Smd транзисторы: описание их особенностей, способов применения и режимов работы

Содержание

Графические символы в электрике

Графические символы подразделяются на базовые изображения, на обозначения шин и проводов, обозначения линейных схем, символы розеток и другие элементы.

Основные базовые изображения являются обязательными, в них несложно разобраться даже начинающему мастеру, без них не обходится ни один электроприбор. В приборе установлены резисторы, конденсаторы, катушки, диоды, контакты — всем им присвоены обозначения. Отдельные элементы, такие как катушки, имеют маленькие размеры и применяются почти повсюду, что озадачивает новичков. Не лишним будет знать схематичные изображения этих элементов.

Несколько примеров базовых изображений:

диоды обозначаются треугольником, пересекаемым линией;
окружность с диаметром 12 мм указывает на транзисторы;
для обозначения резистора используется прямоугольник (размер 4х10мм);
катушки изображаются дуговыми линиями в количестве от 2 до 4, все зависит от назначения;
значок контакта — разомкнутая линия, с отрезком 6 мм на одном конце.

К базовым изображениям относятся функции подвижных и неподвижных контактов, с указанием в схемах.

Изображения проводов, кабелей и шин

Эти изображения состоят из линий: прямых, пунктирных, пересеченных. Они соединяют все элементы в правильной последовательности. Подробней рассмотрим их виды и значение:

Например, прямая линия с точкой на конце обозначает, где заканчивается проводка, а на линии из нескольких проводников будут нанесены засечки. В необходимых случаях над линиями допускается указывать виды тока, порядок прокладки проводки, значение напряжения и другие отметки.

Условное обозначение проводки на электросхемах
Обозначение проводки в трубах и гофрорукаве
Обозначение прокладки шин и шинопроводов

Схематически изображаются провода, которые отличаются назначением и способом прокладки. Все обозначения помогут выбрать подходящий для монтажных работ материал и позволять судить о мощности электросети.

Как изображаются однолинейные схемы?

Однолинейные схемы понадобятся для сборки электрощитов. В их основе — устройство защитного отключения (сокращенно УЗО), контакторы, автоматика, нулевые и земляные шины, и другое оборудование. При работе с такой схемой нужно быть особо внимательным, так как часть символов имеет схожий характер. В пример можно привести катушки реле, для графики которых используется только прямоугольник. Однообразно обозначаются контактор и рубильник, здесь главное заметить один небольшой элемент на стационарном контакте.

При составлении однолинейной схемы важно понимать, что некоторые символы обозначаются несколькими значками: скажем, наличие двух галочек подряд указывает на количество проводов

Обозначения ламп и светильников

Эти символы особенно необходимы, если в доме есть сложные светильные установки. В отличие от остальных обозначений они достаточно просты и легко запоминаются.

К примеру говоря, обычным кружком обозначается светильник с галогеновой лампой или лампочкой накаливания; узкий и длинный прямоугольник указывает на люминисцентную лампу. Специальная символика есть даже для ламповых патронов.

Обозначение светильников на электросхемах

Разобраться в этих знаках полезно всем, кто планирут составить схему по энергообеспечению своего жилья.

Распространённые типы полевых транзисторов

В настоящее время в радиоаппаратуре применяются ПТ двух основных типов – с управляющим p-n-переходом и с изолированным затвором. Опишем подробнее каждую модификацию.

Управляющий p-n-переход

Эти полевые транзисторы представляют собой удлинённый полупроводниковый кристалл, противоположные концы которого с металлическими выводами играют роль стока и истока. Функцию затвора исполняет небольшая область с обратной проводимостью, внедрённая в центральную часть кристалла. Так же, как сток и исток, затвор комплектуется металлическим выводом.

Электронно-дырочный p-n-переход в таких полевых транзисторах получил название управляющего, поскольку напрямую изменяет мощность потока носителей заряда, представляя собой физическое препятствие для электронов или дырок (в зависимости от типа проводимости основного кристалла).

Изолированный затвор

Конструкция этих полевых транзисторов отличается от описанных выше ПТ с управляющим p-n-переходом. Здесь полупроводниковый кристалл играет роль подложки, в которую на некотором удалении друг от друга внедрены две области с обратной проводимостью. Это исток и сток соответственно. Функцию затвора исполняет металлический вывод, который отделяется от кристалла слоем диэлектрика и, таким образом, электрически с ним не контактирует.

