta se calcula en cientos de unidades, una ganancia baja, en decenas. Para dos transistores separados del mismo tipo, incluso si fueran "vecinos de tubería" durante la producción, β puede ser ligeramente diferente. Esta característica de un transistor bipolar es quizás la más importante. Si a menudo se pueden ignorar otros parámetros del dispositivo en los cálculos, entonces la ganancia actual es casi imposible.

Impedancia de entrada– resistencia en el transistor que “encuentra” la corriente de base. Designado R en (R aporte). Cuanto más grande sea, mejor para las características de amplificación del dispositivo, ya que en el lado de la base suele haber una fuente de señal débil, que necesita consumir la menor cantidad de corriente posible. La opción ideal es cuando la impedancia de entrada es infinita.

La entrada R para un transistor bipolar promedio es de varios cientos de KΩ (kilo-ohmios). Aquí el transistor bipolar pierde mucho frente al transistor de efecto de campo, donde la resistencia de entrada alcanza cientos de GΩ (gigaohmios).

Conductividad de salida- conductividad del transistor entre colector y emisor. Cuanto mayor sea la conductancia de salida, más corriente colector-emisor podrá pasar a través del transistor con menos potencia.

Además, con un aumento en la conductividad de salida (o una disminución en la resistencia de salida), aumenta la carga máxima que el amplificador puede soportar con pérdidas insignificantes en la ganancia general. Por ejemplo, si un transistor con baja conductividad de salida amplifica la señal 100 veces sin carga, cuando se conecta una carga de 1 KΩ, ya se amplificará solo 50 veces. Un transistor con la misma ganancia pero mayor conductividad de salida tendrá una caída de ganancia menor. La opción ideal es cuando la conductividad de salida es infinita (o resistencia de salida R out = 0 (R out = 0)).

El transistor bipolar es uno de los tipos de transistores más antiguos pero más famosos y todavía se utiliza en la electrónica moderna. Un transistor es indispensable cuando es necesario controlar una carga bastante potente para la cual el dispositivo de control no puede proporcionar suficiente corriente. Los hay de diferentes tipos y capacidades, dependiendo de las tareas realizadas. En este artículo se pueden encontrar conocimientos básicos y fórmulas sobre transistores.

Introducción

Antes de comenzar la lección, acordemos que estamos discutiendo solo un tipo de forma de encender un transistor. Se puede usar un transistor en un amplificador o receptor y, por lo general, cada modelo de transistor se fabrica con ciertas características para hacerlo más especializado y funcionar mejor en una aplicación particular.

El transistor tiene 3 terminales: base, colector y emisor. Es imposible decir sin ambigüedades cuál de ellos es la entrada y cuál es la salida, ya que todos están conectados y se influyen entre sí de una forma u otra. Cuando un transistor se enciende en modo de conmutación (control de carga), actúa así: la corriente de base controla la corriente del colector al emisor o viceversa, según el tipo de transistor.

Hay dos tipos principales de transistores: NPN y PNP. Para entender esto, podemos decir que la principal diferencia entre estos dos tipos es la dirección de la corriente eléctrica. Esto se puede observar en la Figura 1.A, donde se indica la dirección de la corriente. En un transistor NPN, una corriente fluye desde la base hacia el transistor y la otra corriente fluye desde el colector al emisor, pero en un transistor PNP ocurre lo contrario. Desde un punto de vista funcional, la diferencia entre estos dos tipos de transistores es el voltaje a través de la carga. Como puede ver en la imagen, el transistor NPN proporciona 0 V cuando está encendido y el PNP proporciona 12 V. Más adelante entenderás por qué esto afecta la selección de transistores.

Por simplicidad, estudiaremos solo los transistores NPN, pero todo esto se aplica a los PNP, teniendo en cuenta que todas las corrientes están invertidas.

La siguiente figura muestra la analogía entre un interruptor (S1) y un interruptor de transistor, donde se puede ver que la corriente de base cierra o abre el camino para la corriente desde el colector hasta el emisor:

Conociendo exactamente las características de un transistor, podrás sacarle el máximo partido. El parámetro principal es la ganancia de CC del transistor, que generalmente se denomina H fe o β. También es importante conocer la corriente, potencia y voltaje máximos del transistor. Estos parámetros se pueden encontrar en la documentación del transistor y nos ayudarán a determinar el valor de la resistencia base, que se describe a continuación.

Usando un transistor NPN como interruptor

La figura muestra la inclusión de un transistor NPN como interruptor. Encontrará esta inclusión muy a menudo al analizar varios circuitos electrónicos. Estudiaremos cómo hacer funcionar un transistor en el modo seleccionado, calcularemos la resistencia base, la ganancia de corriente del transistor y la resistencia de carga. Propongo la forma más sencilla y precisa de hacer esto.

1. Supongamos que el transistor está en modo de saturación: En este caso, el modelo matemático del transistor se vuelve muy simple y conocemos el voltaje en el punto V c. Encontraremos el valor de la resistencia base en el que todo estará correcto.

2. Determinación de la corriente de saturación del colector: El voltaje entre colector y emisor (V ce) se toma de la documentación del transistor. El emisor está conectado a GND, respectivamente V ce = V c - 0 = V c. Una vez que conocemos este valor, podemos calcular la corriente de saturación del colector usando la fórmula:

A veces, la resistencia de carga R L es desconocida o no puede ser tan precisa como la resistencia de la bobina del relé; En este caso, basta con conocer la corriente necesaria para poner en marcha el relé.
Asegúrese de que la corriente de carga no exceda la corriente máxima del colector del transistor.

