7.Транзисторы. Определение. Классификация, условные обозначения (включая полевые транзисторы).
Транзистор — радиоэлектронный компонент из полупроводникового материала, обычно с тремя выводами, позволяющий входным сигналам управлять током в электрической цепи. Обычно используется для усиления, генерирования и преобразования электрических сигналов. На принципиальных схемах обозначается «VT» или «Q».
Классификация:
1.По основному полупроводниковому материалу: германиевые, кремниевые, арсенид-галлиевые.
2.По структуре:
-Биполярные( n-p-n структуры, «обратной проводимости»; p-n-p структуры, «прямой проводимости».
-Полевые (с p-n переходом; с изолированным затвором).
3.Комбинированные транзисторы: транзисторы со встроенными резисторами; транзистор Дарлингтона; лямбда-диод; биполярный транзистор с изолированным затвором.
4.По мощности:
По рассеиваемой в виде тепла мощности различают: маломощные транзисторы до 100 мВт, транзисторы средней мощности от 0,1 до 1 Вт, мощные транзисторы (больше 1 Вт).
5.По исполнению:
дискретные транзисторы
корпусные (для свободного монтажа, для установки на радиатор, для автоматизированных систем пайки).
безкорпусные
транзисторы в составе интегральных схем.
6.По материалу и конструкции корпуса (метало-стеклянный, пластмассовый, керамический).
7.Прочие (одноэлектронные, биотранзистор).
Обозначение транзисторов разных типов. Условные обозначения: Э — эмиттер, К — коллектор, Б — база; З — затвор, И — исток, С — сток.
8.Структура и принцип работы биполярного транзистора в режиме усиления.
В зависимости от сочетания знаков и значений напряжений на p-n-переходах транзистора различают следующие режимы его работы:
а) активный режим – на эмиттерный переход подано прямое напряжение, а на коллекторный переход – обратное;
б) режим отсечки – на оба перехода поданы обратные напряжения (транзистор заперт);
в) режим насыщения – на оба перехода поданы прямые напряжения (транзистор полностью открыт);
г) инверсный активный режим – напряжение на эмиттерном переходе обратное, на коллекторном – прямое.
Режимы отсечки и насыщения характерны для работы транзистора в качестве электронного ключа; активный режим используют при работе транзистора в усилителях. Инверсное включение используется редко, например, в схемах двунаправленных переключателей, при этом транзисторы должны иметь симметричные свойства в обоих направлениях.
В режиме отсечки оба перехода заперты, через них проходят незначительные обратные токи, что эквивалентно большому сопротивлению переходов. В первом приближении можно считать, что все токи равны нулю, а между выводами транзистора имеет место разрыв.
В режиме насыщения через оба перехода проходит большой прямой ток. В первом приближении можно считать все выводы закороченными. Через смещенный в прямом направлении эмиттерный переход проходит достаточно большой прямой ток, обусловленный движением основных носителей заряда (в данном случае – электронов). Электроны пролетают через p-n-переход и инжектируются (впрыскиваются) в область базы; при этом дырки из области базы проходят через переход в эмиттер (для них p-n-переход также смещен в прямом направлении). Но поскольку эмиттер имеет большую концентрацию примесей, то поток электронов из эмиттера в базу намного сильнее потока дырок из базы в эмиттер. Именно электронный поток и является главным действующим лицом в транзисторе типа n -p-n (аналогично дырки – в транзисторе типа p-n-р).
Из-за диффузии и дрейфа (в дрейфовых транзисторах) электроны движутся в сторону коллекторного перехода, стремясь равномерно распределиться в толще базы. Так как база имеет очень малую толщину и малое число дырок, большинство разогнавшихся еще в эмиттере электронов не успевает рекомбинировать в базе, они достигают коллекторного p-n-перехода, где для них, как для неосновных носителей в области базы, обратное напряжение перехода не является барьером, и уже в коллекторе электроны попадают под притягивающее действие приложенного внешнего напряжения, образуя во внешней цепи коллекторный ток IК .
В результате рекомбинации части электронов с дырками базы образуется ток базы IБ, направленный в противоположную от коллектора сторону, и коллекторный ток оказывается несколько меньше эмиттерного. Через коллектор также течет обратный ток неосновных носителей – дырок, вызванный обратным смещением коллекторного перехода.
