Что такое hfe. Транзисторы: схема, принцип работы,​ чем отличаются биполярные и полевые

Процедура HFE Hear Follicle Extraction - брэндовое название методики трансплантации, сочетающая безоперационные методики FUE hand (изъятие волос) и FUI (трансплантация волос) и используя фиксированные ультрасовременные микрохирургические инструменты 0,5-0,9 мм, являясь по сути полностью безоперационной процедурой, с учетом новейших достижений развития медицины и использования многолетнего практического опыта наших специалистов по пересадке волос.

Сама методика FUE выполняется способом HFE (hand follicul extration), т.е. руками Доктора, без привлечения механизмов. Методика FUI выполняется специальным микроинструментом-имплантером Choi, аналогов которого нет в Росии.

Технология пересадки волос HFE - полностью безоперационная амбулаторная процедура, без единого разреза ни в зоне забора волос, ни в зоне их пересадки, абсолютно безболезненна, не повреждает кожи головы и не оставляет рубцов. Пересадка волос проводится без хирургического вмешательства в течение нескольких часов, под местной анестизией путем пересадки Ваших волос и позволяющая пересадить в проблемную зону до 6000-6500 FU (6-7 ст по Норвуду) за одну процедуру, за несколько часов (10-12 часов). Поэтому, соответственно, никаких послеоперационных осложнений (типа посттравматического отека, онемения кожи, синяков и других) не существует.

Ваш внешний вид не страдает, и Вы не теряете своей трудоспособности. Область забора волос и зона пересадки целы и выглядят эстетически привлекательно. После процедуры остаются маленькие микроранки (как после медицинского укола), которые заживают за 3-5 суток.

Пересаженные методом HFE волосы гарантированно вырастут (в соответствии со своим циклом в течение одного года) и уже никогда не выпадут. Через 3-4 месяца вырастут около 30% от пересаженных волос, через 6 месяцев - 50-60% и только через 10-12 месяцев - все 100%. НАГДЯДНОЕ сравнение методов по пересадке волос

Транзистор - повсеместный и важный компонент в современной микроэлектронике. Его назначение простое: он позволяет с помощью слабого сигнала управлять гораздо более сильным.

В частноти, его можно использовать как управляемую «заслонку»: отсутствием сигнала на «воротах» блокировать течение тока, подачей - разрешать. Иными словами: это кнопка, которая нажимается не пальцем, а подачей напряжения. В цифровой электронике такое применение наиболее распространено.

Транзисторы выпускаются в различных корпусах: один и тот же транзистор может внешне выглядеть совершенно по разному. В прототипировании чаще остальных встречаются корпусы:

TO-92 - компактный, для небольших нагрузок

TO-220AB - массивный, хорошо рассеивающий тепло, для больших нагрузок

Обозначение на схемах также варьируется в зависимости от типа транзистора и стандарта обозначений, который использовался при составлении. Но вне зависимости от вариации, его символ остаётся узнаваемым.

Биполярные транзисторы

Биполярные транзисторы (BJT, Bipolar Junction Transistors) имеют три контакта:

Коллектор (collector) - на него подаётся высокое напряжение, которым хочется управлять

База (base) - через неё подаётся небольшой ток , чтобы разблокировать большой; база заземляется, чтобы заблокировать его

Эмиттер (emitter) - через него проходит ток с коллектора и базы, когда транзистор «открыт»

Основной характеристикой биполярного транзистора является показатель h fe также известный, как gain. Он отражает во сколько раз больший ток по участку коллектор–эмиттер способен пропустить транзистор по отношению к току база–эмиттер.

Например, если h fe = 100, и через базу проходит 0.1 мА, то транзистор пропустит через себя как максимум 10 мА. Если в этом случае на участке с большим током находится компонент, который потребляет, например 8 мА, ему будет предоставлено 8 мА, а у транзистора останется «запас». Если же имеется компонент, который потребляет 20 мА, ему будут предоставлены только максимальные 10 мА.

Также в документации к каждому транзистору указаны максимально допустимые напряжения и токи на контактах. Превышение этих величин ведёт к избыточному нагреву и сокращению службы, а сильное превышение может привести к разрушению.

NPN и PNP

Описанный выше транзистор - это так называемый NPN-транзистор. Называется он так из-за того, что состоит из трёх слоёв кремния, соединённых в порядке: Negative-Positive-Negative. Где negative - это сплав кремния, обладающий избытком отрицательных переносчиков заряда (n-doped), а positive - с избытком положительных (p-doped).

NPN более эффективны и распространены в промышленности.

PNP-транзисторы при обозначении отличаются направлением стрелки. Стрелка всегда указывает от P к N. PNP-транзисторы отличаются «перевёрнутым» поведением: ток не блокируется, когда база заземлена и блокируется, когда через неё идёт ток.

