Pagina 1 din 2

Proiectarea și principiul de funcționare a unui tranzistor bipolar

Un tranzistor bipolar este un dispozitiv semiconductor care are două joncțiuni electron-gaură formate într-un singur cristal semiconductor. Aceste tranziții formează trei regiuni în semiconductor cu diverse tipuri conductivitate electrică. O regiune extremă se numește emițător (E), cealaltă - colector (K), mijlocul - baza (B). Cablurile metalice sunt lipite de fiecare zonă pentru a transforma tranzistorul în circuit electric.
Conductivitatea electrică a emițătorului și a colectorului este opusă conductivității electrice a bazei. În funcție de ordinea de alternanță a regiunilor p și n, tranzistoarele cu structura pnpși n-p-n. Simboluri grafice convenționale tranzistoare pnpși n-р-n diferă numai în direcția săgeții de la electrodul care indică emițătorul.

Principiile de funcționare ale tranzistoarelor p-n-p și n-p-n sunt aceleași, așa că în viitor vom lua în considerare doar funcționarea unui tranzistor cu o structură p-n-p.
O joncțiune electron-gaură formată dintr-un emițător și o bază se numește joncțiune emițător, iar o joncțiune colector și bază se numește joncțiune colector. Distanța dintre joncțiuni este foarte mică: pentru tranzistoarele de înaltă frecvență este mai mică de 10 micrometri (1 μm = 0,001 mm), iar pentru tranzistoarele de joasă frecvență nu depășește 50 μm.
Când tranzistorul funcționează, joncțiunile sale primesc tensiuni externe de la sursa de alimentare. În funcție de polaritatea acestor tensiuni, fiecare joncțiune poate fi pornită fie în direcția înainte, fie în sens invers. Există trei moduri de funcționare ale tranzistorului: 1) modul de tăiere - ambele tranziții și, în consecință, tranzistorul sunt complet închise; 2) modul de saturație - tranzistorul este complet deschis 3) modul activ - acesta este un mod intermediar între primele două; Modurile de tăiere și de saturație sunt utilizate împreună în etape cheie, când tranzistorul este alternativ complet deschis sau complet închis cu frecvența impulsurilor care ajung la baza sa. Cascadele care funcționează în modul de comutare sunt utilizate în circuite de impulsuri(comutarea surselor de alimentare, treptele de ieșire de scanare orizontală ale televizoarelor etc.). Etapele de ieșire ale amplificatoarelor de putere pot funcționa parțial în modul de întrerupere.
Tranzistoarele sunt folosite cel mai adesea în modul activ. Acest mod este determinat prin aplicarea unei mici tensiuni la baza tranzistorului, care se numește tensiune de polarizare (U cm) Tranzistorul se deschide ușor și curentul începe să curgă prin tranzițiile sale. Principiul de funcționare al tranzistorului se bazează pe faptul că un curent relativ mic care curge prin joncțiunea emițătorului (curent de bază) controlează un curent mai mare în circuitul colectorului. Curentul emițătorului este suma curenților de bază și de colector.

Moduri de funcționare ale unui tranzistor bipolar

Modul de întrerupere tranzistorul se obține atunci când joncțiunile emițătorului și colectorului p-n sunt conectate la surse externe în sens opus. În acest caz, curenți foarte mici de emițător invers curg prin ambele joncțiuni pn ( eu EBO) Și colecționar ( Eu KBO). Curentul de bază este egal cu suma acestor curenți și, în funcție de tipul de tranzistor, variază de la unități de microamperi - µA (pentru tranzistoarele cu siliciu) la unități de miliamperi - mA (pentru tranzistoarele cu germaniu).

Dacă joncțiunile p-n emițătorului și colectorului sunt conectate la surse externe în direcția înainte, tranzistorul va fi în modul de saturație . Difuzia câmp electric joncțiunile emițătorului și colectorului vor fi parțial slăbite de câmpul electric creat de sursele externe U EBŞi U KB. Ca urmare, bariera de potențial care a limitat difuzia purtătorilor principali de sarcină va scădea și va începe pătrunderea (injecția) găurilor de la emițător și colector în bază, adică curenți numiți curenți de saturație ale emițătorului vor curge prin emițător și colector al tranzistorului ( Eu E.us) și colecționar ( Eu K.us).

Folosit pentru amplificarea semnalelor modul activ de funcționare al tranzistorului .
Când tranzistorul funcționează în modul activ, joncțiunea emițătorului său este pornită în direcția înainte, iar joncțiunea colectorului este pornită în direcția inversă.

Sub tensiune continua UEB găurile sunt injectate de la emițător în bază. Odată ajunse la baza de tip n, găurile devin purtători minoritari de sarcină în ea și, sub influența forțelor de difuzie, se deplasează (difuz) către joncțiunea colector p-n. Unele dintre găurile din bază sunt umplute (recombinate) cu electronii liberi prezenți în ea. Cu toate acestea, lățimea bazei este mică - de la câteva unități la 10 microni. Prin urmare, partea principală a găurilor ajunge la joncțiunea p-n a colectorului și este transferată prin câmpul său electric către colector. Evident, curentul colectorului eu K p nu poate exista mai mult curent de emițător, deoarece unele dintre găuri se recombină în bază. De aceea eu K p = h 21B eu uh
Magnitudinea h 21B se numește coeficientul de transfer static al curentului emițătorului. Pentru tranzistoare moderne h 21B= 0,90...0,998. Deoarece joncțiunea colectorului este comutată în direcția opusă (deseori spus - polarizat în direcția opusă), curentul invers curge și el prin ea eu BWC , format din purtători minoritari ai bazei (găuri) și colector (electroni). Prin urmare, curentul total de colector al unui tranzistor conectat conform unui circuit cu o bază comună

euLa = h 21B eu uh +IBWC
Găurile care nu au ajuns la joncțiunea colectorului și recombinate (umplute) în bază îi conferă o sarcină pozitivă. Pentru a restabili neutralitatea electrică a bazei, îi este furnizat același număr de electroni din circuitul extern. Mișcarea electronilor de la circuitul extern la bază creează un curent de recombinare în acesta I B.rec.În plus față de curentul de recombinare, curentul de colector invers curge prin bază în direcția opusă și curentul de bază complet
I B = I B.rek - I KBO
În modul activ, curentul de bază este de zeci și sute de ori mai mic decât curentul colectorului și curentul emițătorului.

Circuite de conectare a tranzistorului bipolar

În schema anterioară, circuitul electric format din sursă U EB, emițător și baza tranzistorului, se numește intrare, iar circuitul format din sursă U KB, colectorul și baza aceluiași tranzistor, este ieșirea. Baza este electrodul comun al tranzistorului pentru circuitele de intrare și de ieșire, de aceea includerea sa se numește circuit cu o bază comună sau, pe scurt „Schema OB”.

Următoarea figură prezintă un circuit în care emițătorul este electrodul comun pentru circuitele de intrare și de ieșire. Acesta este un circuit emițător comun, sau "Diagrama OE".

În acesta, curentul de ieșire, ca și în circuitul OB, este curentul colectorului eu K, ușor diferit de curentul emițătorului eu e, iar intrarea este curentul de bază eu B, semnificativ mai mic decât curentul colectorului. Comunicarea între curenți eu BŞi eu Kîn schema OE este determinată de ecuația: eu K= h 21 E eu B + eu KEO
Factorul de proporționalitate h 21 E se numește coeficientul de transfer al curentului de bază static. Poate fi exprimat în termeni de coeficient de transfer static al curentului emițătorului h 21B
h 21 E = h 21B / (1 —h 21B )
Dacă h 21B este în intervalul 0,9...0,998, valorile corespunzătoare h 21 E va fi în intervalul 9...499.
Componentă eu keo se numește curent de colector invers în circuitul OE. Valoarea sa este 1+ h 21 E ori mai mult decât eu BWC, adică eu KEO =(1+ h 21 E ) eu KBO. eu Curenți inversați eu BWC și U EBŞi Directorii executivi nu depind de tensiunile de intrare TU FI iar ca urmare se numesc componente necontrolate ale curentului colectorului. Acești curenți sunt foarte dependenți de temperatură mediu euși determinați proprietățile de temperatură ale tranzistorului. S-a stabilit că valoarea curentului invers eu BER se dublează cu o creștere a temperaturii de 10 °C pentru germaniu și 8 °C pentru tranzistoarele cu siliciu. În circuitul OE, temperatura se modifică în curentul invers necontrolat eu KEO poate fi de zeci și sute de ori mai mare decât schimbările de temperatură ale curentului invers necontrolat
BWC și perturbă complet funcționarea tranzistorului. Prin urmare, în circuitele de tranzistori, se folosesc măsuri speciale pentru stabilizarea termică a cascadelor de tranzistori, ajutând la reducerea influenței schimbărilor de temperatură ale curenților asupra funcționării tranzistorului. În practică, există adesea circuite în care electrodul comun pentru circuitele de intrare și ieșire ale tranzistorului este colectorul. Acesta este un circuit de conectare cu un colector comun sau .