Из-за того, что в конструкции этих полевых транзисторов используются три типа материалов – металл, диэлектрик и полупроводник, – данные радиокомпоненты часто именуют МДП-транзисторами. В элементах, которые формируются в кремниевых микросхемах планарно-эпитаксиальными методами, в качестве диэлектрического слоя используется оксид кремния, в связи с чем буква «Д» в аббревиатуре заменяется на «О», и такие компоненты получают название МОП-транзисторов.

Полевой транзистор на схеме.

Существует два вида этих полевых транзисторов – с индуцированным и встроенным каналом. В первых физический канал отсутствует и возникает только в результате воздействия электрического поля от затвора на подложку. Во-вторых канал между истоком и стоком физически внедрён в подложку, и напряжение на затворе требуется не для формирования канала, а лишь для управления его характеристиками. Схемотехническое преимущество ПТ с изолированным затвором перед транзисторами с управляющим p-n-переходом заключается в более высоком входном сопротивлении.

Будет интересно Что такое NTC термисторы

Это расширяет возможности применения данных элементов. К примеру, они используются в высокоточных устройствах и прочей аппаратуре, критичной к электрическим режимам. В силу конструктивных особенностей МОП-транзисторы чрезвычайно чувствительны к внешним электрическим полям

Это вынуждает соблюдать особые меры предосторожности при работе с этими радиодеталями. В частности, в процессе пайки необходимо использовать паяльную станцию с заземлением, а, кроме того, заземляться должен и человек, выполняющий пайку

Даже маломощное статическое электричество способно повредить полевой транзистор.

Классификация транзисторов.

История появления транзисторов

На заре прошлых веков конца 19 века ученые физики и практики (Гутри, Браун, Эдисон, Боус, Пикард, Флеминг) разных стран совершили принципиальное открытие и получили патенты на “детектор”, “выпрямитель” – так тогда называли диод. Вслед за диодом последовало эпохальное открытие транзистора. Перечисление имен ученых разных стран, приложивших голову и руки к открытию транзистора, заняло бы много строк.

Основными теоретиками считаются Шокли, работавший в Bell Telephone Laboratories, а также его коллеги Бардин и Браттейн.

Слева направо: Шокли, Бардин и Браттейн

В итоге их работ, в 1947 году, получен первый образец работающего точечного германиевого транзистора, и на его основе, в том же году, был разработан первый усилитель, имевший коэффициент усиления 20 дБ (в 10 раз) на частоте 10 Мгц.

Серийный выпуск точечных транзисторов фирмой Western Electric начался в 1951 году и достиг около 10 000 штук в месяц в 1952 году. В СССР первый точечный транзистор был создан в 1949 г. Серийный выпуск точечных транзисторов был налажен в 1952 году, а плоскостных – в 1955 году. Затем последовали следующие открытия в теории и технологиях: транзисторы на выращенных переходах (1950 г.), сплавные транзисторы (1952 г.), диффузные мета-транзисторы (1958 г.), планарные транзисторы (1960 г.), эпитаксиальные транзисторы (1963 г.), многоэмиттерные транзисторы (1965 г.) и т. д.

Как же появился среди них наш герой – транзистор Дарлингтона (далее по тексту ТД)? Дарлингтон (англ. Darlingtone) – город в в Великобритании. Однако и люди могут иметь фамилии по имени городов или наоборот. Таким является сотрудник все той же фирмы Bell – Сидни Дарлингтон

Сидни Дарлингтон

Зачем же потребовалась эта “сладкая парочка”? Дело в том, что первые транзисторы имели весьма посредственные характеристики, если смотреть на сегодняшние успехи. Прежде всего – невысокий коэффициент усиления. Сейчас это кажется странным – подумаешь, каскадное соединение – это элементарно! Но тогда, в 1953 году – это были пионерские работы.