Графическое обозначение радиодеталей на схемах
Эти детали предназначаются для регулирования силы тока в цепи. Постоянные резисторы обладают определенной и неизменной величиной сопротивления. У переменных сопротивление находится в интервале от нуля до установленного максимального значения. Названия и условные обозначения этих радиодеталей на схеме регламентируются ГОСТом 2.728-74 ЕСКД. В общем случае на чертеже они представляют собой прямоугольник с двумя выводами. Американские производители обозначают резисторы на схемах зигзагообразной линией. 
изображение резисторов на схемах 
изображение резисторов на принципиальных схемах
Постоянные резисторы
Переменные резисторы
- Последовательное. Конечный вывод одной детали соединяется с начальным выводом другой. По всем элементам цепи протекает общий ток. Подключение каждого последующего резистора увеличивает сопротивление.
- Параллельное. Начальные выводы всех сопротивлений соединяются в одной точке, конечные – в другой. Ток проходит по каждому резистору. Общее сопротивление в такой цепи всегда меньше, чем сопротивление отдельного резистора.
- Смешанное. Это наиболее популярный тип соединения деталей, объединяющий два описанных выше.
Конденсаторы
- Конденсаторы с постоянной емкостью. Около значка ставится буква «С», порядковый номер детали, значение номинальной емкости.
- С переменной емкостью. Около графического значка проставляются значения минимальной и максимальной емкости.
Диоды и стабилитроны
графическое изображение диодов и стабилитронов на схемах Диод – полупроводниковый прибор, предназначенный для пропускания электрического тока в одну сторону и создания препятствий для его протекания в противоположную. Этот радиоэлемент обозначается в виде треугольника (анода), вершина которого направлена в сторону протекания тока. Перед вершиной треугольника располагают черту (катод). Стабилитрон – разновидность полупроводникового диода. Стабилизирует приложенное к выводам напряжение обратной полярности. Стабистор – диод, к выводам которого прилагается напряжение прямой полярности.
Транзисторы
Транзисторы – полупроводниковые приборы, используемые для генерации, усиления и преобразования электрических колебаний. С их помощью контролируют и регулируют напряжение в цепи. Отличаются разнообразием конструкций, диапазонов частот, форм и размеров. Наиболее популярны биполярные транзисторы, обозначаемые на схемах буквами VT. Для них характерна одинаковая электропроводность коллектора и эмиттера. графическое изображение транзисторов на схемах
Микросхемы
Микросхемы – это сложные по составу электронные компоненты. Представляют собой полупроводниковую подложку, в которую интегрируют резисторы, конденсаторы, диоды и другие радиодетали. Служат для преобразования электроимпульсов в цифровые, аналоговые, аналогово-цифровые сигналы. Изготавливаются в корпусе или без него. Правила условного графического обозначения (УГО) цифровых и микропроцессорных микросхем регламентируются ГОСТом 2.743-91 ЕСКД. Согласно им, УГО имеет форму прямоугольника. На схеме показывают линии подвода к нему. Прямоугольник состоит только из основного поля или основного и двух дополнительных. В основном поле в обязательном порядке указывают функции, выполняемые элементом. В дополнительных полях обычно расшифровывают назначения выводов. Основные и дополнительные поля могут разделяться или не разделяться сплошной линией. графическое изображение микросхем
Кнопки, реле, переключатели
- Кнопка представляет собой двухконтактный прибор, служащий для краткосрочного соединения частей электроцепи способом нажатия.
- Выключатель – двухконтактное устройство, предназначенное для соединения и размыкания электроцепи.
- Переключатель – трехконтактный прибор, служащий для переключения электроцепей. Один контакт может находиться в двух разных положениях. изображение элементов электрической цепи
- Реле – электроприбор, который служит для переключения электроцепей путем подачи напряжения на электрическую обмотку. Если в реле присутствует несколько групп контактов, то им присваивают порядковые номера. Контакты могут быть замыкающими, размыкающими, переключающими.
Условное обозначение транзисторов на схемах
Транзистор (от английских слов transfer) — переносить и (re)sistor — сопротивление) — полупроводниковый прибор, предназначенный для усиления, генерирования и преобразования электрических колебаний. Наиболее распространены так называемые биполярные транзисторы. Электропроводность эмиттера и коллектора всегда одинаковая (p или n), базы — противоположная (n или p). Иными словами, биполярный транзистор содержит два р-n-перехода: один из них соединяет базу с эмиттером (эмиттерный переход), другой — с коллектором (коллекторный переход).