Полевые транзисторы

Полевые транзисторы (FET, Field Effect Transistor) имеют то же назначение, но отличаются внутренним устройством. Частным видом этих компонентов являются транзисторы MOSFET (Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor). Они позволяют оперировать гораздо большими мощностями при тех же размерах. А управление самой «заслонкой» осуществляется исключительно при помощи напряжения : ток через затвор, в отличие от биполярных транзисторов, не идёт.

Полевые транзисторы обладают тремя контактами:

Сток (drain) - на него подаётся высокое напряжение, которым хочется управлять

Затвор (gate) - на него подаётся напряжение, чтобы разрешить течение тока; затвор заземляется, чтобы заблокировать ток.

Исток (source) - через него проходит ток со стока, когда транзистор «открыт»

N-Channel и P-Channel

По аналогии с биполярными транзисторами, полевые различаются полярностью. Выше был описан N-Channel транзистор. Они наиболее распространены.

P-Channel при обозначении отличается направлением стрелки и, опять же, обладает «перевёрнутым» поведением.

Подключение транзисторов для управления мощными компонентами

Типичной задачей микроконтроллера является включение и выключение определённого компонента схемы. Сам микроконтроллер обычно имеет скромные характеристики в отношении выдерживаемой мощности. Так Ардуино, при выдаваемых на контакт 5 В выдерживает ток в 40 мА. Мощные моторы или сверхъяркие светодиоды могут потреблять сотни миллиампер. При подключении таких нагрузок напрямую чип может быстро выйти из строя. Кроме того для работоспособности некоторых компонентов требуется напряжение большее, чем 5 В, а Ардуино с выходного контакта (digital output pin) больше 5 В не может выдать впринципе.

Зато, его с лёгкостью хватит для управления транзистором, который в свою очередь будет управлять большим током. Допустим, нам нужно подключить длинную светодиодную ленту, которая требует 12 В и при этом потребляет 100 мА:

Теперь при установке выхода в логическую единицу (high), поступающие на базу 5 В откроют транзистор и через ленту потечёт ток - она будет светиться. При установке выхода в логический ноль (low), база будет заземлена через микроконтроллер, а течение тока заблокированно.

Обратите внимание на токоограничивающий резистор R . Он необходим, чтобы при подаче управляющего напряжения не образовалось короткое замыкание по маршруту микроконтроллер - транзистор - земля. Главное - не превысить допустимый ток через контакт Ардуино в 40 мА, поэтому нужно использовать резистор номиналом не менее:

здесь U d - это падение напряжения на самом транзисторе. Оно зависит от материала из которого он изготовлен и обычно составляет 0.3 – 0.6 В.

Но совершенно не обязательно держать ток на пределе допустимого. Необходимо лишь, чтобы показатель gain транзистора позволил управлять необходимым током. В нашем случае - это 100 мА. Допустим для используемого транзистора h fe = 100, тогда нам будет достаточно управляющего тока в 1 мА

Нам подойдёт резистор номиналом от 118 Ом до 4.7 кОм. Для устойчивой работы с одной стороны и небольшой нагрузки на чип с другой, 2.2 кОм - хороший выбор.

Если вместо биполярного транзистора использовать полевой, можно обойтись без резистора:

это связано с тем, что затвор в таких транзисторах управляется исключительно напряжением: ток на участке микроконтроллер - затвор - исток отсутствует. А благодаря своим высоким характеристикам схема с использованием MOSFET позволяет управлять очень мощными компонентами.

Итак, давайте заранее договоримся, что в своих примерах мы будем использовать схему с ОЭ (Общим Эмиттером):

Плюсы этой схемы таковы, что эта схема усиливает и по напряжению, и по току. Поэтому, это схема чаще всего используется в электронике.

Ну что же, начнем изучение усилительных свойств транзистора именно с этой схемы. Есть у этой схемки очень интересный параметр. Называется он коэффициент усиления по току в схеме с Общим Эмиттером и обозначается буквой β (бета). Этот коэффициент показывает во сколько раз коллекторный ток превышает базовый в активном режиме работы транзистора

Также частенько, особенно на мультиметрах, его обозначают как h21э или Hfe .

Находим бету на практике

Давайте соберем схемку, с помощью которой, думаю, все встанет на свои места. С помощью этой схемы мы будет приблизительно замерять коэффициент β .

Для NPN транзистора схема будет выглядеть следующим образом:

Для PNP транзистора вот так:

Так как его проводимость NPN, следовательно, будем использовать вот эту схему:

Итак, что мы тут видим? Есть транзистор, два блока питания и два амперметра. Один амперметр ставим на измерение микроампер (мкА), а второй на измерение миллиампер (мА). На блоке питания Bat 2 выставим напряжение в 9 Вольт. Блок питания Bat 1 у нас со стрелочкой. Значит его значение будем менять от 0 и до 1-ого Вольта.