„Circuit OK” (follower emițător)

Tranzistor bipolar. Tranzistor bipolar - un dispozitiv electronic semiconductor, unul dintre tipurile de tranzistoare, destinat amplificarii, generarii si convertirii semnalelor electrice. Tranzistorul este numit bipolar , deoarece două tipuri de purtători de încărcare participă simultan la funcționarea dispozitivului -Şi electroni găuri . Acesta este modul în care diferă de unipolar

Principiul de funcționare al ambelor tipuri de tranzistoare este similar cu funcționarea unui robinet de apă care reglează fluxul de apă, doar un flux de electroni trece prin tranzistor. În tranzistoarele bipolare, prin dispozitiv trec doi curenți - curentul principal „mare” și curentul „mic” de control. Puterea curentului principal depinde de puterea de control. La tranzistoarele cu efect de câmp, prin dispozitiv trece un singur curent, a cărui putere depinde de câmpul electromagnetic. În acest articol vom arunca o privire mai atentă asupra funcționării unui tranzistor bipolar.

Design tranzistor bipolar.

Un tranzistor bipolar este format din trei straturi semiconductoare și două joncțiuni PN. Tranzistoarele PNP și NPN se disting în funcție de tipul de alternanță găuri și conductivități electronice. E ca doi diodă, conectat față în față sau invers.

Un tranzistor bipolar are trei contacte (electrozi). Contactul care iese din stratul central este numit baza. Electrozii extremi se numesc colectorŞi emițător (colectorŞi emițător). Stratul de bază este foarte subțire față de colector și emițător. În plus, regiunile semiconductoare de la marginile tranzistorului sunt asimetrice. Stratul semiconductor de pe partea colectorului este puțin mai gros decât pe partea emițătorului. Acest lucru este necesar pentru ca tranzistorul să funcționeze corect.

Funcționarea unui tranzistor bipolar.

Să luăm în considerare procesele fizice care au loc în timpul funcționării unui tranzistor bipolar. Să luăm ca exemplu modelul NPN. Principiul de funcționare al unui tranzistor PNP este similar, doar polaritatea tensiunii dintre colector și emițător va fi opusă.

După cum sa menționat deja în articol despre tipurile de conductivitate în semiconductori, într-o substanță de tip P există ioni încărcați pozitiv - găuri. Substanța de tip N este saturată cu electroni încărcați negativ. Într-un tranzistor, concentrația de electroni în regiunea N depășește semnificativ concentrația de găuri din regiunea P.

Să conectăm o sursă de tensiune între colector și emițător V CE (V CE). Sub acțiunea sa, electronii din partea superioară N vor începe să fie atrași de plus și să se adune lângă colector. Totuși, curentul nu va putea circula deoarece câmpul electric al sursei de tensiune nu ajunge la emițător. Acest lucru este prevenit printr-un strat gros de semiconductor colector plus un strat de semiconductor de bază.

Acum să conectăm tensiunea dintre bază și emițător V BE , dar semnificativ mai mică decât V CE (pentru tranzistoarele cu siliciu, V BE minim necesar este de 0,6 V). Deoarece stratul P este foarte subțire, plus o sursă de tensiune conectată la bază, va putea „atinge” cu câmpul său electric regiunea N a emițătorului. Sub influența sa, electronii vor fi direcționați către bază. Unii dintre ei vor începe să umple găurile situate acolo (recombine). Cealaltă parte nu va găsi o gaură liberă, deoarece concentrația de găuri în bază este mult mai mică decât concentrația de electroni din emițător.

Ca urmare, stratul central al bazei este îmbogățit cu electroni liberi. Majoritatea vor merge spre colector, deoarece acolo tensiunea este mult mai mare. Acest lucru este facilitat și de grosimea foarte mică a stratului central. O parte din electroni, deși mult mai mică, va curge în continuare spre partea plus a bazei.

Ca urmare, obținem doi curenți: unul mic - de la bază la emițătorul I BE și unul mare - de la colector la emițătorul I CE.

Dacă creșteți tensiunea la bază, atunci și mai mulți electroni se vor acumula în stratul P. Ca urmare, curentul de bază va crește ușor, iar curentul colectorului va crește semnificativ. Astfel, cu o ușoară modificare a curentului de bază I B , curentul colectorului I se modifică foarte mult CU. Așa se întâmplă amplificarea semnalului într-un tranzistor bipolar. Raportul dintre curentul colectorului I C și curentul de bază I B se numește câștig de curent. Desemnat β , hfe sau h21e, in functie de specificul calculelor efectuate cu tranzistorul.

Cel mai simplu amplificator cu tranzistor bipolar

Să luăm în considerare mai detaliat principiul amplificării semnalului în plan electric folosind exemplul unui circuit. Permiteți-mi să fac o rezervă în avans că această schemă nu este în întregime corectă. Nimeni nu conectează o sursă de tensiune DC direct la o sursă AC. Dar, în acest caz, va fi mai ușor și mai clar să înțelegeți mecanismul de amplificare în sine folosind un tranzistor bipolar. De asemenea, tehnica de calcul în sine din exemplul de mai jos este oarecum simplificată.

1.Descrierea elementelor principale ale circuitului

Deci, să presupunem că avem un tranzistor cu un câștig de 200 (β = 200). Pe partea de colector, vom conecta o sursă de alimentare de 20V relativ puternică, datorită energiei căreia va avea loc amplificarea. De la baza tranzistorului conectăm o sursă slabă de alimentare de 2V. Vom conecta la acesta în serie o sursă de tensiune alternativă sub formă de undă sinusoidală, cu o amplitudine de oscilație de 0,1V. Acesta va fi un semnal care trebuie amplificat. Rezistorul Rb din apropierea bazei este necesar pentru a limita curentul care vine de la sursa de semnal, care de obicei are putere redusă.

2. Calculul curentului de intrare de bază Ib

Acum să calculăm curentul de bază I b. Deoarece avem de-a face cu tensiune alternativă, trebuie să calculăm două valori ale curentului - la tensiunea maximă (V max) și cea minimă (V min). Să numim aceste valori curente, respectiv - I bmax și I bmin.

De asemenea, pentru a calcula curentul de bază, trebuie să cunoașteți tensiunea bază-emițător V BE. Există o joncțiune PN între bază și emițător. Se pare că curentul de bază „întâlnește” dioda semiconductoare pe calea sa. Tensiunea la care o diodă semiconductoare începe să conducă este de aproximativ 0,6 V. Să nu intrăm în detalii caracteristicile curent-tensiune ale diodei, iar pentru simplitatea calculelor, luăm un model aproximativ, conform căruia tensiunea pe dioda purtătoare de curent este întotdeauna 0,6V. Aceasta înseamnă că tensiunea dintre bază și emițător este V BE = 0,6 V. Și deoarece emițătorul este conectat la masă (V E = 0), tensiunea de la bază la masă este de asemenea de 0,6 V (V B = 0,6 V).

Să calculăm I bmax și I bmin folosind legea lui Ohm:

2. Calculul curentului de ieșire al colectorului ic

Acum, cunoscând câștigul (β = 200), puteți calcula cu ușurință valorile maxime și minime ale curentului de colector (I cmax și I cmin).

