Проверка счетчика транзистора (BJT)

Биполярные транзисторы построены из трехслойного полупроводникового «сэндвича» PNP или NPN. Таким образом, транзисторы регистрируются как два диода, подключенных друг к другу при тестировании с помощью функции «сопротивления» или «проверки диода» мультиметра, как показано на рисунке ниже. Показания низкого сопротивления на базе с черными отрицательными (-) выводами соответствуют материалу N-типа в базе транзистора PNP. На символе на материал N-типа «указывает» стрелка перехода база-эмиттер, которая является базой для этого примера. Эмиттер P-типа соответствует другому концу стрелки перехода база-эмиттер, эмиттеру. Коллектор очень похож на эмиттер, а также является материалом P-типа PN-перехода.

Проверка счетчика транзисторов PNP:(а) прямые B-E, B-C, сопротивление низкое; (б) переверните B-E, B-C, сопротивление ∞.

Здесь я предполагаю использовать мультиметр с функцией только одного диапазона (сопротивления) для проверки PN-переходов. Некоторые мультиметры оснащены двумя отдельными функциями проверки целостности цепи:сопротивлением и «проверкой диодов», каждая из которых имеет собственное назначение. Если в вашем измерителе предусмотрена функция «проверки диодов», используйте ее, а не диапазон «сопротивления», и измеритель будет отображать фактическое прямое напряжение PN-перехода, а не только то, проводит ли он ток.

Показания счетчика, конечно, будут прямо противоположными для NPN-транзистора, с обоими PN-переходами, обращенными в другую сторону. Показания низкого сопротивления с красным (+) выводом на базе являются «противоположным» состоянием для NPN-транзистора.

Если в этом тесте использовать мультиметр с функцией «проверки диодов», будет обнаружено, что переход эмиттер-база имеет немного большее прямое падение напряжения, чем переход коллектор-база. Эта прямая разница напряжений возникает из-за несоответствия в концентрации легирования между эмиттерной и коллекторной областями транзистора:эмиттер представляет собой гораздо более легированный кусок полупроводникового материала, чем коллектор, в результате чего его соединение с базой создает более высокое прямое напряжение. падение.

Зная это, становится возможным определить, какой провод какой на немаркированном транзисторе. Это важно, потому что упаковка транзисторов, к сожалению, не стандартизирована. Конечно, все биполярные транзисторы имеют три провода, но расположение трех проводов на физическом корпусе не имеет универсального стандартизованного порядка.

Предположим, технический специалист находит биполярный транзистор и приступает к измерению целостности цепи с помощью мультиметра, установленного в режиме «проверки диодов». Измеряя между парами проводов и записывая значения, отображаемые измерителем, технический специалист получает данные, показанные на рисунке ниже.

• Счетчик, касающийся проводов 1 (+) и 2 (-):«OL»
• Счетчик, касающийся проводов 1 (-) и 2 (+):«OL»
• Касательный провод измерителя 1 (+) и 3 (-):0,655 В
• Счетчик, касающийся проводов 1 (-) и 3 (+):«OL»
• Касательный провод 2 (+) и 3 (-) измерителя:0,621 В <
• Счетчик, касающийся проводов 2 (-) и 3 (+):«OL»

Неизвестный биполярный транзистор. Какие терминалы являются эмиттерным, базовым и коллекторным? Показания омметра между клеммами.

Единственными комбинациями контрольных точек, дающими проводящие показания измерителя, являются провода 1 и 3 (красный измерительный провод на 1 и черный измерительный провод на 3) и провода 2 и 3 (красный измерительный провод на 2 и черный измерительный провод на 3). Эти два чтения должны указывают на прямое смещение перехода эмиттер-база (0,655 В) и перехода коллектор-база (0,621 В).

Теперь мы ищем один провод, общий для обоих наборов показаний проводимости. Это должно быть базовое соединение транзистора, потому что база является единственным слоем трехслойного устройства, общим для обоих наборов PN-переходов (эмиттер-база и коллектор-база). В этом примере этот провод имеет номер 3 и является общим для комбинаций контрольных точек 1-3 и 2-3. В обоих наборах показаний счетчика черный (-) измерительный провод касался провода 3, который говорит нам, что база этого транзистора сделана из полупроводникового материала N-типа (черный =отрицательный). Таким образом, транзистор представляет собой PNP с базой на проводе 3, эмиттером на проводе 1 и коллектором на проводе 2, как показано на рисунке ниже.

• E и C, высокий R:1 (+) и 2 (-):«OL»
• C и E, высокий R:1 (-) и 2 (+):«OL»
• E и B вперед:1 (+) и 3 (-):0,655 В
• E и B перевернуты:1 (-) и 3 (+):«OL»
• C и B вперед:2 (+) и 3 (-):0,621 В
• C и B перевернуты:2 (-) и 3 (+):«OL»

Клеммы BJT, идентифицируемые омметром.