Управление мощностью с помощью транзистора

Итак, я буду делать схему регулятора мощности свечения лампочки накаливания с помощью советского транзистора КТ815Б. Она будет выглядеть следующим образом:

На схеме мы видим лампу накаливания, транзистор и два резистора. Один из них переменный. Итак, главное правило транзистора: меняя силу тока в цепи базы, мы тем самым меняем силу тока в цепи коллектора, а следовательно, мощность свечения самой лампы.

Как в нашей схеме будет все это выглядеть? Здесь я показал две ветви. Одну синим цветом, другую красным.

Как вы видите, в синей ветке цепи последовательно друг за другом идут +12В—-R1—-R2—-база—-эмиттер—-минус питания. А как вы помните, если резисторы либо различные потребители (нагрузки) цепи идут друг за другом последовательно, то через все эти нагрузки, потребители и резисторы протекает одна и та же сила тока. Правило делителя напряжения. То есть в данный момент для удобства объяснения, я назвал эту силу тока, как ток базы I_б. Все то же самое можно сказать и о красной ветви. Ток пойдет по такому пути: +12В—-лампочка—-коллектор—-эмиттер—-минус питания. В ней будет протекать ток коллектора I_к.

Итак, для чего мы сейчас разобрали эти ветви цепи? Дело в том, что через базу и эмиттер протекает базовый ток I_б , который протекает также и через переменный резистор R1 и резистор R2. Через коллектор-эмиттер протекает ток коллектора Iк , который также течет и через лампочку накаливания.

Ну и теперь самое интересное: коллекторный ток зависит от того, какая сила тока в данный момент течет через базу-эмиттер. То есть прибавив базовый ток, мы тем самым прибавляем и коллекторный ток. А раз коллекторный ток у нас стал больше, значит и через лампочку сила тока стала больше, и лампочка загорелась еще ярче. Управляя слабым током базы, мы можем управлять большим током коллектора. Это и есть принцип работы биполярного транзистора.

Как нам теперь регулировать силу тока через базу-эмиттер? Вспоминаем закон Ома: I=U/R. Следовательно, прибавляя или убавляя значение сопротивления в цепи базы, мы тем самым можем менять силу тока базы! Ну а она уже будет регулировать силу тока в цепи коллектора. Получается, меняя значение переменного резистора, мы тем самым меняем свечение лампочки 😉

И еще один небольшой нюанс.

Как вы заметили в схеме есть резистор R2. Для чего он нужен? Дело все в том, что может случится пробой перехода база-эмиттер. Или, простым языком, он выгорит. Если бы его не было, то при изменении сопротивления на переменном резисторе R1 до нуля Ом, мы бы махом выжгли базы-эмиттера. Поэтому, чтобы такого не было, мы должны подобрать резистор, который бы при сопротивлении на R1 в ноль Ом, ограничивал бы силу тока на базу, чтобы ее не выжечь.

Получается, мы должны подобрать такую силу тока на базу, чтобы лампочка светилась на полную яркость, но при этом переход база-эмиттер был бы целым. Если сказать языком электроники – мы должны подобрать такой резистор, который бы вогнал транзистор в границу насыщения, но не более того.

Такой резистор я подбирал с помощью магазина сопротивления. Его также можно подобрать с помощью переменного резистора. Резистор в базе часто называют токоограничительным.

Транзистор в качестве переключателя

Транзисторы можно рассматривать как электронные коммутаторы. Транзистор используется для включения различных устройств, таких как двигатели, фонари и так далее. Так же, как и выключатель света в комнате, транзистор может включать и выключать лампочку накаливания.

Это достаточно удобно, так как небольшой источник напряжения может быть использован для коммутации большого источника напряжения. Давайте рассмотрим это на простом примере с использованием обычной лампочкой.

На рисунке выше мы имеем транзистор, подключенный к лампочке и к двум различным источникам питания. Давайте сперва посмотрим на левую половину схемы:

Минус низковольтной батареи подсоединен к истоку транзистора.
Плюс низковольтной батареи подсоединен к затвору транзистора.

В этой конфигурации транзистор открыт. Вы можете видеть, как небольшой ток протекает через транзистор от затвора к истоку. Теперь давайте посмотрим на правую половину схемы:

Минус высоковольтной батареи подсоединен к истоку транзистора.
Плюс высоковольтной батареи подключен к одному из выводов лампочки.