3. Calculul tensiunii de ieșire Vout

Curentul colectorului trece prin rezistorul Rc, pe care l-am calculat deja. Rămâne să înlocuim valorile:

4. Analiza rezultatelor

După cum se poate observa din rezultate, V Cmax sa dovedit a fi mai mic decât V Cmin. Acest lucru se datorează faptului că tensiunea pe rezistorul V Rc este scăzută din tensiunea de alimentare VCC. Cu toate acestea, în cele mai multe cazuri acest lucru nu contează, deoarece suntem interesați de componenta variabilă a semnalului - amplitudinea, care a crescut de la 0,1 V la 1 V. Frecvența și forma sinusoidală a semnalului nu s-au schimbat. Desigur, V out / V în raport de zece ori este departe de cel mai bun indicator pentru un amplificator, dar este destul de potrivit pentru a ilustra procesul de amplificare.

Deci, să rezumăm principiul de funcționare al unui amplificator bazat pe un tranzistor bipolar. Un curent I b circulă prin bază, purtând componente constante și variabile. Este necesară o componentă constantă, astfel încât joncțiunea PN dintre bază și emițător să înceapă să conducă - „se deschide”. Componenta variabilă este, de fapt, semnalul însuși (informații utile). Curentul colector-emițător din interiorul tranzistorului este rezultatul curentului de bază înmulțit cu câștigul β. La rândul său, tensiunea la rezistorul Rc deasupra colectorului este rezultatul înmulțirii curentului amplificat al colectorului cu valoarea rezistorului.

Astfel, pinul V out primește un semnal cu o amplitudine de oscilație crescută, dar cu aceeași formă și frecvență. Este important de subliniat că tranzistorul preia energie pentru amplificare de la sursa de alimentare VCC. Dacă tensiunea de alimentare este insuficientă, tranzistorul nu va putea funcționa complet, iar semnalul de ieșire poate fi distorsionat.

Moduri de funcționare ale unui tranzistor bipolar

În conformitate cu nivelurile de tensiune de pe electrozii tranzistorului, există patru moduri de funcționare a acestuia:

Modul Cut off.

Modul activ.

Modul de saturație.

Mod invers.

Modul de întrerupere

Când tensiunea bază-emițător este mai mică de 0,6 V - 0,7 V, joncțiunea PN dintre bază și emițător este închisă. În această stare, tranzistorul nu are curent de bază. Ca urmare, nu va exista nici un curent de colector, deoarece nu există electroni liberi în bază gata să se deplaseze către tensiunea colectorului. Se pare că tranzistorul este, parcă, blocat și ei spun că este înăuntru modul de întrerupere.

Modul activ

ÎN modul activ Tensiunea de la bază este suficientă pentru ca joncțiunea PN dintre bază și emițător să se deschidă. În această stare, tranzistorul are curenți de bază și de colector. Curentul colectorului este egal cu curentul de bază înmulțit cu câștigul. Adică, modul activ este modul normal de funcționare al tranzistorului, care este utilizat pentru amplificare.

Modul de saturație

Uneori, curentul de bază poate fi prea mare. Ca rezultat, puterea de alimentare pur și simplu nu este suficientă pentru a furniza o astfel de mărime a curentului de colector care ar corespunde câștigului tranzistorului. În modul de saturație, curentul colectorului va fi maximul pe care îl poate furniza sursa de alimentare și nu va depinde de curentul de bază. În această stare, tranzistorul nu este capabil să amplifice semnalul, deoarece curentul colectorului nu răspunde la modificările curentului de bază.

În modul de saturație, conductivitatea tranzistorului este maximă și este mai potrivită pentru funcționarea unui comutator (comutator) în starea „pornit”. În mod similar, în modul de întrerupere, conductivitatea tranzistorului este minimă, iar aceasta corespunde comutatorului în starea oprită.

Modul invers

În acest mod, colectorul și emițătorul își schimbă rolurile: joncțiunea PN a colectorului este polarizată în direcția înainte, iar joncțiunea emițătorului este polarizată în direcția opusă. Ca urmare, curentul curge de la bază la colector. Regiunea semiconductorului colector este asimetrică față de emițător, iar câștigul în modul invers este mai mic decât în ​​modul activ normal. Tranzistorul este proiectat în așa fel încât să funcționeze cât mai eficient posibil în modul activ. Prin urmare, tranzistorul practic nu este utilizat în modul invers.

Parametrii de bază ai unui tranzistor bipolar.

Câștig curent– raportul dintre curentul colectorului I C și curentul de bază I B. Desemnat β , hfe sau h21e, in functie de specificul calculelor efectuate cu tranzistoare.

β este o valoare constantă pentru un tranzistor și depinde de structura fizică a dispozitivului. Un câștig mare este calculat în sute de unități, un câștig scăzut - în zeci. Pentru două tranzistoare separate de același tip, chiar dacă au fost „vecini de conductă” în timpul producției, β poate fi ușor diferit. Această caracteristică a unui tranzistor bipolar este poate cea mai importantă. Dacă alți parametri ai dispozitivului pot fi adesea neglijați în calcule, atunci câștigul curent este aproape imposibil.

Impedanța de intrare– rezistența în tranzistor care „întâlnește” curentul de bază. Desemnat R în (R intrare). Cu cât este mai mare, cu atât este mai bine pentru caracteristicile de amplificare ale dispozitivului, deoarece pe partea de bază există de obicei o sursă de semnal slab, care trebuie să consume cât mai puțin curent posibil. Opțiune ideală- atunci când rezistența de intrare este infinită.

Intrarea R pentru un tranzistor bipolar mediu este de câteva sute de KΩ (kilo-ohmi). Aici tranzistorul bipolar pierde foarte mult în fața tranzistorului cu efect de câmp, unde rezistența de intrare ajunge la sute de GΩ (gigaohmi).

Conductivitate la ieșire- conductivitatea tranzistorului dintre colector și emițător. Cu cât este mai mare conductanța de ieșire, cu atât mai mult curent colector-emițător va putea trece prin tranzistor la o putere mai mică.

De asemenea, cu o creștere a conductibilității de ieșire (sau o scădere a rezistenței de ieșire), sarcina maximă pe care o poate suporta amplificatorul cu pierderi nesemnificative ale câștigului general crește. De exemplu, dacă un tranzistor cu conductivitate scăzută de ieșire amplifică semnalul de 100 de ori fără sarcină, atunci când este conectată o sarcină de 1 KΩ, acesta va amplifica deja de numai 50 de ori. Un tranzistor cu același câștig, dar conductanță de ieșire mai mare va avea o scădere a câștigului mai mică. Opțiunea ideală este atunci când conductivitatea de ieșire este infinită (sau rezistența de ieșire R out = 0 (R out = 0)).

Dispozitiv și principiu de funcționare

Primele tranzistoare au fost fabricate din germaniu. În prezent, sunt fabricate în principal din siliciu și arseniură de galiu. Ultimii tranzistori sunt utilizați în circuitele amplificatoare de înaltă frecvență. Un tranzistor bipolar este format din trei regiuni semiconductoare dopate diferit: emițătorul E, baze Bși colecționar C. În funcție de tipul de conductivitate al acestor zone, se disting tranzistoarele NPN (emițător - n-semiconductor, bază - p-semiconductor, colector - n-semiconductor) și PNP. Contactele conductoare sunt conectate la fiecare dintre zone. Baza este situată între emițător și colector și este realizată dintr-un semiconductor ușor dopat cu rezistență ridicată. Suprafața totală de contact bază-emițător este semnificativ mai mică decât zona de contact colector-bază (acest lucru se face din două motive - suprafața mare a joncțiunii colector-bază crește probabilitatea ca purtătorii de sarcină minoritari să fie extrași în colector și deoarece în modul de funcționare joncțiunea colector-bază este de obicei activată în polarizare inversă, ceea ce crește generarea de căldură și promovează îndepărtarea căldurii din colector), prin urmare tranzistorul bipolar vedere generală este un dispozitiv asimetric (este imposibil să schimbați emițătorul și colectorul prin schimbarea polarității conexiunii și rezultând un tranzistor bipolar absolut similar cu cel original).

