Dažnai girdžiu šį klausimą iš skaitytojų:
Kaip veikia NPN tranzistorius, bet kaip veikia PNP tranzistorius?
Na, atrodo, jūs aiškinate, kad sakoma, kad bazė atsidaro su „minusu“ ir pan. , bet kažkodėl ne visi suspėja. Todėl nusprendžiau parašyti straipsnį apie PNP laidumo tranzistorių ir parodyti, kaip jis veikia.
Kartojimas yra mokymosi motina, todėl pirmiausia prisiminkime, kokio laidumo yra bipoliniai tranzistoriai. Tie, kurie skaitė ankstesnius straipsnius, manau, prisimena, kad tranzistoriai yra NPN laidumas:
ir PNP laidumas
Ankstesniuose straipsniuose naudodami NPN tranzistorių sukūrėme paprastas grandines ir žinojome, kad jei prie pagrindo bus prijungta nedidelė įtampa, tada elektros srovė eis išilgai rodyklės nuo kolektoriaus iki emiterio.
Mes netgi pateikėme analogiją su baku ir baseinu
Daugiau informacijos šiame straipsnyje.
Bet kokia turėtų būti laidumo PNP tranzistoriaus analogija? Apsvarstykite šį piešinį:
Čia matome rudą vamzdį, kuriuo spaudžiamas vanduo teka iš apačios į viršų. Šiuo metu vamzdis yra uždarytas raudona sklende, todėl vanduo negali tekėti per vamzdį, nes sklendė trukdo vandens slėgiui.
Bet kai tik patraukiame sklendę atgal, šiek tiek patraukdami žalią svirtį, raudona amortizacija atsitraukia ir vamzdžiu iš apačios į viršų teka audringa vandens srovė. Kai tik atleisime žalią svirtį, mėlyna spyruoklė grąžins sklendę į pradinę padėtį ir užblokuos vandens kelią.
Tai yra, mes šiek tiek patraukėme sklendę link savęs, o vanduo per vamzdį bėgo pašėlusia srove. Tą patį galima pasakyti apie PNP tranzistorių.
Jei įsivaizduosime šį vamzdį kaip tranzistorių, tada jo išvados atrodys taip:
Tai reiškia, kad norint, kad srovė eitų nuo emiterio iki kolektoriaus (ir jūs atsiminkite, kad srovė turi eiti ten, kur nukreipta emiterio rodyklė), turime įsitikinti, kad nuo pagrindo ištekėjo dabartinis, arba neprofesionaliai tariant, taikyti prie pagrindo minus galios(„traukite“ stresą ant savęs).
Ką gi, turėsime ilgai lauktą patirtį. Norėdami tai padaryti, paimkite tranzistorių KT814B, kuris yra papildoma tranzistoriaus KT815B pora.
Tiems, kurie neskaitėte ankstesnių straipsnių, norėčiau tai priminti nemokama pora bet kam tranzistorius - tai tranzistorius, turintis lygiai tas pačias charakteristikas ir parametrus, BET jis tiesiog turi kitas laidumas. Tai reiškia, kad turime tranzistorių KT815 atvirkščiai laidumas, tai yra NPN ir KT814 tiesiai laidumas, tai yra, PNP ;-) Taip pat yra priešingai: KT814 tranzistoriui papildoma pora yra KT815 tranzistorius! Trumpai tariant, veidrodiniai broliai dvyniai.
KT814B tranzistorius yra PNP laidumo tranzistorius:
Štai jo stulpelis:
Norėdami parodyti jo veikimo principą, surinksime pagal Bendrojo emiterio (CE) schemą:
Tiesą sakant, visa schema atrodo maždaug taip:
Mėlyni krokodilo laidai ateina iš maitinimo šaltinio Bat1, o kiti du laidai su krokodilais, juodi ir raudoni, nuo maitinimo šaltinio Bat2.