Другой вывод лампочки подключен к стоку транзистора.

Поскольку транзистор открыт, то больший ток протекает через лампочку, далее через транзистор от стока к истоку. Если вы отключите низковольтную батарею от транзистора, то транзистор закроется, а лампочка погаснет.

Обратите внимание, что транзистор здесь работает в качестве ключа, включая и выключая лампочку под действием низковольтного напряжения. Данная схема не особо полезна на практике. Однако, когда мы заменим низковольтную батарею другим источником напряжения, то транзисторный ключ становится намного интереснее

Данная схема не особо полезна на практике. Однако, когда мы заменим низковольтную батарею другим источником напряжения, то транзисторный ключ становится намного интереснее.

Вместо того чтобы переключать транзистор с помощью низковольтной батареи, мы можем включать его и выключать с помощью других источников напряжения. В качестве примера приведем несколько источников сигнала, способных влиять на переключения транзистора:

Микрофон, создающий переменный электрический сигнал в зависимости от уровня звука.
Солнечная батарея, вырабатывающая постоянное напряжение при освещении ее поверхности.
Датчик влажности.

Обратите внимание, что все перечисленные выше датчики реагирует на различные источники сигнала. Используя их слабое выходное напряжение можно управлять гораздо более мощным устройством

Полевые транзисторы с управляющим p-n переходом

Схематически полевой транзистор с управляющим p-n переходом можно представить в виде пластины, к торцам которой подключены электроды, исток и сток. На рис. показана структура и схема включения полевого транзистора с каналом n-типа:

В транзисторе с n-каналом основными носителями заряда в канале являются электроны, которые движутся вдоль канала от истока с низким потенциалом к стоку с более высоким потенциалом, образуя ток стока Ic. Между затвором и истоком приложено напряжение, запирающее p-n переход, образованный n-областью канала и p-областью затвора.

При подаче запирающего напряжения на p-n-переход Uзи на границах канала возникает равномерный слой, обедненный носителями заряда и обладающий высоким удельным сопротивлением. Это приводит к уменьшению проводящей ширины канала.

Изменяя величину этого напряжения, можно изменить сечение канала и, следовательно, изменять величину электрического сопротивления канала. Для полевого n-канального транзистора потенциал стока положителен по отношению к потенциалу истока. При заземленном затворе от стока к истоку протекает ток. Поэтому для прекращения тока на затвор нужно подать обратное напряжение в несколько вольт.

Значение напряжения Uзи, при котором ток через канал становится практически равен нулю, называется напряжением отсечки Uзап

Таким образом, полевой транзистор с затвором в виде p-n-перехода представляет собой сопротивление, величина которого регулируется внешним напряжением.

Полевой транзистор характеризуется следующей ВАХ:

Здесь зависимости тока стока Iс от напряжения при постоянном напряжении на затворе Uзи определяют выходные, или стоковые, характеристики полевого транзистора. На начальном участке характеристик Uси + |Uзи| < Uзап ток стока Iс возрастает с увеличением Uси. При повышении напряжения сток — исток до Uси = Uзап — |Uзи| происходит перекрытие канала и дальнейший рост тока Iс прекращается (участок насыщения). Отрицательное напряжение Uзи между затвором и истоком смещает момент перекрытия канала в сторону меньших значений напряжения Uси и тока стока Iс. Участок насыщения является рабочей областью выходных характеристик полевого транзистора. Дальнейшее увеличение напряжения Uси приводит к пробою р-n-перехода между затвором и каналом и выводит транзистор из строя.

На ВАХ Iс = f(Uзи) показано напряжение Uзап. Так как Uзи ≤ 0 p-n-переход закрыт и ток затвора очень мал, порядка 10-8…10-9 А, поэтому к основным преимуществам полевого транзистора, по сравнению с биполярным, относится высокое входное сопротивление, порядка 1010…1013 Ом. Кроме того, они отличаются малыми шумами и технологичностью изготовления.

Практическое применение имеют две основные схемы включения. Схема с общим истоком (рис. а) и схема с общим стоком (рис. б) , которые показаны на рисунке:

Чем отличаются разные транзисторы

На примере простого транзистора мы разобрали его принцип работы, однако их бывает великое множество. Давайте научимся их отличать и узнаем, зачем каждый из них нужен.