Буквенный код транзисторов — латинские буквы VT. На схемах эти полупроводниковые приборы обозначают, как показано на рис. 1. Здесь короткая черточка с линией от середины символизирует базу, две наклонные линии, проведенные к ее краям под углом 60°, — эмиттер и коллектор. Об электропроводности базы судят по символу эмиттера: если его стрелка направлена к базе (см. рис. 1, VT1), то это означает, что эмиттер имеет электропроводность типа р, а база— типа n, если же стрелка направлена в противоположную сторону (VT2), электропроводность эмиттера и базы обратная.
Знать электропроводность эмиттера базы и коллектора необходимо для того, чтобы правильно подключить транзистор к источнику питания. В справочниках эту информацию приводят в виде структурной формулы. Транзистор, база которого имеет электропроводимость типа n, обозначают формулой p-n-p, а транзистор с базой, имеющей электропроводность типа p-n-p. В первом случае на базу и коллектор следует подавать отрицательное по отношению к эмиттеру напряжение, во втором — положительное.
Для наглядности условное графическое обозначение дискретного транзистора обычно помещают в кружок, символизирующий его корпус. Иногда металлический корпус соединяют с одним из выводов транзистора. На схемах это показывается точкой в месте пересечения соответствующего вывода с символом корпуса. Если же корпус снабжен отдельным выводом, линию-вывод допускается присоединять к кружку без точки (VT3 на рис. 1). В целях повышения информативности схем рядом с позиционным обозначением транзистора допускается указывать его тип.
Линии электрической связи, идущие от эмиттера и коллектора проводят в одном из двух направлений: перпендикулярно или параллельно выводу базы (VT3-VT5). Излом вывода базы допускается лишь на некотором расстоянии от символа корпуса (VT4).
Транзистор может иметь несколько эмиттерных областей (эмиттеров). В этом случае символы эмиттеров обычно изображают с одной стороны символа базы, а окружность обозначения корпуса заменяют овалом (рис. 1, VT6).
Стандарт допускает изображать транзисторы и без символа корпуса, например, при изображении бескорпусных транзисторов или когда на схеме необходимо показать транзисторы, входящие в состав сборки транзисторов или интегральной схемы.
Поскольку буквенный код VT предусмотрен для обозначения транзисторов, выполненных в виде самостоятельного прибора, транзисторы сборок обозначают одним из следующих способов: либо используют код VT и присваивают им порядковые номера наряду с другими транзисторами (В этом случае на поле схемы помещают такую, например, запись: VT1-VT4 К159НТ1), либо используют код аналоговых микросхем (DA) и указывают принадлежность транзисторов в сборке в позиционном обозначении (рис. 2, DA1.1, DA1.2). У выводов таких транзисторов, как правило, приводят условную нумерацию, присвоенную выводам корпуса, в котором выполнена матрица.
Без символа корпуса изображают на схемах и транзисторы аналоговых и цифровых микросхем (для примера на рис. 2 показаны транзисторы структуры n-p-n с тремя и четырьмя эмиттерами).
Условные графические обозначения некоторых разновидностей биполярных транзисторов получают введением в основной символ специальных знаков. Так, чтобы изобразить лавинный транзистор, между символами эмиттера и коллектора помещают знак эффекта лавинного пробоя (см. рис. 3, VTl, VT2). При повороте обозначения транзистора на схеме положение этого знака должно оставаться неизменным.
Иначе построено обозначение однопереходного транзистора: у него один p-n-переход, но два вывода базы. Символ эмиттера в обозначении этого транзистора проводят к середине символа базы (рис. 3, VT3, VT4). Об электропроводности последней судят по символу эмиттера (направлению стрелки).
На символ однопереходного транзистора похоже обозначение большой группы транзисторов с p-n-переходом, получивших название полевых. Основа такого транзистора — созданный в полупроводнике и снабженный двумя выводами (исток и сток) канал с электропроводностью n или p-типа. Сопротивлением канала управляет третий электрод — затвор. Канал изображают так же, как и базу биполярного транзистора, но помещает в середине кружка-корпуса (рис. 4, VT1), символы истока и стока присоединяют к нему с одной стороны, затвора — с другой стороны на продолжении линии истока. Электропроводность канала указывают стрелкой на символе затвора (на рис. 4 условное графическое обозначение VT1 символизирует транзистор с каналом n-типа, VT2 — с каналом p-типа).