Taigi, kad schema veiktų, mes ją nustatėme Bat2įtampa kaitinamajai lemputei maitinti. Kadangi turime 6 voltų lemputę, ją nustatėme į 6 voltus. Ant maitinimo šaltinio Bat1 atsargiai pridėkite įtampą nuo nulio ir tol, kol užsidegs kaitrinė lemputė. Ir dabar esant 0,6 volto įtampai
Aš turiu lemputę
Tai yra, tranzistorius „atsidarė“ ir per emiterio-kolektoriaus grandinę bėgo elektros srovė, dėl kurios degė lemputė. Na, manau, kad viskas yra skausmingai paprasta ;-) Atidarymo įtampa yra įtampos kritimas per pagrindo-emiterio P-N sandūrą. Kaip prisimenate, silicio tranzistoriams (o KT814B tranzistorius yra silicis, tai nurodo raidė „K“ jo pavadinimo pradžioje) ši vertė yra 0,5–0,7 volto diapazone. Tai yra, norint „atidaryti“ tranzistorių, pakanka baziniam emiteriui prijungti didesnę nei 0,5–0,7 volto įtampą.
Prisiminkite, kaip vaikiškuose žurnaluose: „rask tiek skirtumų dviejose nuotraukose“, pažaiskime dar kartą tą patį žaidimą. Tik šį kartą ieškosime skirtumų dviejose schemose.
Taigi, kairėje yra NPN tranzistorius KT815B grandinėje su OE, o dešinėje - KT814B pagal tą pačią perjungimo grandinę:
Na, koks skirtumas? Taip, galios poliškumu! Ir dabar galime drąsiai teigti, kad PNP laidumo tranzistorius atsidaro su „minusu“, nes bazei pritaikome „minusą“, o NPN laidumo tranzistorius atsidaro su „pliusu“.
Yra akivaizdus skirtumas tarp paprastos perjungimo grandinės ir linijinio tranzistoriaus stiprintuvo. Įprastai veikiančiame linijiniame stiprintuve kolektoriaus srovė visada tiesiogiai proporcingas bazinei srovei. Perjungimo grandinėje, pvz., Fig. 1., kolektoriaus srovę daugiausia lemia maitinimo įtampa V CC ir apkrovos varža RL . Tranzistoriaus prisotinimo režimas yra gana svarbus ir nusipelno išsamios diskusijos.
Ryžiai. vienas. Sodrumo režimo iliustracija. Tranzistorius veikia kaip raktas įjungti lempą.
Apsvarstykite, kas atsitinka su kolektoriaus srove grandinėje Fig. 1, jei bazinė srovė palaipsniui didėja pradedant nuo nulio. Kai jungiklis S 1 yra atidarytas, bazinė srovė neteka, o kolektoriaus srovė yra nereikšminga. Uždarius S 1, atsiranda bazinė srovė I B \u003d V CC /R B, kur mes nepaisėme potencialų skirtumo bazės ir emiterio sankryžoje. Per apkrovą R L teka kolektoriaus srovė I C =h FE V CC /R B . Konkrečiai schemai, pavaizduotai paveikslėlyje, kai h FE = 100 ir didžiausia R B reikšme (50 kOhm), gauname:
I C \u003d 100x10 / 5000 A \u003d 20 mA
Įtampos kritimas per R L nustatomas pagal R L I C sandaugą ir mūsų atveju yra 50 x 0,02 = 1 V. Tranzistorius yra tiesiniu režimu; R B sumažėjimas lemia bazinės srovės padidėjimą, kolektoriaus srovės padidėjimą ir, atitinkamai, įtampos kritimo per RL padidėjimą. Esant tokioms sąlygoms, grandinė gali būti naudojama kaip įtampos stiprintuvas.