În modul de funcționare activ, tranzistorul este pornit, astfel încât joncțiunea emițătorului este polarizată în direcția înainte (deschisă), iar joncțiunea colectorului este polarizată în direcția opusă (închisă). Pentru certitudine, să luăm în considerare npn tranzistor, toate raționamentele se repetă în mod absolut similar pentru acest caz pnp tranzistor, înlocuind cuvântul „electroni” cu „găuri” și invers, precum și înlocuirea tuturor tensiunilor cu semne opuse. ÎN npnÎntr-un tranzistor, electronii, principalii purtători de curent din emițător, trec prin joncțiunea deschisă emițător-bază (injectată) în regiunea de bază. Unii dintre acești electroni se recombină cu cei mai mulți purtători de sarcină din bază (găuri). Cu toate acestea, deoarece baza este foarte subțire și relativ ușor dopată, majoritatea electronilor injectați din emițător difuzează în regiunea colectorului. Câmpul electric puternic al joncțiunii colectorului cu polarizare inversă captează electroni și îi transportă în colector. Curentul colectorului este astfel practic egal cu curentul emițătorului, cu excepția unei mici pierderi de recombinare în bază, care formează curentul de bază (I e = I b + I k). Coeficientul α care leagă curentul emițătorului și curentul colectorului (I k = α I e) se numește coeficient de transfer al curentului emițătorului. Valoarea numerică a coeficientului α este 0,9 - 0,999. Cu cât coeficientul este mai mare, cu atât tranzistorul transmite curentul mai eficient. Acest coeficient depinde puțin de tensiunile colector-bază și bază-emițător. Prin urmare, pe o gamă largă de tensiuni de funcționare, curentul colectorului este proporțional cu curentul de bază, coeficientul de proporționalitate este egal cu β = α / (1 − α) = (10..1000). Astfel, variind un curent de bază mic, poate fi controlat un curent de colector mult mai mare.

Moduri de funcționare ale unui tranzistor bipolar

Mod activ normal

Joncțiunea emițător-bază este conectată în direcția înainte (deschis), iar joncțiunea colector-bază este în direcția inversă (închis)
U EB >0;U KB<0 (для транзистора p-n-p типа, для транзистора n-p-n типа условие будет иметь вид U ЭБ <0;U КБ >0);

Mod invers activ

Joncțiunea emițătorului are o conexiune inversă, iar joncțiunea colectorului are o conexiune directă.

Modul de saturație

Ambele joncțiuni pn sunt polarizate înainte (ambele deschise). Dacă joncțiunile emițătorului și colectorului p-n sunt conectate la surse externe în direcția înainte, tranzistorul va fi în modul de saturație. Câmpul electric de difuzie al joncțiunilor emițătorului și colectorului va fi parțial slăbit de câmpul electric creat de sursele externe Ueb și Ukb. Ca urmare, bariera de potențial care a limitat difuzia purtătorilor principali de sarcină va scădea și va începe pătrunderea (injecția) găurilor de la emițător și colector în bază, adică curenți numiți curenți de saturație ai emițătorului (IE. .sat) și colectorul (IK) vor curge prin emițătorul și colectorul tranzistorului us).

Modul de întrerupere

În acest mod, ambele joncțiuni p-n ale dispozitivului sunt polarizate în direcția opusă (ambele sunt închise). Modul de tăiere al tranzistorului se obține atunci când joncțiunile p-n emițător și colector sunt conectate la surse externe în sens opus. În acest caz, curenți inversați foarte mici ai emițătorului (IEBO) și colectorului (ICBO) curg prin ambele joncțiuni p-n. Curentul de bază este egal cu suma acestor curenți și, în funcție de tipul de tranzistor, variază de la unități de microamperi - µA (pentru tranzistoarele cu siliciu) la unități de miliamperi - mA (pentru tranzistoarele cu germaniu).

Modul barieră

În acest mod baza tranzistorul pentru curent continuu este conectat în scurtcircuit sau printr-un mic rezistor cu acesta colector, și în colector sau în emițător Circuitul tranzistorului este pornit de un rezistor care stabilește curentul prin tranzistor. În acest sens, tranzistorul este un fel de diodă conectată în serie cu un rezistor de setare a curentului. Astfel de circuite în cascadă se disting printr-un număr mic de componente, o izolație bună de înaltă frecvență, un interval mare de temperatură de funcționare și insensibilitate la parametrii tranzistorului.

Scheme de conectare

Orice circuit de conectare a tranzistorului este caracterizat de doi indicatori principali:

• Câștig curent I out / I in.
• Rezistența de intrare Rin =Uin /Iin

Schema de conectare cu o bază comună

Amplificator de bază comun.

• Dintre toate cele trei configurații, are cea mai mică impedanță de intrare și cea mai mare impedanță de ieșire. Are un câștig de curent apropiat de unitate și un câștig mare de tensiune. Faza semnalului nu este inversată.
• Câștig curent: I out /I in =I la /I e =α [α<1]
• Rezistența de intrare R în =U în /I în =U fie /I e.

Rezistența de intrare pentru un circuit cu o bază comună este mică și nu depășește 100 ohmi pentru tranzistoarele de putere mică, deoarece circuitul de intrare al tranzistorului este o joncțiune emițător deschisă a tranzistorului.

Avantaje:

• Proprietăți bune de temperatură și frecvență.
• Tensiune ridicată admisă

Dezavantajele unei scheme de bază comune:

• Câștig de curent scăzut deoarece α< 1
• Impedanță de intrare scăzută
• Două surse de tensiune diferite pentru alimentare.

Circuit de conectare cu emițător comun

• Câștig de curent: I out /I in =I to /I b =I to /(I e -I to) = α/(1-α) = β [β>>1]
• Rezistenta de intrare: R in =U in /I in =U fi /I b

Avantaje:

• Câștig mare de curent
• Câștig de înaltă tensiune
• Cel mai mare câștig de putere
• Te poți descurca cu o singură sursă de alimentare
• Tensiunea AC de ieșire este inversată față de intrare.

Defecte:

• Proprietăți mai slabe de temperatură și frecvență în comparație cu un circuit de bază comun

Circuit colector comun

• Câștig de curent: I out /I in =I e /I b =I e /(I e -I k) = 1/(1-α) = β [β>>1]
• Rezistenta de intrare: R in = U in / I in = (U b e + U k e) / I b

Avantaje:

• Impedanta mare de intrare
• Impedanță scăzută de ieșire

Defecte:

• Câștigul de tensiune este mai mic de 1.

Un circuit cu această conexiune se numește „emitter follower”

Parametrii de bază

• Coeficientul de transfer curent
• Impedanța de intrare
• Conductivitate la ieșire
• Colector-emițător de curent invers
• La timp
• Frecvența limită a coeficientului de transfer al curentului de bază
• Curentul de colector invers
• Curent maxim admisibil
• Frecvența de tăiere a coeficientului de transfer de curent într-un circuit cu un emițător comun

Parametrii tranzistorului sunt împărțiți în intrinseci (primari) și secundari. Parametrii intrinseci caracterizează proprietățile tranzistorului, indiferent de circuitul său de conectare. Următorii sunt luați ca principali parametri proprii:

• câștig de curent α;
• rezistența emițătorului, colectorului și bazei la curentul alternativ r e, r k, r b, care sunt:
  • r e - suma rezistentelor regiunii emitatorului si jonctiunii emitatorului;
  • r k - suma rezistențelor zonei colectorului și joncțiunii colectorului;
  • r b - rezistența transversală a bazei.

Circuit echivalent al unui tranzistor bipolar folosind parametrii h

Parametrii secundari sunt diferiți pentru diverse scheme pornirea tranzistorului și, datorită neliniarității sale, sunt valabile doar pentru frecvențe joase și amplitudini mici ale semnalelor. Pentru parametrii secundari, au fost propuse mai multe sisteme de parametri și circuitele lor echivalente corespunzătoare. Principalii sunt parametri mixți (hibrizi), notați cu litera „h”.