В условном графическом обозначении полевых транзисторов с изолированным затвором (его изображают черточкой, параллельной символу канала с выводом на продолжении линии истока) электропроводность канала показывают стрелкой, помещенной между символами истока и стока. Если стрелка направлена к каналу, то это значит, что изображен транзистор с каналом n-типа, а если в противоположную сторону (см. рис. 4, VT3) — с каналом р-типа. Аналогично поступают при наличии вывода от подложки (VT4), а также при изображении полевого транзистора с так называемым индуцированным каналом, символ которого — три коротких штриха (см. рис. 4, VT5, VT6). Если подложка соединена с одним из электродов (обычно с истоком), это показывают внутри обозначения без точки (VT7, VT8).
В полевом транзисторе может быть несколько затворов. Изображают их более короткими черточками, причем линию-вывод первого затвора обязательно помещают на продолжении линии истока (VT9).
Линии-выводы полевого транзистора допускается изгибать лишь на некотором расстоянии от символа корпуса (см. рис. 4, VT1). В некоторых типах полевых транзисторов корпус может быть соединен с одним из электродов или иметь самостоятельный вывод (например, транзисторы типа КП303).
Из транзисторов, управляемых внешними факторами, широкое применение находят фототранзисторы. В качестве примера на рис. 5 показаны условные графические обозначения фототранзисторов с выводом базы (VT1, VT2) и без него (VT3). Наряду с другими полупроводниковыми приборами, действие которых основано на фотоэлектрическом эффекте, фототранзисторы могут входить в состав оптронов. Обозначение фототранзистора в этом случае вместе с обозначением излучателя (обычно светодиода) заключают в объединяющий их символ корпуса, а знак фотоэффекта — две наклонные стрелки заменяют стрелками, перпендикулярными символу базы.
Для примера на рис. 5 изображена одна из оптопар сдвоенного оптрона (об этом говорит позиционное обозначение U1.1). Аналогично строится обозначение оптрона с составным транзистором (U2).
8. Транзисторы
Транзистор (от английских слов tran(sfer) — переносить и (re)sistor — сопротивление) — полупроводниковый прибор, предназначенный для усиления, генерирования и преобразования электрических колебаний. Наиболее распространены так называемые биполярные транзисторы. Электропроводность эмиттера и коллектора всегда одинаковая (р или n), базы — противоположная (n или р). Иными словами, биполярный транзистор содержит два р-n-перехода: один из них соединяет базу с эмиттером (эмиттерный переход), другой — с коллектором (коллекторный переход).
Буквенный код транзисторов — латинские буквы VT. На схемах эти полупроводниковые приборы обозначают, как показано на рис. 8.1 [5]. Здесь короткая черточка с линией от середины символизирует базу, две наклонные линии, проведенные к ее краям под углом 60°, — эмиттер и коллектор. Об электропроводности базы судят по символу эмиттера: если его стрелка направлена к базе (см. рис. 8.1, VT1), то это означает, что эмиттер имеет электропроводность типа р, а база— типа n; если же стрелка направлена в противоположную сторону (VT2), электропроводность эмиттера и базы обратная.
Знать электропроводность эмиттера базы и коллектора необходимо для того, чтобы правильно подключить транзистор к источнику питания. В справочниках эту информацию приводят в виде структурной формулы. Транзистор, база которого имеет электропроводимость типа n, обозначают формулой р-п-р, а транзистор с базой, имеющей электропроводность типа р, обозначают формулой n-р-n. В первом случае на базу и коллектор следует подавать отрицательное по отношению к эмиттеру напряжение, во втором — положительное.
Для наглядности условное графическое обозначение дискретного транзистора обычно помещают в кружок, символизирующий его корпус. Иногда металлический корпус соединяют с одним из выводов транзистора. На схемах это показывается точкой в месте пересечения соответствующего вывода с символом корпуса. Если же корпус снабжен отдельным выводом, линию-вывод допускается присоединять к кружку без точки (VT3 на рис. 8.1). В целях повышения информативности схем рядом с позиционным обозначением транзистора допускается указывать его тип.
Линии электрической связи, идущие от эмиттера и коллектора проводят в одном из двух направлений: перпендикулярно или параллельно выводу базы (VT3—VT5). Излом вывода базы допускается лишь на некотором расстоянии от символа корпуса (VT4).
Транзистор может иметь несколько эмиттерных областей (эмиттеров). В этом случае символы эмиттеров обычно изображают с одной стороны символа базы, а окружность обозначения корпуса заменяют овалом (рис. 8.1, VT6).