3. Cálculo de la corriente base requerida: Conociendo la corriente del colector, puede calcular la corriente base mínima requerida para lograr esa corriente del colector usando la siguiente fórmula:

De ello se desprende que:

4. Exceder los valores permitidos: Una vez que haya calculado la corriente base, y si resulta ser menor que la especificada en la documentación, puede sobrecargar el transistor multiplicando la corriente base calculada, por ejemplo, por 10 veces. Por tanto, el interruptor del transistor será mucho más estable. En otras palabras, el rendimiento del transistor disminuirá si aumenta la carga. Tenga cuidado de no exceder la corriente base máxima indicada en la documentación.

5. Cálculo del valor requerido de R b: Considerando una sobrecarga de 10 veces, la resistencia R b se puede calcular mediante la siguiente fórmula:

donde V 1 es el voltaje de control del transistor (ver Figura 2.a)

Pero si el emisor está conectado a tierra y se conoce el voltaje base-emisor (aproximadamente 0,7 V para la mayoría de los transistores), y suponiendo que V 1 = 5 V, la fórmula se puede simplificar a lo siguiente:

Se puede observar que la corriente base se multiplica por 10 teniendo en cuenta la sobrecarga.
Cuando se conoce el valor de R b, el transistor está "configurado" para funcionar como un interruptor, también llamado "modo de saturación y corte", donde "saturación" es cuando el transistor está completamente abierto y conduciendo corriente, y "corte" es cuando está cerrado y no conduce corriente.

Nota: Cuando decimos , no estamos diciendo que la corriente del colector deba ser igual a . Esto simplemente significa que la corriente del colector del transistor puede aumentar hasta este nivel. La corriente seguirá las leyes de Ohm, como cualquier corriente eléctrica.

Cálculo de carga

Cuando consideramos que el transistor estaba en modo de saturación, asumimos que algunos de sus parámetros no cambiaron. Esto no es del todo cierto. De hecho, estos parámetros se cambiaron principalmente aumentando la corriente del colector y, por lo tanto, es más seguro en caso de sobrecarga. La documentación indica un cambio en los parámetros del transistor durante una sobrecarga. Por ejemplo, la tabla de la Figura 2.B muestra dos parámetros que cambian significativamente:

H FE (β) varía con la corriente y el voltaje del colector V CEsat. Pero el propio V CEsat cambia según el colector y la corriente de base, como se muestra en la siguiente tabla.

El cálculo puede ser muy complejo, ya que todos los parámetros están estrecha y complejamente interrelacionados, por lo que es mejor tomar los peores valores. Aquellos. el H FE más pequeño, el V CEsat más grande y el V CEsat.

Aplicación típica de un interruptor de transistor

En la electrónica moderna, se utiliza un interruptor de transistor para controlar relés electromagnéticos, que consumen hasta 200 mA. Si desea controlar un relé con un chip lógico o un microcontrolador, entonces un transistor es indispensable. En la Figura 3.A, la resistencia de la resistencia base se calcula dependiendo de la corriente requerida por el relé. El diodo D1 protege el transistor de los pulsos que genera la bobina cuando se apaga.

2. Conexión de un transistor de colector abierto:

Muchos dispositivos, como la familia de microcontroladores 8051, tienen puertos de colector abierto. La resistencia de la resistencia base del transistor externo se calcula como se describe en este artículo. Tenga en cuenta que los puertos pueden ser más complejos y, a menudo, utilizan FET en lugar de bipolares y se denominan salidas de drenaje abierto, pero todo sigue exactamente igual que en la Figura 3.B.

3. Creando un elemento lógico O-NO (NOR):

A veces es necesario usar una sola puerta en un circuito y no desea usar un chip de 4 puertas de 14 pines debido al costo o al espacio en la placa. Se puede reemplazar con un par de transistores. Tenga en cuenta que las características de frecuencia de dichos elementos dependen de las características y el tipo de transistores, pero generalmente son inferiores a 100 kHz. Reducir la resistencia de salida (Ro) aumentará el consumo de energía pero aumentará la corriente de salida.
Necesita encontrar un compromiso entre estos parámetros.

La figura anterior muestra una puerta NOR construida con 2 transistores 2N2222. Esto se puede hacer con transistores PNP 2N2907, con modificaciones menores. Sólo hay que tener en cuenta que todas las corrientes eléctricas fluyen entonces en sentido contrario.

Encontrar errores en circuitos de transistores.

Cuando ocurre un problema en circuitos que contienen muchos transistores, puede ser bastante difícil saber cuál está defectuoso, especialmente cuando están todos soldados. Te doy algunos consejos que te ayudarán a encontrar rápidamente el problema en dicho esquema:

1. Temperatura: Si el transistor se calienta mucho, probablemente haya un problema en alguna parte. No es necesario que el problema sea un transistor caliente. Normalmente el transistor defectuoso ni siquiera se calienta. Este aumento de temperatura puede deberse a otro transistor conectado a él.

2. Medición de V CE de transistores: Si todos son del mismo tipo y todos funcionan, entonces deberían tener aproximadamente el mismo VCE. Encontrar transistores que tengan diferente VCE es una forma rápida de detectar transistores defectuosos.

3. Medición del voltaje a través de la resistencia base: El voltaje a través de la resistencia base es bastante importante (si el transistor está encendido). Para un controlador de transistor NPN de 5 V, la caída de voltaje a través de la resistencia debe ser superior a 3 V. Si no hay caída de voltaje a través de la resistencia, entonces el transistor o el dispositivo de control del transistor están defectuosos. En ambos casos, la corriente base es 0.