Impedanța de intrare- rezistența tranzistorului la curentul alternativ de intrare în timpul unui scurtcircuit la ieșire. Modificarea curentului de intrare este rezultatul unei modificări a tensiunii de intrare, fără influența feedback-ului de la tensiunea de ieșire.

H 11 = U m1 /I m1 la U m2 = 0.

Factor de feedback de tensiune arată ce proporție din tensiunea alternativă de ieșire este transferată la intrarea tranzistorului datorită feedback-ului din acesta. Nu există curent alternativ în circuitul de intrare al tranzistorului, iar o modificare a tensiunii de intrare are loc numai ca urmare a unei modificări a tensiunii de ieșire.

H 12 = U m1 /U m2 la I m1 = 0.

Coeficientul de transfer curent(câștig de curent) arată câștigul de curent alternativ la rezistența de sarcină zero. Curentul de ieșire depinde numai de curentul de intrare fără influența tensiunii de ieșire.

H 21 = I m2 /I m1 la U m2 = 0.

Conductivitate la ieșire- conductivitate internă pentru curent alternativ între bornele de ieșire. Curentul de ieșire se modifică sub influența tensiunii de ieșire.

H 22 = I m2 /U m2 la I m1 = 0.

Relația dintre curenții alternativi și tensiunile tranzistorului este exprimată prin ecuațiile:

U m1 = h 11 I m1 + h 12 U m2 ;
I m2 = h 21 I m1 + h 22 U m2.

În funcție de circuitul de conectare a tranzistorului, la indicii digitali ai parametrilor h se adaugă litere: „e” - pentru circuitul OE, „b” - pentru circuitul OB, „k” - pentru circuitul OK.

Pentru circuitul OE: I m1 = I mb, I m2 = I mk, U m1 = U mb-e, U m2 = U mk-e. De exemplu, pentru această schemă:

H 21e = I mк /I mb = β.

Pentru circuitul OB: I m1 = I mе, I m2 = I mк, U m1 = U mе-b, U m2 = U mк-b.

Parametrii proprii ai tranzistorului sunt legați de parametrii h, de exemplu pentru un circuit OE:

;

;

;

.

Cu o frecvență tot mai mare influență nocivă Funcționarea tranzistorului începe să fie afectată de capacitatea joncțiunii colectorului C k Rezistența capacității scade, curentul prin rezistența de sarcină și, în consecință, factorii de câștig α și β. Rezistența capacității de joncțiune a emițătorului C e scade și ea, cu toate acestea, este derivată de o rezistență mică de joncțiune r e și în majoritatea cazurilor poate să nu fie luată în considerare. În plus, odată cu creșterea frecvenței, apare o scădere suplimentară a coeficientului β ca urmare a unei întârzieri a fazei curentului colector față de faza curentului emițătorului, care este cauzată de inerția procesului de mișcare a purtătorilor prin baza de la joncțiunea emițătorului la colector și inerția proceselor de acumulare și resorbție a sarcinii în bază. Se numesc frecvențele la care coeficienții α și β scad cu 3 dB frecvențele limită ale coeficientului de transfer de curent pentru schemele OB și, respectiv, OE.

În modul de impuls, impulsul de curent al colectorului începe cu o întârziere de un timp de întârziere τ з în raport cu impulsul de curent de intrare, care este cauzat de timpul finit de călătorie a purtătorilor prin bază. Pe măsură ce purtătorii se acumulează în bază, curentul colectorului crește în timpul de creștere τ f. La timp tranzistorul se numește τ pe = τ h + τ f.

Tehnologia de fabricare a tranzistorilor

• Epitaxial-planar
• Splavnaya
  • Difuzia
  • Aliaj de difuzie

Aplicarea tranzistoarelor

• Demodulator (Detector)
• Invertor (element logic)
• Microcircuite bazate pe logica tranzistorului (vezi logica tranzistor-tranzistor, logica diodă-tranzistor, logica rezistor-tranzistor)

Vezi de asemenea

Literatură

Note

Stare solidă pasivă	Rezistor Rezistor variabil Rezistor trimmer Varistor Condensator Condensator variabil Condensator trimmer Inductor Rezonator cu cuarț· Siguranță · Siguranță cu resetare automată Transformator
Stare solidă activă	Dioda· LED · Fotodiodă · Laser semiconductor · Dioda Schottky· Dioda Zener · Stabilistor · Varicap · Varicond · Pod de diode · Diodă de avalanșă · Dioda tunel · Dioda Gunn tranzistor · Tranzistor bipolar · Tranzistor cu efect de câmp · tranzistor CMOS · Tranzistor unijunction· Fototranzistor · Tranzistor compozit Tranzistor balistic Circuit integrat · Circuit integrat digital · Circuit integrat analogic tiristor· Triac · Dynistor · Memristor
Vacuum pasiv	Bareter
Vacuum activ și descărcare de gaz	Tub electronic · Dioda electrovacuum· Triodă · Tetrodă · Pentodă · Hexodă · Heptodă · Pentagridă · Octodă · Nonod · Mecanotron · Klystron · Magnetron · Amplitron · Platinotron · Tub catodic · Lampă cu val de călătorie
Dispozitive de afișare

S-au dat explicațiile necesare, să trecem la subiect.

Tranzistoare. Definiție și istorie

tranzistor- un dispozitiv electronic semiconductor în care curentul dintr-un circuit de doi electrozi este controlat de un al treilea electrod. (transistors.ru)

Tranzistorii cu efect de câmp au fost primii inventați (1928), iar tranzistoarele bipolare au apărut în 1947 la Bell Labs. Și a fost, fără exagerare, o revoluție în electronică.

Foarte repede, tranzistoarele au înlocuit tuburile cu vid în diverse dispozitive electronice. În acest sens, fiabilitatea unor astfel de dispozitive a crescut, iar dimensiunea lor a scăzut semnificativ. Și până în ziua de azi, oricât de „sofisticat” este microcircuitul, acesta conține încă mulți tranzistori (precum și diode, condensatoare, rezistențe etc.). Doar cele foarte mici.

Apropo, inițial „tranzistoarele” erau rezistențe a căror rezistență putea fi modificată folosind cantitatea de tensiune aplicată. Dacă ignorăm fizica proceselor, atunci un tranzistor modern poate fi reprezentat și ca o rezistență care depinde de semnalul furnizat acestuia.

Care este diferența dintre tranzistoarele cu efect de câmp și cele bipolare? Răspunsul se află chiar în numele lor. Într-un tranzistor bipolar, transferul de sarcină implică Şi electroni, Şi găuri („encore” - de două ori). Și în câmp (alias unipolar) - sau electroni, sau găuri.

De asemenea, aceste tipuri de tranzistoare diferă în domeniile de aplicare. Cele bipolare sunt folosite în principal în tehnologia analogică, iar cele de teren - în tehnologia digitală.

Și în sfârșit: principala zonă de aplicare a oricăror tranzistori- întărirea unui semnal slab datorită unei surse de alimentare suplimentare.

Tranzistor bipolar. Principiul de funcționare. Caracteristici principale

Un tranzistor bipolar este format din trei regiuni: emițător, bază și colector, fiecare dintre acestea fiind alimentată cu tensiune. În funcție de tipul de conductivitate a acestor zone, se disting tranzistoarele n-p-n și p-n-p. De obicei, zona colectorului este mai largă decât zona emițătorului. Baza este realizată dintr-un semiconductor ușor dopat (de aceea are rezistență mare) și este foarte subțire. Deoarece aria de contact emițător-bază este semnificativ mai mică decât aria de contact bază-colector, este imposibil să schimbați emițătorul și colectorul prin schimbarea polarității conexiunii. Astfel, tranzistorul este un dispozitiv asimetric.

Înainte de a lua în considerare fizica modului în care funcționează un tranzistor, să subliniem problema generală.


Este după cum urmează: un curent puternic circulă între emițător și colector ( curent de colector), iar între emițător și bază există un curent de control slab ( curent de bază). Curentul colectorului se va modifica în funcție de modificarea curentului de bază. De ce?
Să luăm în considerare joncțiunile p-n ale tranzistorului. Există două dintre ele: emițător-bază (EB) și bază-colector (BC). În modul activ de funcționare al tranzistorului, primul dintre ele este conectat cu polarizare directă, iar al doilea cu polarizare inversă. Ce se întâmplă la joncțiunile p-n? Pentru o mai mare certitudine, vom lua în considerare un tranzistor n-p-n. Pentru p-n-p totul este similar, doar cuvântul „electroni” trebuie înlocuit cu „găuri”.