Схема у нас с ОЭ. Через базу-эмиттер и далее по контуру у нас протекает базовый ток I Б , а через коллектор-эмиттер и далее по контуру несется коллекторный ток I К . Для того, чтобы замерить этот ток (силу тока), мы в разрыв цепи цепанули по амперметру. Остается дело за малым. Замерить базовый ток (I Б) , замерить коллекторный ток (I К) и потом тупо разделить ток коллектора на ток базы. И из этого отношения мы приблизительно найдем коэффициент β . Все просто).

Вот два Блока питания :

Выставляем на Bat 2 напряжение в 9 Вольт:

Вся схема выглядит примерно вот так

Желтый мультиметр у нас будет замерять миллиамперы, а красный – микроамперы, поэтому на запятую на красном мультиметре не обращаем внимания.

Добавляем напряжение на Bat 1 от 0,6 Вольт и крутим крутилку до 1 Вольта, не забывая при этом фотографировать результаты. Высчитываем коэффициент β для некоторых замеров:

24,6мА/0,23мА=107

50,6мА/0,4мА=126,5

53,4мА/0,44мА=121,4

91,1мА/0,684мА=133,2

99,3мА/0,72мА=137,9

124,6мА/0,827мА=150,6

173,3мА/1,095мА=158

Находим среднее арифметическое:

β≈(107+126,5+121,4+133,2+137,9+150,6+158)/7=133

В даташите на КТ815Б коэффициент β может иметь значение в диапазоне от 50 и до 350. Наш коэффициент вполне укладывается в этот диапазон, значит транзистор жив и здоров. Усиливать будет.

Хочу добавить, что истинное значение коэффициента β измеряется чуток по другому. Для определения истинного значения надо измерять не постоянные токи, как мы это делали, а очень малые приращения этих токов, то есть производить измерения на переменном токе и малом сигнале:

При малом постоянном токе измеренное значение коэффициента бета меньше чем реальное, а при большом постоянном токе больше, чем реальное. Истина где-то посередине. Радиолюбители – народ не привередливый и в полевых условиях главное приблизительно узнать значение β .

Также мне очень понравился видео про биполярный транзистор от Паяльник ТВ. Рекомендую к просмотру в обязательном порядке:

Транзистор – полупроводниковый прибор, основное назначение которого – использование в схемах для усиления или генерирования сигналов, а также для электронных ключей.

В отличие от диода, транзистор имеет два p-n-перехода, соединенных последовательно. Между переходами располагаются зоны, имеющие разную проводимость (типа «n» или типа «р»), к которым подключаются выводы для подключения. Вывод от средней зоны называется «базой», а от крайних – «коллектор» и «эмиттер».

Разница между зонами «n» и «p» состоит в том, что у первой есть свободные электроны, а у второй – так называемые «дырки». Физически «дырка» означает нехватку электрона в кристалле. Электроны под действием поля, создаваемого источником напряжения, двигаются от минуса к плюсу, а «дырки» — наоборот. При соединении между собой областей с разной проводимостью электроны и «дырки» диффузируют и на границе соединения образуется область, называемая p-n-переходом. За счет диффузии область «n» оказывается заряженной положительно, а «р» — отрицательно, а между областями с различной проводимостью возникает собственное электрическое поле, сосредоточенное в области p-n-перехода.

При подключении плюсового вывода источника к области «р», а минуса – к «n» его электрическое поле компенсирует собственное поле p-n-перехода, и через него проходит электрический ток. При обратном подключении поле от источника питания складывается с собственным, увеличивая его. Переход запирается, и ток через него не проходит.

В составе транзистора есть два перехода: коллекторный и эмиттерный. Если подключить источник питания только между коллектором и эмиттером, то ток через него не пойдет. Один из переходов оказывается запертым. Чтобы его открыть, на базу подается потенциал. В результате на участке коллектор-эмиттер возникает ток, который в сотни раз больше тока базы. Если при этом ток базы изменяется во времени, то ток эмиттера в точности повторяет его, но с большей амплитудой. Этим и обусловлены усилительные свойства.

В зависимости от комбинации чередования зон проводимости различают транзисторы p-n-p или n-p-n. Транзисторы p-n-p открываются при положительном потенциале на базе, а n-p-n – при отрицательном.

Рассмотрим несколько способов, как проверить транзистор мультиметром.

Проверка транзистора омметром

Поскольку в составе транзистора имеется два p-n-перехода, то их исправность можно проверить по методике, используемой для тестирования полупроводниковых диодов. Для этого его можно представить эквивалентом встречного соединения двух полупроводниковых диодов.