Стандарт допускает изображать транзисторы и без символа корпуса, например, при изображении бескорпусных транзисторов или когда на схеме необходимо показать транзисторы, входящие в состав сборки транзисторов или интегральной схемы.
Поскольку буквенный код VT предусмотрен для обозначения транзисторов, выполненных в виде самостоятельного прибора, транзисторы сборок обозначают одним из следующих способов: либо используют код VT и присваивают им порядковые номера наряду с другими транзисторами (В этом случае на поле схемы помещают такую, например, запись: VT1-VT4 К159НТ1), либо используют код аналоговых микросхем (DA) и указывают принадлежность транзисторов в сборке в позиционном обозначении (рис. 8.2, DA1.1, DA1.2). У выводов таких транзисторов, как правило, приводят условную нумерацию, присвоенную выводам корпуса, в котором выполнена матрица.
Без символа корпуса изображают на схемах и транзисторы аналоговых и цифровых микросхем (для примера на рис. 8.2 показаны транзисторы структуры п-р-п с тремя и четырьмя эмиттерами).
Условные графические обозначения некоторых разновидностей биполярных транзисторов получают введением в основной символ специальных знаков. Так, чтобы изобразить лавинный транзистор, между символами эмиттера и коллектора помещают знак эффекта лавинного пробоя (см. рис. 8.3, VT1, VT2). При повороте УГО положение этого знака должно оставаться неизменным.
Иначе построено УГО однопереходного транзистора: у него один р-п-переход, но два вывода базы. Символ эмиттера в УГО этого транзистора проводят к середине символа базы (рис. 8.3, VT3, VT4). Об электропроводности последней судят по символу эмиттера (направлению стрелки).
На символ однопереходного транзистора похоже УГО большой группы транзисторов с p-n-переходом, получивших название полевых. Основа такого транзистора — созданный в полупроводнике и снабженный двумя выводами (исток и сток) канал с электропроводностью п или р-типа. Сопротивлением канала управляет третий электрод — затвор. Канал изображают так же, как и базу биполярного транзистора, но помещает в середине кружка-корпуса (рис. 8.4, VT1), символы истока и стока присоединяют к нему с одной стороны, затвора — с другой стороны на продолжении линии истока. Электропроводность канала указывают стрелкой на символе затвора (на рис. 8.4 условное графическое обозначение VT1 символизирует транзистор с каналом п-типа, VT1 — с каналом p-типа).
В условном графическом обозначении полевых транзисторов с изолированным затвором (его изображают черточкой, параллельной символу канала с выводом на продолжении линии истока) электропроводность канала показывают стрелкой, помещенной между символами истока и стока. Если стрелка направлена к каналу, то это значит, что изображен транзистор с каналом n-типа, а если в противоположную сторону (см. рис. 8.4, VT3) — с каналом p-типа. Аналогично поступают при наличии вывода от подложки (VT4), а также при изображении полевого транзистора с так называемым индуцированным каналом, символ которого — три коротких штриха (см. рис. 8.4, VT5, VT6). Если подложка соединена с одним из электродов (обычно с истоком), это показывают внутри УГО без точки (VT1, VT8).
В полевом транзисторе может быть несколько затворов. Изображают их более короткими черточками, причем линию-вывод первого затвора обязательно помещают на продолжении линии истока (VT9).
Линии-выводы полевого транзистора допускается изг[цензура] лишь на некотором расстоянии от символа корпуса (см. рис. 8.4, VT2). В некоторых типах полевых транзисторов корпус может быть соединен с одним из электродов или иметь самостоятельный вывод (например, транзисторы типа КПЗ03).
Из транзисторов, управляемых внешними факторами, широкое применение находят фототранзисторы. В качестве примера на рис. 8.5 показаны условные графические обозначения фототранзисторов с выводом базы (FT1, VT2) и без него (К73). Наряду с другими полупроводниковыми приборами, действие которых основано на фотоэлектрическом эффекте, фототранзисторы могут входить в состав оптронов. УГО фототранзистора в этом случае вместе с УГО излучателя (обычно светодиода) заключают в объединяющий их символ корпуса, а знак фотоэффекта — две наклонные стрелки заменяют стрелками, перпендикулярными символу базы.
Для примера на рис. 8.5 изображена одна из оптопар сдвоенного оптрона (об этом говорит позиционное обозначение U1.1), Аналогично строится У ГО оптрона с составным транзистором (U2).