Deoarece joncțiunea EB este deschisă, electronii „treg” cu ușurință spre bază. Acolo se recombină parțial cu găuri, dar O Majoritatea, datorită grosimii mici a bazei și dopajului său scăzut, reușesc să ajungă la tranziția bază-colector. Care, după cum ne amintim, este părtinitoare inversă. Și deoarece electronii din bază sunt purtători minoritari de sarcină, câmpul electric al tranziției îi ajută să-l depășească. Astfel, curentul colectorului este doar puțin mai mic decât curentul emițătorului. Acum ai grijă de mâinile tale. Dacă creșteți curentul de bază, joncțiunea EB se va deschide mai puternic și mai mulți electroni vor putea aluneca între emițător și colector. Și deoarece curentul colectorului este inițial mai mare decât curentul de bază, această schimbare va fi foarte, foarte vizibilă. Astfel, semnalul slab primit la bază va fi amplificat. Încă o dată, o schimbare mare a curentului colectorului este o reflectare proporțională a unei mici modificări a curentului de bază.

Îmi amintesc că principiul de funcționare al unui tranzistor bipolar i-a fost explicat colegului meu de clasă folosind exemplul unui robinet de apă. Apa din el este curentul colectorului, iar curentul de control de bază este cât de mult rotim butonul. O forță mică (acțiune de control) este suficientă pentru a crește debitul de apă de la robinet.

Pe lângă procesele luate în considerare, la joncțiunile p-n ale tranzistorului pot apărea o serie de alte fenomene. De exemplu, cu o creștere puternică a tensiunii la joncțiunea bază-colector, multiplicarea sarcinii de avalanșă poate începe din cauza ionizării de impact. Și împreună cu efectul de tunel, acest lucru va produce mai întâi o defecțiune electrică și apoi (cu creșterea curentului) o defecțiune termică. Cu toate acestea, defalcarea termică a unui tranzistor poate apărea fără defecțiune electrică (adică, fără creșterea tensiunii colectorului până la tensiunea de defalcare). Un curent excesiv prin colector va fi suficient pentru aceasta.

Un alt fenomen se datorează faptului că atunci când tensiunile de pe joncțiunile colectorului și emițătorului se modifică, grosimea acestora se modifică. Și dacă baza este prea subțire, atunci poate apărea un efect de închidere (așa-numita „puncție” a bazei) - o conexiune între joncțiunea colectorului și joncțiunea emițătorului. În acest caz, regiunea de bază dispare și tranzistorul nu mai funcționează normal.

Curentul de colector al tranzistorului în modul normal de funcționare activ al tranzistorului este mai mare decât curentul de bază de un anumit număr de ori. Acest număr este numit câștig de curentși este unul dintre principalii parametri ai tranzistorului. Este desemnat h21. Dacă tranzistorul este pornit fără sarcină pe colector, atunci la o tensiune constantă colector-emițător raportul dintre curentul colectorului și curentul de bază va da câștig de curent static. Poate fi egal cu zeci sau sute de unități, dar merită luat în considerare faptul că în circuitele reale acest coeficient este mai mic datorită faptului că atunci când sarcina este pornită, curentul colectorului scade în mod natural.

Al doilea parametru important este rezistența de intrare a tranzistorului. Conform legii lui Ohm, este raportul dintre tensiunea dintre bază și emițător și curentul de control al bazei. Cu cât este mai mare, cu atât curentul de bază este mai mic și câștigul este mai mare.

Al treilea parametru al unui tranzistor bipolar este câștig de tensiune. Este egal cu raportul dintre amplitudinea sau valorile efective ale tensiunilor alternative de ieșire (emițător-colector) și de intrare (bază-emițător). Deoarece prima valoare este de obicei foarte mare (unități și zeci de volți), iar a doua este foarte mică (zecimi de volți), acest coeficient poate ajunge la zeci de mii de unități. Este de remarcat faptul că fiecare semnal de control de bază are propriul câștig de tensiune.

De asemenea, tranzistoarele au răspuns în frecvență, care caracterizează capacitatea tranzistorului de a amplifica un semnal a cărui frecvență se apropie de frecvența de amplificare de tăiere. Faptul este că, pe măsură ce frecvența semnalului de intrare crește, câștigul scade. Acest lucru se datorează faptului că timpul de apariție a principalelor procese fizice (timpul de mișcare a purtătorilor de la emițător la colector, încărcarea și descărcarea joncțiunilor capacitive de barieră) devine proporțional cu perioada de schimbare a semnalului de intrare. . Aceste. tranzistorul pur și simplu nu are timp să reacționeze la modificările semnalului de intrare și la un moment dat pur și simplu încetează să-l amplifice. Se numește frecvența la care se întâmplă acest lucru hotar.

De asemenea, parametrii tranzistorului bipolar sunt:

• colector-emițător de curent invers
• la timp
• curent de colector invers
• curent maxim admisibil

Condiţional notația n-p-nŞi tranzistoare pnp Ele diferă doar în direcția săgeții care indică emițătorul. Acesta arată cum circulă curentul într-un anumit tranzistor.

Moduri de funcționare ale unui tranzistor bipolar

Opțiunea discutată mai sus reprezintă modul normal de funcționare activ al tranzistorului. Cu toate acestea, există câteva alte combinații deschise/închise joncțiuni p-n, fiecare dintre acestea reprezentând un mod de operare separat al tranzistorului.

1. Mod invers activ. Aici tranziția BC este deschisă, dar dimpotrivă, EB este închis. Proprietățile de amplificare în acest mod, desigur, sunt mai rele ca niciodată, așa că tranzistorii sunt folosiți foarte rar în acest mod.
2. Modul de saturație. Ambele treceri sunt deschise. În consecință, purtătorii de sarcină principali ai colectorului și emițătorului „fug” la bază, unde se recombină activ cu purtătorii săi principali. Datorită excesului rezultat de purtători de sarcină, rezistența joncțiunilor de bază și p-n scade. Prin urmare, un circuit care conține un tranzistor în modul de saturație poate fi considerat scurtcircuitat, iar acest element radio în sine poate fi reprezentat ca punct echipotențial.
3. Modul de întrerupere. Ambele tranziții ale tranzistorului sunt închise, adică curentul purtătorilor principali de sarcină dintre emițător și colector se oprește. Fluxurile de purtători de sarcină minoritare creează doar curenți de tranziție termică mici și necontrolați. Datorită sărăciei bazei și tranzițiilor cu purtători de sarcină, rezistența acestora crește foarte mult. Prin urmare, se crede adesea că un tranzistor care funcționează în modul de întrerupere reprezintă un circuit deschis.
4. Modul barierăÎn acest mod, baza este conectată direct sau printr-o rezistență scăzută la colector. În circuitul colector sau emițător este inclus și un rezistor, care stabilește curentul prin tranzistor. Acest lucru creează echivalentul unui circuit de diode cu un rezistor în serie. Acest mod este foarte util, deoarece permite circuitului să funcționeze la aproape orice frecvență, pe o gamă largă de temperatură și nu solicită parametrii tranzistorilor.

Circuite de comutare pentru tranzistoare bipolare

Deoarece tranzistorul are trei contacte, în general, puterea trebuie să fie furnizată de la două surse, care împreună produc patru ieșiri. Prin urmare, unul dintre contactele tranzistorului trebuie să fie alimentat cu o tensiune de același semn de la ambele surse. Și în funcție de ce fel de contact este, există trei circuite pentru conectarea tranzistoarelor bipolare: cu un emițător comun (CE), un colector comun (OC) și o bază comună (CB). Fiecare dintre ele are atât avantaje, cât și dezavantaje. Alegerea între ele se face în funcție de ce parametri sunt importanți pentru noi și care pot fi sacrificați.

