В середине 1960-х годов компания Motorola Semiconductor зарегистрировала транзисторы 2N3906 PNP и 2N3904 NPN в пластиковых корпусах TO-92. Поскольку такие транзисторы широко доступны по низкой цене и отличаются прочностью, они доступны в больших количествах для начинающих и исследователей. В этой статье мы расскажем о характеристиках транзистора 2N3904, принципе его работы, примере прикладной схемы, эквивалентном транзисторе и областях применения.
2N3904 Транзисторы Описание
Транзисторы 2N3904 представляют собой биполярные транзисторы (BJT) типа NPN, изготовленные из кремния. Они широко используются в электронных схемах в качестве переключателей или усилителей.
2N3904 Технические характеристики
- Ток коллектора (Ic) (макс.): 200 мА
- Коэффициент усиления по постоянному току или hFE (макс.): 300
- Коэффициент усиления по току постоянного тока или hFE (мин.): 100 при 150 мА, 10 В
- Напряжение между коллектором и эмиттером (Vce): 40 В
- Напряжение между базой и эмиттером (Vbe): 6 В
- Напряжение между коллектором и базой (Vcb): 60 В
- Насыщение Vce (максимальное) при условиях Ib, Ic: 500 мВ при 50 мА, 500 мА
- Мощность — макс.: 800 мВт
- Частота преобразования: 100 МГц
- Корпус/корпус: TO-39-3, TO-205AD
Конфигурация выводов 2N3904
Транзистор 2N3904 состоит из трех выводов:
- Вывод 1 (эмиттер): через этот вывод проходит ток.
- Вывод 2 (база): этот вывод управляет смещением транзистора.
- Вывод 3 (коллектор): питание током для всего вывода.
Принцип работы транзисторов 2n3904
В транзисторе 2N3904 большинство носителей заряда являются электронами, поэтому они всегда заряжены отрицательно. Состояние этого транзистора может изменяться от обратного смещения к прямому смещению для проводимости в зависимости от небольшого напряжения на базовом выводе (например, 0,7 В).
Нормальные условия эксплуатации:
- Напряжение базы (Vb) > напряжение эмиттера (Ve).
- Напряжение коллектора (Vc) > напряжение базы (Vb).
Если вывод базы подключен к выводу GND, выводы эмиттера и коллектора находятся в режиме обратного смещения или остаются открытыми. Аналогично, после подачи сигнала на вывод базы он переходит в режим прямого смещения.
Высокое значение коэффициента усиления транзистора 2N3904 составляет 300, что определяет его способность к усилению. Максимальный ток, проходящий через клемму коллектора, составляет 200 мА, поэтому нагрузки, потребляющие более 200 мА, не могут быть подключены через этот транзистор. После подачи тока на базовую клемму транзистор может быть смещен. Этот ток IB должен быть ограничен 5 мА.
Когда NPN-транзистор 2N3904 полностью смещен, он пропускает максимальный ток 200 мА через два определенных вывода, а именно эмиттер и коллектор. Этот конкретный этап называется областью насыщения. Кроме того, выводы коллектор-эмиттер/коллектор-база способны выдерживать типичные напряжения 40 В и 60 В соответственно.
Как только ток базы отделится, транзистор выключится, поэтому эта фаза называется областью отсечки, а VBE может составлять около 600 мВ.
Пример схемы 2n3904
Схема светодиодной вспышки с использованием транзистора 2N3904 показана на рисунке ниже. Схема может быть построена с использованием основных компонентов, таких как макетная плата, соединительные провода, батарея 9 В, конденсатор, светодиод 5 мм, светодиодная вспышка, резисторы 1 кОм, 10 кОм и 4,7 кОм.
Эта схема использует батарею постоянного тока 6 В для питания схемы. Поскольку в этой схеме есть NPN-транзистор, как только вывод базы этого транзистора подключается к GND, выводы, такие как эмиттер и коллектор, получают обратное смещение. Кроме того, как только сигнал поступает на вывод базы этого транзистора, он подключается для прямого смещения. Эта простая схема мигания светодиода используется в различных устройствах, таких как дверные звонки, сигнализационные системы или стробоскопы.