Критериями исправности для них является:

• Низкое (сотни Ом) сопротивление при подключении источника постоянного тока в прямом направлении;
• Бесконечно большое сопротивление при подключении источника постоянного тока в обратном направлении.

Мультиметр или тестер измеряют сопротивление, используя собственный вспомогательный источник питания – батарейку. Напряжение ее невелико, но его достаточно, чтобы открыть p-n-переход. Меняя полярность подключения щупов от мультиметра к исправному полупроводниковому диоду, в одном положении мы получаем сопротивление в сотню Ом, а в другом – бесконечно большое.

Полупроводниковый диод бракуется, если

• в обоих направлениях прибор покажет обрыв или ноль;
• в обратном направлении прибор покажет любую значащую величину сопротивления, но не бесконечность;
• показания прибора будут нестабильными.

При проверке транзистора потребуется шесть измерений сопротивлений мультиметром:

• база-эмиттер прямое;
• база-коллектор прямое;
• база-эмиттер обратное;
• база-коллектор обратное;
• эмиттер-коллектор прямое;
• эмиттер-коллектор обратное.

Критерием исправности при измерении сопротивления участка коллектор-эмиттер является обрыв (бесконечность) в обоих направлениях.

Коэффициент усиления транзистора

Различают три схемы подключения транзистора в усилительные каскады:

• с общим эмиттером;
• с общим коллектором;
• с общей базой.

Все они имеют свои характеристики, а наиболее распространена схема с общим эмиттером. Любой транзистор характеризуется параметром, определяющим его усилительные свойства – коэффициент усиления. Он показывает, во сколько раз ток на выходе схемы будет больше, чем на входе. Для каждой из схем включения имеется свой коэффициент, разный для одного и того же элемента.

В справочниках приводится коэффициент h21э – коэффициент усиления для схемы с общим эмиттером.

Как проверить транзистор, измеряя коэффициент усиления

Одним из методов проверки исправности транзистора является измерение его коэффициента усиления h21э и сравнение его с паспортными данными. В справочниках дается диапазон, в котором может находиться измеренное значение для данного типа полупроводникового прибора. Если измеренное значение укладывается в диапазон, то он исправен.

Измерение коэффициента усиления производится еще и для подбора компонентов с одинаковыми параметрами. Это необходимо для построения некоторых схем усилителей и генераторов.

Для измерения коэффициента h21э мультиметр имеет специальный предел измерения, обозначенный hFE. Буква F обозначает «forward» (прямая полярность), а «Е» — схему с общим эмиттером.

Для подключения транзистора к мультиметру на его передней панели установлен универсальный разъем, контакты которого обозначены буквами «ЕВСЕ». Согласно этой маркировке подключаются выводы транзистора «эмиттер-база-коллектор» или «база-коллектор-эмиттер», в зависимости от их расположения у конкретной детали. Для определения правильного расположения выводов придется воспользоваться справочником, там же заодно можно узнать и коэффициент усиления.

Затем подключаем транзистор к разъему, выбрав предел измерения мультиметра hFE. Если его показания соответствуют справочным – проверяемый электронный компонент исправен. Если нет, или прибор показывает что-то невразумительное – транзистор вышел из строя.

Полевой транзистор

Полевой транзистор отличается от биполярного по принципу действия. Внутрь пластины кристалла одной проводимости («р» или «n») посередине внедряется участок с другой проводимостью, называемый затвором. По краям кристалла подключаются выводы, называемые истоком и стоком. При изменении потенциала на затворе изменяется величина токопроводящего канала между стоком и истоком и ток через него.

Входное сопротивление полевого транзистора очень большое, а вследствие этого он имеет большой коэффициент усиления по напряжению.

Как проверить полевой транзистор

Рассмотрим проверку на примере полевого транзистора с n-каналом. Порядок действий будет таким:

1. Переводим мультиметр на режим прозвонки диодов.
2. Плюсовой вывод от мультиметра подключаем к истоку, минусовой – к стоку. Прибор покажет 0,5-0,7 В.
3. Меняем полярность подключения на противоположную. Прибор покажет обрыв.
4. Открываем транзистор, подключив минусовой провод к истоку, а плюсовым коснувшись затвора. За счет существования входной емкости элемент остается открытым некоторое время, это свойство и используется для проверки.
5. Плюсовой провод перемещаем на сток. Мультиметр покажет 0-800 мВ.
6. Меняем полярность подключения. Показания прибора не должны измениться.
7. Закрываем полевой транзистор: плюсовой провод к истоку, минусовой – к затвору.
8. Повторяем пункты 2 и 3, ничего не должно измениться.