Circuit de conectare cu emițător comun

Acest circuit oferă cel mai mare câștig în tensiune și curent (și, prin urmare, în putere - până la zeci de mii de unități) și, prin urmare, este cel mai comun. Aici joncțiunea emițător-bază este pornită direct, iar joncțiunea bază-colector este pornită invers. Și deoarece atât baza, cât și colectorul sunt alimentate cu o tensiune de același semn, circuitul poate fi alimentat de la o singură sursă. În acest circuit, faza tensiunii AC de ieșire se modifică în raport cu faza tensiunii AC de intrare cu 180 de grade.

Dar, pe lângă toate bunătățile, schema OE are și un dezavantaj semnificativ. Constă în faptul că o creștere a frecvenței și temperaturii duce la o deteriorare semnificativă a proprietăților de amplificare ale tranzistorului. Astfel, dacă tranzistorul urmează să funcționeze la frecvente inalte, atunci este mai bine să utilizați un circuit de comutare diferit. De exemplu, cu o bază comună.

Schema de conectare cu o bază comună

Acest circuit nu oferă o amplificare semnificativă a semnalului, dar este bun la frecvențe înalte, deoarece permite utilizarea mai deplină a răspunsului în frecvență al tranzistorului. Dacă același tranzistor este conectat mai întâi conform unui circuit cu un emițător comun și apoi cu o bază comună, atunci în al doilea caz va exista o creștere semnificativă a frecvenței sale de tăiere a amplificarii. Deoarece cu o astfel de conexiune impedanța de intrare este scăzută și impedanța de ieșire nu este foarte mare, cascadele de tranzistori asamblate conform circuitului OB sunt utilizate în amplificatoarele de antenă, unde impedanta caracteristica cablurile de obicei nu depășesc 100 ohmi.

Într-un circuit de bază comună, faza semnalului nu se inversează, iar nivelul de zgomot la frecvențe înalte este redus. Dar, așa cum am menționat deja, câștigul său actual este întotdeauna puțin mai mic decât unitatea. Adevărat, câștigul de tensiune aici este același ca într-un circuit cu un emițător comun. Dezavantajele unui circuit de bază comun includ și necesitatea de a utiliza două surse de alimentare.

Schema de conectare cu un colector comun

Particularitatea acestui circuit este că tensiunea de intrare este complet transmisă înapoi la intrare, adică feedback-ul negativ este foarte puternic.

Permiteți-mi să vă reamintesc că feedback-ul negativ este un astfel de feedback în care semnalul de ieșire este transmis înapoi la intrare, reducând astfel nivelul semnalului de intrare. Astfel, reglarea automată are loc atunci când parametrii semnalului de intrare se modifică accidental

Câștigul de curent este aproape același ca în circuitul emițătorului comun. Dar câștigul de tensiune este mic (principalul dezavantaj al acestui circuit). Se apropie de unitate, dar este întotdeauna mai mică decât aceasta. Astfel, câștigul de putere este egal cu doar câteva zeci de unități.

Într-un circuit colector comun, nu există o schimbare de fază între tensiunea de intrare și de ieșire. Deoarece câștigul de tensiune este aproape de unitate, tensiunea de ieșire se potrivește cu tensiunea de intrare în fază și amplitudine, adică o repetă. De aceea, un astfel de circuit se numește adept emițător. Emițător - deoarece tensiunea de ieșire este îndepărtată de la emițător în raport cu firul comun.

Această conexiune este utilizată pentru a potrivi treptele tranzistorului sau atunci când sursa semnalului de intrare are o impedanță de intrare mare (de exemplu, un pickup piezoelectric sau un microfon cu condensator).

Două cuvinte despre cascade

Sunt momente când trebuie să crești putere de ieșire(adică măriți curentul colectorului). În acest caz, se utilizează conexiunea paralelă a numărului necesar de tranzistori.

Desigur, ar trebui să aibă aproximativ aceleași caracteristici. Dar trebuie reținut că curentul total maxim al colectorului nu trebuie să depășească 1,6-1,7 din curentul maxim al colectorului oricărui dintre tranzistoarele în cascadă.
Cu toate acestea (mulțumesc pentru notă), nu este recomandat să faceți acest lucru în cazul tranzistoarelor bipolare. Pentru că doi tranzistori, chiar și de același tip, sunt cel puțin ușor diferiți unul de celălalt. În consecință, atunci când sunt conectate în paralel, prin ele vor curge curenți de diferite mărimi. Pentru a egaliza acești curenți, în circuitele emițătoare ale tranzistoarelor sunt instalate rezistențe echilibrate. Valoarea rezistenței lor este calculată astfel încât căderea de tensiune între ele în intervalul de curent de funcționare să fie de cel puțin 0,7 V. Este clar că acest lucru duce la o deteriorare semnificativă a eficienței circuitului.

De asemenea, poate fi nevoie de un tranzistor cu sensibilitate bună și, în același timp, câștig bun. În astfel de cazuri, se folosește o cascadă a unui tranzistor sensibil, dar de putere redusă (VT1 în figură), care controlează sursa de alimentare a unui om mai puternic (VT2 în figură).

Alte aplicații ale tranzistoarelor bipolare

Tranzistoarele pot fi utilizate nu numai în circuitele de amplificare a semnalului. De exemplu, datorită faptului că pot funcționa în moduri de saturație și de tăiere, sunt folosite ca chei electronice. De asemenea, este posibil să se utilizeze tranzistori în circuitele generatoare de semnal. Dacă funcționează în modul cheie, atunci va fi generat un semnal dreptunghiular, iar dacă în modul de amplificare, atunci un semnal de formă arbitrară, în funcție de acțiunea de control.

Marcare

Deoarece articolul a crescut deja la un volum indecent de mare, în acest moment voi oferi pur și simplu două link-uri bune, care descriu în detaliu principalele sisteme de marcare pentru dispozitivele semiconductoare (inclusiv tranzistori): http://kazus.ru/guide/transistors /mark_all fișierul .html și .xls (35 kb).

Comentarii utile:
http://habrahabr.ru/blogs/easyelectronics/133136/#comment_4419173

Etichete:

• tranzistoare
• tranzistoare bipolare
• electronice

Adăugați etichete

Tranzistoarele bipolare sunt dispozitive semiconductoare cu trei electrozi conectați la trei straturi în serie, cu conductivități diferite. Spre deosebire de alți tranzistori, care poartă un singur tip de încărcare, acesta este capabil să transporte două tipuri simultan.

Schemele de conexiune care folosesc tranzistoare bipolare depind de munca efectuată și de tipul de conducție. Conducția poate fi electronică sau orificiu.

Tipuri de tranzistoare bipolare

Tranzistoarele bipolare sunt împărțite în funcție de diferite criterii în tipuri în funcție de:

• Material de fabricatie: arseniura de siliciu sau galiu.
• Valoarea frecvenței: până la 3 MHz - scăzut, până la 30 MHz - mediu, până la 300 MHz - ridicat, mai mult de 300 MHz - ultra-înalt.
• Cea mai mare putere de disipare: 0-0,3 W, 0,3-3 W, peste 3 W.
• Tipul dispozitivului: 3 straturi de semiconductor cu ordinea secvenţială a tipului de conducţie.

Proiectare și exploatare

Straturile de tranzistori, atât interioare cât și exterioare, sunt combinate cu electrozi încorporați, care sunt denumiți bază, emițător și colector.

Nu există diferențe semnificative în ceea ce privește tipurile de conductivitate între colector și emițător, cu toate acestea, procentul de includere a impurităților în colector este mult mai mic, ceea ce face posibilă creșterea tensiunii admisibile la ieșire.

Stratul mijlociu al semiconductorului (bază) are o valoare mare de rezistență, deoarece este realizat din material ușor dopat. Este în contact cu colectorul pe o suprafață mare. Acest lucru face posibilă creșterea disipării căldurii, care este necesară datorită eliberării de căldură din deplasarea joncțiunii în cealaltă direcție. Un bun contact bază-colector permite electronilor, care sunt purtători minoritari, să treacă cu ușurință.