Dabar apsvarstykite atvejį, kai
o bazinė srovė yra
I B \u003d V CC / R B \u003d V CC / (h FE R L)
Todėl kolektoriaus srovė yra
I C \u003d (h FE V CC) / (h FE R L) \u003d V CC / R L
Apkrovos požiūriu tranzistorius elgiasi kaip jungiklio kontaktų pora. Iš Ohmo dėsnio išplaukia, kad apkrovos srovė šioje situacijoje negali viršyti V CC / R L . Todėl toliau didinant bazinę srovę negalima padidinti kolektoriaus srovės, kurią dabar lemia tik apkrovos varža ir maitinimo įtampa. Tranzistorius yra prisotintas. Praktiškai, kai tranzistorius prisotinamas, tarp kolektoriaus ir emiterio visada lieka nedidelė įtampa, paprastai žymima V CE(sat) . Paprastai jis yra mažesnis nei 1 V ir gali siekti iki 0,1 V tranzistoriams, specialiai suprojektuotiems veikti kaip jungikliai. Paprastai V CE(sat) mažėja, kai per bazinio emiterio sandūrą teka vis daugiau srovės, tai yra tuo atveju, kai kolektoriaus srovės I C ir bazinės srovės I B santykis tampa žymiai mažesnis už tranzistoriaus h FE srovės stiprinimą. .
Grubiai tariant, gilus prisotinimas (maža V CE(sat) reikšmė) atsiranda tada, kai
I C/I B< h FE /5
Tokiai grandinei, kaip parodyta Fig. 1, kai bazinė srovė suteikiama tiesiog prijungus rezistorių prie maitinimo šaltinio, mes pasirenkame
R B / R L< h FE /5
Todėl schemai pav. 1, darant prielaidą, kad tranzistoriaus 2N3053 tipinė vertė (analogiška KT630B - žr. vidaus ir užsienio tranzistorių analogus) srovės stiprinimo koeficiento h FE = 150 vertė, mes turime
R B / R L< 150/5 = 30.
Todėl, esant R L = 50 omų, mes pasirenkame
R B< 30 х 50 Ом = 1,5 кОм.
Taigi, jei kaip apkrova naudojama lempa, kurios varža yra 50 omų, norėdami ją efektyviai įjungti, turėtume pasirinkti pagrindinio rezistoriaus varžą, mažesnę nei 1,5 kOhm. Jei tai neįmanoma, kai, pavyzdžiui, kaip R B naudojamas fotorezistorius, kurio minimali varža yra 10 kΩ, tuomet srovės stiprinimo koeficientui padidinti reikia naudoti Darlingtono grandinę.
Jei dvipolis tranzistorius veikia su kolektoriaus srove, artima maksimaliai, o įtampą V CE (sat) reikia palaikyti voltų dalių lygyje, tada dėl h FE sumažėjimo bazinė srovė yra didesnė nei Gali prireikti I s / 10.
Gali būti netikėta, kad V CE(sat) gali būti daug mažesnė už įtampą V BE , kuri silicio tranzistoriaus atveju yra apie 0,6 V. Taip yra todėl, kad kolektoriaus ir bazės jungtis soties režimu yra nukreipta į priekį. Todėl turime dvi p-n jungtis, nukreiptas į priekį, sujungtas viena su kita taip, kad jų įtampos kritimai panaikintų vienas kitą. Šis bipolinio tranzistoriaus gebėjimas turėti labai mažą įtampos kritimą tarp kolektoriaus ir emiterio prisotinimo režimu daro jį labai naudingu perjungimo įtaisu. Daugelyje svarbiausių elektronikos pritaikymų, įskaitant plačią skaitmeninės elektronikos sritį, naudojamos perjungimo grandinės.
Perjungimo režimu tranzistorius veikia su beveik nuline kolektoriaus srove (tranzistorius išjungtas) arba praktiškai nuline kolektoriaus įtampa (tranzistorius įjungtas). Abiem atvejais tranzistoriaus išsklaidyta galia yra labai maža. Didelė galia išsklaido tik tuo metu, kai įvyksta perjungimas: šiuo metu tiek kolektoriaus-emiterio įtampa, tiek kolektoriaus srovė yra baigtinė.