Транзисторы 2N3904 и 2N2222A
Ниже приведено сравнение транзисторов 2N3904 и 2N2222A:
| Specification | 2N3904 | 2N2222A |
|---|---|---|
| Transistors Type | NPN | NPN |
| Maximum Collector Current | 200 mA | 800 mA |
| Maximum Collector-Emitter Voltage | 40V | 40V |
| Maximum Collector-Base Voltage | 50V | 50V |
| Maximum Emitter-Base Voltage | 5V | 6V |
| Maximum Frequency | 300 MHz | 500 MHz |
| Package Type | TO-92 | TO-18, TO-92 |
2n3904 Эквивалентные транзисторы
Некоторые транзисторы, эквивалентные 2N3904:
BC636, BC547, BC549, BC639, 2N2222 TO-18, 2N2222 TO-92, 2N2369, 2N3906, 2N3055, 2SC5200 и т. д.
2N3904 Применение
- Усилители
- Модули драйверов (светодиодные, моторные или релейные драйверы)
- Переключатели
- Регуляторы напряжения
- Преобразователи
- Таймеры
- Частотные модуляторы
- ШИМ (широтно-импульсная модуляция)
- Схемы обработки сигналов
- Аудио схемы
- Схемы питания
- Компараторы
2N3904 Тестирование характеристической частоты транзистора
Необходимое оборудование:
- Осциллограф Tektronix MSO34-BW500
- Генератор сигналов Tektronix AFG31251
- Цифровой мультиметр
- Цифровые измерители источника *2
- Транзисторная экспериментальная плата для комплексного измерения параметров постоянного и переменного тока
Характеристическая частота транзистора 2N3904 может быть измерена с помощью осциллографов Tektronix, генераторов сигналов и измерителей источников Keithley для тестирования параметров переменного тока транзисторных устройств. Поскольку фактическая рабочая частота транзистора намного выше частоты среза низкочастотного коэффициента усиления по току fβ, коэффициент усиления по переменному току обратно пропорционален рабочей частоте, а «произведение коэффициента усиления на полосу пропускания» транзистора является постоянным и приблизительно равно рабочей частоте, когда модуль коэффициента усиления по току с общим эмиттером равен 1.
Измерение характеристической частоты биполярных транзисторов заключается в подключении высокочастотного небольшого входного сигнала переменного тока определенной частоты к базе через конденсатор, изменении условий смещения постоянного тока транзистора с общей эмиттерной конфигурацией и, таким образом, изменении коэффициента усиления по переменному току для изучения взаимосвязи между характеристической частотой транзистора и рабочей точкой постоянного тока.
Настройка и тестирование статической рабочей точки
Рабочий диапазон 2N3904 показан на следующем рисунке:
Чтобы обеспечить работу транзистора в области усиления, рабочая точка постоянного тока транзистора устанавливается на IC=1 мА. Когда сигнал переменного тока не подключен, статическая схема рабочей цепи транзистора показана на следующем рисунке:
Отрегулируйте выходной ток IB SMU1 и убедитесь, что значение тока IC SMU2 составляет примерно 1 мА, чтобы транзистор работал в режиме усиления. IB составляет примерно 2,8 мкА, а напряжение BE VBE — 0,636 В, что измерено мультиметром.
Тестирование H-параметров транзистора 2N3904: HIE и HFE
При разумной настройке статической рабочей точки и входе малого сигнала переменного тока транзистор может быть эквивалентен линейной двухпортовой схеме, представленной компонентами переменного тока и напряжения. Где Ib и Vbe являются входными переменными транзистора, а Ic и Vce — выходными переменными. Параметры h транзистора отражают характеристики малого сигнала переменного тока транзистора при определенных фиксированных статических условиях.