Обратите внимание, что основной провод в этом примере не средний вывод транзистора, как и следовало ожидать от трехслойной «сэндвич-модели» биполярного транзистора. Это довольно частый случай, который сбивает с толку новичков, изучающих электронику. Единственный способ узнать, какой именно провод - это проверить счетчик или обратиться к документации производителя на этот конкретный номер детали транзистора.

Знание того, что биполярный транзистор ведет себя как два встречных диода при тестировании с помощью измерителя проводимости, полезно для идентификации неизвестного транзистора исключительно по показаниям измерителя. Это также полезно для быстрой функциональной проверки транзистора. Если техник должен был измерить непрерывность в более чем двух или любых менее чем двух из шести комбинаций испытательных проводов, он или она немедленно узнал бы, что транзистор неисправен (или что это не было биполярный транзистор, а что-то еще - отличная возможность, если для точной идентификации нельзя указать номера деталей!). Однако модель транзистора с «двумя диодами» не может объяснить, как и почему он действует как усилительное устройство.

Чтобы лучше проиллюстрировать это, давайте рассмотрим одну из схем транзисторного переключателя, используя физическую схему на рисунке ниже, а не схематический символ, представляющий транзистор. Таким образом будет легче увидеть два PN-перехода.

Небольшой ток базы, протекающий в переходе база-эмиттер с прямым смещением, позволяет протекать большому току через переход база-коллектор с обратным смещением.

Диагональная стрелка серого цвета показывает направление тока через переход эмиттер-база. Эта часть имеет смысл, поскольку ток течет от базы P-типа к эмиттеру N-типа:переход явно смещен в прямом направлении. А вот переход база-коллектор - совсем другое дело. Обратите внимание, как толстая стрелка серого цвета указывает в направлении потока тока (вниз) от коллектора к базе. С основанием из материала P-типа и коллектором из материала N-типа. База и коллектор имеют обратное смещение, которое препятствует прохождению тока. Однако насыщенный транзистор очень мало противодействует току на всем пути от коллектора до эмиттера, о чем свидетельствует свечение лампы!

Ясно, что здесь происходит что-то, что противоречит простой объяснительной модели биполярного транзистора «с двумя диодами». Когда я впервые узнал о работе транзисторов, я попытался построить свой собственный транзистор из двух последовательно включенных диодов, как показано на рисунке ниже.

Пара соединенных друг с другом диодов не работает как транзистор, и ток не может протекать через лампу!

В транзисторе обратное смещение перехода база-коллектор предотвращает ток коллектора, когда транзистор находится в режиме отсечки (то есть, когда ток базы отсутствует). Если соединение база-эмиттер смещено в прямом направлении управляющим сигналом, обычно блокирующее действие перехода база-коллектор отменяется, и ток разрешается через коллектор, несмотря на тот факт, что ток идет «неправильным путем» через этот PN соединение. Это действие зависит от квантовой физики полупроводниковых переходов и может иметь место только тогда, когда два перехода должным образом разнесены и концентрации легирования трех слоев правильно пропорциональны. Два диода, соединенные последовательно, не соответствуют этим критериям; верхний диод никогда не может «включиться» при обратном смещении, независимо от того, сколько тока проходит через нижний диод в контуре базового провода. Подробнее см. Биполярные переходные транзисторы, глава 2.

То, что концентрации легирования играют решающую роль в особых возможностях транзистора, дополнительно подтверждается тем фактом, что коллектор и эмиттер не являются взаимозаменяемыми. Если рассматривать транзистор просто как два соединенных друг с другом PN перехода или просто как простой сэндвич из материалов N-P-N или P-N-P, может показаться, что любой конец транзистора может служить коллектором или эмиттером. Однако это не так. При подключении «в обратном направлении» в цепи ток база-коллектор не сможет управлять током между коллектором и эмиттером. Несмотря на то, что эмиттерный и коллекторный слои биполярного транзистора имеют одинаковый тип легирования. (либо N, либо P), коллектор и эмиттер определенно не идентичны!

Переход база-эмиттер допускает ток, поскольку он смещен в прямом направлении, а переход база-коллектор имеет обратное смещение. Действие базового тока можно представить как «открытие затвора» для тока через коллектор. В частности, любая заданная величина тока между базой и эмиттером допускает ограниченную величину тока между базой и коллектором.

В следующем разделе это ограничение тока транзистора будет исследовано более подробно.

ОБЗОР:

• При тестировании мультиметром в режимах «сопротивление» или «проверка диодов» транзистор ведет себя как два соединенных друг с другом PN (диодных) перехода.
• PN-переход эмиттер-база имеет немного большее прямое падение напряжения, чем PN-переход коллектор-база, из-за более сильного легирования полупроводникового слоя эмиттера.
• Переход база-коллектор с обратным смещением обычно блокирует прохождение любого тока через транзистор между эмиттером и коллектором. Однако этот переход начинает проводить, если ток проходит через базовый провод. Базовый ток можно рассматривать как «открытие затвора» для определенного ограниченного количества тока через коллектор.

СВЯЗАННЫЙ РАБОЧИЙ ЛИСТ:

• Рабочая таблица по теории биполярного переходного транзистора (BJT)