Биполярные

Биполярные транзисторы – это самые популярные. В полупроводника в таких транзисторах есть два p-n перехода. Заряд через них переносится дырками и электронами.

Среди них тоже различают несколько подвидов (они зависят от расположения переходов и количества электродов), среди которых:

составной транзистор pnp тип;
составной транзистор npn тип;
более сложные многоэлектродные (может быть сразу 2 эмиттера);
транзисторы на гетеропереходах.

Лавинные транзисторы

Это поистине интересный вид транзисторов, ведь он работает очень эффективно и при этом очень быстро

Их основные плюсы – это высокие рабочие напряжения и, конечно же, скорость включения, а это очень важно в электронике. Ученые до сих пор ломают голову, как можно использовать эти транзисторы с максимальным КПД, хотя они и сейчас показывают потрясающие результаты

Однопереходные транзисторы

Существуют в мире и такие транзисторы. Тут всего один переход, поэтому и классификация гораздо проще:

первый тип это с “p” базой;
а второй это с “n” базой.

Транзисторы с управляющим переходом

Это тоже очень интересный и необычный вид транзисторов, ведь у него, как и следует из названия, управляемый переход, что делает его еще более универсальным, но и приводит его к удорожанию. На подвидах мы останавливаться не будем, так они все примерно такие же, как и у предыдущих.

Транзисторы с изолированным затвором

А это еще что за затвор, могли бы вы подумать. Рассказываю. Как я уже писал выше, транзистор начинает работать, когда на него подают небольшое напряжение. Так вот, тот электрод, на которые напряжение подается и называется затвором. Здесь ничего особенного, просто сам затвор изолируется, что дает больше возможностей для управления транзистором и для некоторых задач это, действительно, очень полезно.

Графическое обозначение радиоэлементов в схеме

Постараюсь привести самые ходовые обозначения элементов, используемые в схемах:

Резисторы и их виды

а) общее обозначение

б) мощностью рассеяния 0,125 Вт

в) мощностью рассеяния 0,25 Вт

г) мощностью рассеяния 0,5 Вт

д) мощностью рассеяния 1 Вт

е) мощностью рассеяния 2 Вт

ж) мощностью рассеяния 5 Вт

з) мощностью рассеяния 10 Вт

и) мощностью рассеяния 50 Вт

Резисторы переменные

Терморезисторы

Тензорезисторы

Варисторы

Шунт

Конденсаторы

a) общее обозначение конденсатора

б) вариконд

в) полярный конденсатор

г) подстроечный конденсатор

д) переменный конденсатор

a) головной телефон

б) громкоговоритель (динамик)

в) общее обозначение микрофона

г) электретный микрофон

Диоды

а) диодный мост

б) общее обозначение диода

в) стабилитрон

г) двусторонний стабилитрон

д) двунаправленный диод

е) диод Шоттки

ж) туннельный диод

з) обращенный диод

и) варикап

к) светодиод

л) фотодиод

м) излучающий диод в оптроне

н) принимающий излучение диод в оптроне

а) амперметр

б) вольтметр

в) вольтамперметр

г) омметр

д) частотомер

е) ваттметр

ж) фарадометр

з) осциллограф

Катушки индуктивности

а) катушка индуктивности без сердечника

б) катушка индуктивности с сердечником

в) подстроечная катушка индуктивности

Трансформаторы

а) общее обозначение трансформатора

б) трансформатор с выводом из обмотки

в) трансформатор тока

г) трансформатор с двумя вторичными обмотками (может быть и больше)

д) трехфазный трансформатор

Устройства коммутации

а) замыкающий

б) размыкающий

в) размыкающий с возвратом (кнопка)

г) замыкающий с возвратом (кнопка)

д) переключающий

е) геркон

Предохранители

а) общее обозначение

б) выделена сторона, которая остается под напряжением при перегорании предохранителя

в) инерционный

г) быстродействующий

д) термическая катушка

е) выключатель-разъединитель с плавким предохранителем

Фоторезистор

Фотодиод

Фотоэлемент (солнечная панель)