Подключите выход генератора сигналов к интерфейсу BNC на левой стороне AC IN экспериментальной платы и подключите канал 1 осциллографа к интерфейсу BNC на правой стороне AC OUT экспериментальной платы.
Установите выход сигнала источника на синусоидальную волну 1 кГц, отрегулируйте амплитуду выходного сигнала источника сигнала и используйте канал 2 осциллографа для проверки формы напряжения между двумя клеммами R1 (подключите интерфейс с банановым разъемом, помеченный как Input). Рассчитайте эффективное значение тока Ib так, чтобы Ib было примерно равно 0,5 мкА.
Установите выходной сигнал источника сигнала на синусоидальную волну 1 кГц и измените амплитуду выходного сигнала. Когда эффективное значение напряжения между двумя клеммами R1, измеренное осциллографом, составляет 50 мВрмс, а R1 = 100 кОм, Ib приблизительно равен 0,5 мкА.
Он
«hie» — это входное сопротивление при коротком замыкании выхода, которое отражает способность базового напряжения управлять базовым током при неизменном выходное напряжение Vce.
ℎ𝑖𝑒 = 𝑣𝑏𝑒/𝑖𝑏 = 𝑣𝑏𝑒/𝑣𝑖𝑛𝑝𝑢𝑡∗ 𝑅1
При неизменных условиях испытания эффективное значение Vbe, измеренное 2 каналами осциллографа, составляет 5,7 мВрмс.
hie = Vbe/ib = Vbe/Vib * R1 = 5,7/50 * 100K = 11400, где Vbe — эффективное значение Vbe, а Vib — эффективное значение входного напряжения при вышеуказанных условиях испытания.
Гемохроматоз
HFE — это термин, который обычно используется для обозначения «коэффициента усиления по постоянному току» биполярного транзистора (BJT). Он отражает способность базового тока ib управлять током коллектора ic. Ниже приведена формула HFE:
ℎ𝑓𝑒 = 𝑖𝑐/𝑖𝑏
𝑖𝑐= voutput / R2
где «𝑖𝑐» обозначает ток коллектора, а «𝑖𝑏» — ток базы, «voutput» — эффективное значение выходного напряжения, а «R2» — сопротивление нагрузки, подключенной между коллектором и источником питания.
Результат:
𝑖𝑐= voutput / R2 = 17,3 мВ / 100 Ом = 0,173 мА
Расчет характеристической частоты (fT)
Измерьте частоту среза транзистора fβ и рассчитайте его характеристическую частоту fT с помощью метода «произведение коэффициента усиления на полосу пропускания».
Постепенно увеличивайте выходную частоту источника сигнала от 1 кГц и наблюдайте за амплитудой сигнала AC OUT на правой стороне экспериментальной платы с помощью осциллографа. Когда амплитуда выходного сигнала упадет на 3 дБ (значение от пика до пика упадет вдвое), запишите выходную частоту fβ источника сигнала, указывающую частоту среза транзистора в текущей рабочей точке.
При 1 кГц амплитуда сигнала AC OUT составляет примерно 38 мВ, а при 1,4 МГц — примерно 19,2 мВ.
Рассчитайте характеристическую частоту fT транзистора, используя формулу произведения коэффициента усиления на полосу пропускания:
fT = hfe × fβ
fT = 228 * 1,4 = 319,2 МГц
где fβ приблизительно равно 1,4 МГц.
Проверьте характеристическую частоту fT транзистора с помощью источника высокочастотного сигнала и осциллографа с полосой пропускания 500 МГц. Если полоса пропускания осциллографа и источника сигнала превышает 200 МГц, можно использовать источник сигнала для сканирования входного сигнала в диапазоне частот выше DC-200 МГц, протестировать амплитудно-частотные характеристики выходного сигнала (AC OUT) на осциллографе и рассчитать коэффициент усиления тока вплоть до 1, чтобы вручную найти точку характеристической частоты fT. Убедитесь, что значения собственной частоты, рассчитанные методом произведения коэффициента усиления и полосы пропускания, являются точными.
