Биполярный транзистор

Биполярный транзистор — трёхвыводный полупроводниковый прибор. Каджый вывод подключен к своему слою полупроводника. 

Ключевой режим работы транзистора

В автомобильной электронике это самый распространённый режим работы транзистора. В этом режиме транзисторы управляют исполнительными механизмами. Схема включения транзистора в ключевом режиме транзистора n-p-n структуры показана на рисунке

База транзистора - вход. Эмиттер - источник земли. Коллектор - выход. 

Если на базу не подавать никакого напряжения, то сопротивление между выводами эмиттер-коллектор будет очень высоким. То есть ключ будет разомкнут.

Если на базу подать напряжение, то через переход база-эмиттер потечёт ток, создавая ток базы. Этот ток базы насыщает переход и сопротивление между выводами коллектор-эмиттер резко падает. Тоесть ключ открывается.

Переход база-эмиттер ведёт себя как обычный диод. Это означает что какое бы напряжение мы не подавали на базу, на базе напряжение будет всегда 0,6 вольта. По этому если мы подадим на базу 12 вольт и не ограничим ток, то наш транзистор сгорит. Для ограничения тока базы в базу ставят последовательно сопротивление. Номинал этого сопротивления будет задавать значение тока текущего через базу. Слишком большой ток будет зря нагревать транзистор, слишком маленький не позволит транзистору пропустить через выводы коллектор-эмиттер нужный ток.

Какой ток базы должен быть?

Биполярный транзистор это токовый прибор и он имеет параметр коэффициент усиления по току. Этот параметр показывает во сколько раз транзистор сможет пропустить ток через выводы коллектор-эмиттер по отношению к току базы. Тоесть при коэффициенте усиления 100, чтобы транзистор пропустил через коллектор-эмиттер ток в 100ма. Нужно чтобы через базу протекал ток минимум 100ма/100 = 1ма. При токе меньшем 1 ма, транзистор не откроется, при большем токе будет бесполезный нагрев. При превышении максимально допустимого тока базы, транзистор сгорит.

Примечание:
Ток базы всегда выбирается больше чем нужно (с запасом), так как коэффициент усиления по току зависит от температуры. И если мы хотим чтобы наш ключ работал во всём диапазоне температур, мы должны учесть уменьшение этого коэффициента.

Ещё одна полезная особенность транзистора, это то, что напряжение на коллекторе может быть выше чем на базе. Оно ограничивается только характеристиками самого транзистора. 

Повторим основные характеристики транзистора которые нам нужны

  1. Коэффициент усиления по току
  2. Максимально допустимый ток коллектор-эмиттер
  3. Максимальное напряжение коллектор-эмиттер.

По этим характеристикам вы можете подобрать замену если вы знаете название заменяемого транзистора и знаете его характеристики. Все три параметра должны быть такими же или больше. Больший ток, Большее напряжение и больший коэффициент усиления по току. Обратите внимание чтобы тип биполярного транзистора (pnp или npn или Дарлингтона) был таким же.

 

Пример расчета схемы

Исходные данные.

Нам нужно управлять автомобильной лампочкой. Напряжение лампочки 12 Вольт, ток потребления 200ма.

Управляем мы ключом от микропроцессора у которого выход 5 вольт.

  1. Выбираем транзистор по максимальному напряжению коллетор-эмиттер
  2. Транзистор должен иметь максимальный ток коллектор-эмиттер более чем 200ма. 
  3. Расчитываем ток базы.
  4. Расчитываем токоограничивающий резистор, не забывая, что напряжение будет на 0,6 вольта ниже.

 

Примечание:
Если базу транзистора никуда не подключить, то он будет закрыт, но в реальных условиях существуют наводки напряжения. И в базе может появиться ток, хотя напряжение на базу никто не подавал, и транзистор может открыться. Для исключения этого, между землёй и базой транзистора ставят сопротивление. Его выбирают большим, чтобы оно не отбирало от базы ток, и в тоже время наводка напряжения которая появляется уходит мимо базы в землю.

 

Как правильно подобрать замену транзистора для ключа если неизвестен его тип?

  1. Выбираем транзистор по максимальному напряжению коллектор-эмиттер
  2. Транзистор должен иметь максимальный ток коллектор-эмиттер более чем 200ма. 
  3. Определяем ток базы по напряжению подаваемому на базу и резистору который установлен в плате.
  4. Вычисляем