Фототиристор

Фототранзистор

Оптоэлектронные приборы

Диодная оптопара

Резисторная оптопара

Транзисторная оптопара

Тиристорная оптопара

Симисторная оптопара

Кварцевый резонатор

а) лампа накаливания

б) неоновая лампа

в) люминесцентная лампа

Если Вам проще по видео понять, вот можете посмотреть:

https://youtube.com/watch?v=qMg7e5qcrIw

Особенности обозначения цифр

Обозначение цифр на письме происходило слева направо. Исключение составляли числа с «11» до «19». Они писались справа налево. Исторически это сохранилось в названиях современных числительных (один-на-дцать, две-на-дцать и т. д., то есть первой стоит буква, обозначающая единицы, второй — десятки). Каждая буква алфавита обозначала цифры с 1 до 9, с 10 до 90, с 100 до 900.

Не все буквы славянского алфавита применялись для обозначения цифр. Так, «Ж» и «Б» не использовались для нумерации. Их просто не было в греческом алфавите, который был принят в качестве образца). Также отсчет начинался с единицы, а не с привычного для нас нуля.

Иногда на монетах использовалась смешанная система обозначения цифр — из кириллицы и арабских букв. Чаще всего использовались только строчные буквы.

Когда славянские символы из алфавита обозначают цифры, некоторые из них меняют свою конфигурацию. Например, буква «i» в этом случае пишется без точки со знаком «титло» и означает 10. Цифра 400 могла быть написана двумя способами, в зависимости от географического положения монастыря. Так, в старорусских печатных летописях характерно для этой цифры использование буквы «ика», а в староукраинских — «ижицы».

2.1. Общие правила построения УГО

Элементам, не входящим в устройства, позиционные обозначения присваивают, начиная с единицы, по правилам, установленным в 5. Допускается отделять такие элементы друг от друга штриховой линией черт.

Групповую метку располагают над группой меток, которые должны быть записаны без интервала между строками черт.

Эту метку проставляют над группами выводов, к которым она относится, отделяя от них интервалом.

Отключают и включают в работу определенные участки сети, по мере необходимости. Размеры УГО в электрических схемах. С — символ переменного и постоянного напряжения, используется в тех случаях, когда устройство может быть запитано от любого из этих источников. При этом метки выводов присваивают одним из способов, представленных на черт.

1 Область применения

Если несколько последовательных выводов имеют части меток, отражающие одинаковые функции, то такие выводы могут быть объединены в группу выводов, а эта часть метки выносится в групповую метку. Допускается опускать пробел между группами выводов, имеющих метку более высокого порядка.

Размеры условных графических обозначений, а также толщины их линий должны быть одинаковыми на всех схемах для данного изделия установки. Если невозможно указать характеристики или параметры входных и выходных цепей изделия, то рекомендуется указывать наименование цепей или контролируемых величин. Монтажную логику можно рассматривать условно как элемент, который изображают в виде УГО элемента монтажной логики черт. Иногда можно услышать, как такой документ называют схемой электроснабжения, это неверно, поскольку последняя отображает способ подключения потребителей к подстанции или другому источнику питания.

Их сочетание по специальной системе, которая предусмотрена стандартом, дает возможность легко изобразить все, что требуется: различные электрические аппараты, приборы, электрические машины, линии механической и электрической связей, виды соединений обмоток, род тока, характер и способы регулирования и т. УГО элемента выполняют без дополнительных полей или без правого или левого дополнительного поля, в следующих случаях: все выводы логически равнозначны; функции выводов однозначно определяются функцией элемента. В этом случае существует хотя бы одно логическое соединение между данными элементами.

Допускается дополнять обозначение зависимости меткой, поясняющей функциональное назначение вывода, которая помещается в круглых скобках. Если в состав изделия входит несколько одинаковых устройств, то позиционные обозначения элементам следует присваивать в пределах этих устройств. Порядок расположения контактов в таблице определяется удобством построения схемы. Так, например, существует три типа контактов — замыкающий, размыкающий и переключающий. Щетка: на контактном кольце 2. Как нарисовать розетки, выключатели и лампы на плане квартиры.

https://youtube.com/watch?v=zHJXlr-sxws

Smd транзисторы