Straturile de tranziție sunt realizate după același principiu. Cu toate acestea, tranzistoarele bipolare sunt considerate dispozitive dezechilibrate. La alternarea straturilor exterioare în locuri cu aceeași conductivitate, este imposibil să se formeze parametri semiconductori similari.

Circuitele de conectare a tranzistorului sunt proiectate astfel încât să îi poată asigura atât o stare închisă, cât și una deschisă. La munca activă Când semiconductorul este deschis, polarizarea emițătorului este în direcția înainte. Pentru a înțelege pe deplin acest design, trebuie să conectați tensiunea de alimentare conform diagramei prezentate.

În acest caz, granița de la a 2-a joncțiune a colectorului este închisă, nu trece curent prin ea. În practică, fenomenul opus are loc datorită tranzițiilor adiacente și influenței acestora una asupra celeilalte. Deoarece polul negativ al bateriei este conectat la emițător, tranziția vedere deschisă permite electronilor să treacă la bază, unde se recombină cu găurile, care sunt principalii purtători. Apare curentul de bază I b. Cu cât este mai mare curentul de bază, cu atât este mai mare curentul de ieșire. Acesta este principiul de funcționare al amplificatoarelor.

Doar mișcarea de difuzie a electronilor are loc prin bază, deoarece nu există câmp electric. Datorită grosimii mici a acestui strat și gradientului semnificativ de particule, aproape toate intră în colector, deși baza are rezistență ridicată. La joncțiune există un câmp electric care promovează transferul și îi atrage. Curenții emițătorului și colectorului sunt aceiași, cu excepția unei mici pierderi de sarcină din redistribuire la bază: I e = I b + I k.

Caracteristici

• Câștig curent β = I k / I b.
• Câștig de tensiune U eq / U fie.
• Rezistenta de intrare.
• Caracteristica de frecvență este capacitatea unui tranzistor de a funcționa până la o anumită frecvență, dincolo de care procesele de tranziție rămân în urma schimbării semnalului.

Moduri și scheme de funcționare

Tipul de circuit afectează modul de funcționare al tranzistorului bipolar. Semnalul poate fi colectat și transmis în două locuri pentru cazuri diferite și există trei electrozi. În consecință, un electrod arbitrar trebuie să fie atât o ieșire, cât și o intrare. Toate tranzistoarele bipolare sunt conectate conform acestui principiu și au trei tipuri de circuite, pe care le vom lua în considerare mai jos.

Circuit colector comun

Semnalul trece prin rezistență R L, care este inclus și în circuitul colectorului.

Această diagramă de conexiune face posibilă crearea doar a unui amplificator de curent. Avantajul unui astfel de emițător adept este formarea unei rezistențe semnificative la intrare. Acest lucru face posibilă potrivirea etapelor de amplificare.

Schemă cu o bază comună

Circuitul are un dezavantaj sub forma unei rezistențe scăzute de intrare. Un circuit de bază comun este cel mai adesea folosit ca oscilator.

Circuit emițător comun

Cel mai adesea, atunci când se utilizează tranzistori bipolari, se utilizează un circuit cu un emițător comun. Tensiunea trece prin rezistența de sarcină R L, iar puterea este conectată la emițător cu polul negativ.

Un semnal cu valoare variabilă ajunge la bază și la emițător. În circuitul colectorului devine mai mare ca valoare. Elementele principale ale circuitului sunt un rezistor, un tranzistor și un circuit de ieșire a amplificatorului cu o sursă de alimentare. Elemente suplimentare oțel: capacitate C 1, care împiedică trecerea curentului la intrare, rezistență R 1, datorită căruia tranzistorul se deschide.

În circuitul colector, tensiunea și rezistența tranzistorului sunt egale cu valoarea EMF: E= Ik Rk +Vke.

Rezultă că semnalul mic Ec determină regula pentru schimbarea diferenței de potențial în ieșirea variabilă a convertorului tranzistorului. Acest circuit face posibilă creșterea curentului de intrare de mai multe ori, precum și a tensiunii și a puterii.

Unul dintre dezavantajele unui astfel de circuit este rezistența scăzută de intrare (până la 1 kOhm). În consecință, apar probleme în formarea cascadelor. Rezistența de ieșire este de la 2 la 20 kOhm.

Circuitele luate în considerare arată acțiunea unui tranzistor bipolar. Funcționarea acestuia este afectată de frecvența semnalului și de supraîncălzire. Pentru a rezolva această problemă, se aplică măsuri suplimentare separate. Împământarea emițătorului produce distorsiuni la ieșire. Pentru a crea fiabilitatea circuitului, sunt conectate filtre, feedback-uri etc. După astfel de măsuri, circuitul funcționează mai bine, dar câștigul scade.

Moduri de operare

Viteza tranzistorului este influențată de mărimea tensiunii conectate. Să luăm în considerare diferite moduri de funcționare folosind exemplul unui circuit în care tranzistoarele bipolare sunt conectate la un emițător comun.

A tăia calea

Acest mod se formează atunci când tensiunea V BE scade la 0,7 volți. În acest caz, joncțiunea emițătorului se închide și nu există curent la colector, deoarece nu există electroni în bază, iar tranzistorul rămâne închis.

Modul activ

Atunci când la bază este aplicată o tensiune suficientă pentru a porni tranzistorul, apar un curent mic de intrare și un curent mare de ieșire. Aceasta depinde de mărimea câștigului. În acest caz, tranzistorul funcționează ca un amplificator.

Modul de saturație

Această lucrare are diferențele sale față de modul activ. Semiconductorul se deschide până la capăt, curentul colectorului atinge cea mai mare valoare. Creșterea acestuia poate fi realizată numai prin modificarea sarcinii sau a EMF a circuitului de ieșire. La reglarea curentului de bază, curentul colectorului nu se modifică. Modul de saturație are particularitățile că tranzistorul este complet deschis și funcționează ca un comutator. Dacă combinați modurile de saturație și tăiere ale tranzistoarelor bipolare, puteți crea comutatoare.

Proprietățile caracteristicilor de ieșire afectează modurile. Acest lucru este prezentat în grafic.

La trasarea segmentelor corespunzătoare cu cea mai mare dimensiune a curentului și tensiunii colectorului pe axele de coordonate și apoi conectarea capetelor între ele, se formează o linie roșie de sarcină. Graficul arată că punctul de curent și tensiune se vor deplasa în sus de-a lungul liniei de sarcină pe măsură ce curentul de bază crește.

Zona dintre caracteristica de ieșire umbrită și axa Vke este lucrul de tăiere. În acest caz, tranzistorul este închis, iar curentul invers este mic. Caracteristica din punctul A din vârf se intersectează cu sarcina, după care cu o creștere ulterioară a I B curentul colectorului nu se mai modifică. Pe grafic, zona de saturație este partea umbrită dintre axa Ik și cel mai abrupt grafic.

Tranzistoare bipolare în diferite moduri

Tranzistorul interacționează cu semnalele diferite tipuriîn circuitul de intrare. Tranzistorul este utilizat în principal în amplificatoare. Semnalul AC de intrare modifică curentul de ieșire. În acest caz, se folosesc circuite cu un emițător sau colector comun. Circuitul de ieșire necesită o sarcină pentru semnal.

Cel mai adesea, o rezistență instalată în circuitul de ieșire al colectorului este utilizată pentru aceasta. Cu el făcând alegerea corectă, tensiunea de ieșire va fi mult mai mare decât cea de intrare.

În timpul conversiei semnalului de impuls, modul rămâne același ca pentru semnalele sinusoidale. Calitatea modificării armonice este determinată de caracteristicile de frecvență ale semiconductorilor.

Modul de comutare

Comutatoarele cu tranzistori sunt utilizate pentru comutarea fără contact în circuitele electrice. Această lucrare constă în reglarea intermitentă a valorii rezistenței semiconductorului. Tranzistoarele bipolare sunt cele mai utilizate în dispozitivele de comutare.

Semiconductorii sunt utilizați în circuitele de modificare a semnalului. Funcționarea lor universală și clasificarea largă fac posibilă utilizarea tranzistoarelor în diferite circuite, care determină capacitățile lor de operare. Principalele circuite utilizate sunt circuitele de amplificare și de comutare.