Mažos galios tranzistorius, pvz., 2N3053, kurio maksimalus galios išsklaidymas yra mažesnis nei vienas vatas, apkrovoje gali perjungti kelių vatų galią. Reikėtų atkreipti dėmesį į tai, kad didžiausios kolektoriaus įtampos ir srovės vertės neturėtų viršyti leistinų ribų; be to, pageidautina perjungimą atlikti kuo greičiau, kad būtų išvengta per didelio galios išsklaidymo.
4 TEMA. DVIPOLINIAI TRANSISTORIAI
4.1 Konstrukcija ir veikimo principas
Dvipolis tranzistorius yra puslaidininkinis įtaisas, susidedantis iš trijų sričių su kintamo tipo elektros laidumu ir tinkamas galiai stiprinti.
Šiuo metu gaminami bipoliniai tranzistoriai gali būti klasifikuojami pagal šiuos kriterijus:
Pagal medžiagą: germanis ir silicis;
Pagal regionų laidumo tipą: tipas p-n-p ir n-p-n;
Pagal galią: maža (Pmax £ 0,3 W), vidutinė (Pmax £ 1,5 W) ir didelė galia (Pmax > 1,5 W);
Pagal dažnį: žemo dažnio, vidutinio dažnio, aukšto dažnio ir mikrobangų krosnelė.
Bipoliniuose tranzistoriuose srovę lemia dviejų tipų krūvininkų judėjimas: elektronų ir skylių (arba pagrindinių ir mažųjų). Iš čia ir jų pavadinimas – bipolinis.
Šiuo metu gaminami ir naudojami tik tranzistoriai su plokštuminiais tranzistoriais. p-n- sandūra mi.
Plokščiojo bipolinio tranzistoriaus įtaisas schematiškai parodytas fig. 4.1.
Tai germanio arba silicio plokštė, kurioje sukuriamos trys skirtingo elektros laidumo sritys. Prie tranzistoriaus tipo n-p-n vidurinėje srityje yra skylė, o išorinėse srityse yra elektroninis elektrinis laidumas.
P-n-p tipo tranzistoriai turi vidurinę sritį su elektroniniu, o kraštutinius - su skylės elektriniu laidumu.
Vidurinė tranzistoriaus sritis vadinama baze, viena kraštutinė sritis yra emiteris, kita – kolektorius. Taigi tranzistorius turi dvi p-n sandūras: emiteris - tarp emiterio ir pagrindo ir kolektoriaus - tarp pagrindo ir kolektoriaus. Emiterio sandūros plotas yra mažesnis nei kolektoriaus sandūros plotas.
Emiteris yra tranzistoriaus sritis, kurios tikslas yra įleisti į pagrindą krūvininkų. Kolektorius yra sritis, kurios paskirtis yra išgauti iš pagrindo krūvininkus. Bazė yra sritis, į kurią emiteris įpurškia šiai sričiai mažus krūvininkus.
Daugumos krūvininkų koncentracija spinduolyje yra daug kartų didesnė už daugumos krūvininkų koncentraciją bazėje, o jų koncentracija kolektoriuje yra kiek mažesnė už koncentraciją emiteryje. Todėl emiterio laidumas yra keliomis eilėmis didesnis už bazinį laidumą, o kolektoriaus laidumas yra šiek tiek mažesnis už emiterio laidumą.
Išvados daromos iš pagrindo, emiterio ir kolektoriaus. Priklausomai nuo to, kuri iš išvadų yra bendra įvesties ir išvesties grandinėms, yra trys tranzistorių perjungimo grandinės: su bendra baze (OB), bendru emiteriu (OE), bendru kolektoriaus (OK).
Įvesties arba valdymo grandinė naudojama tranzistoriaus veikimui valdyti. Išėjimo arba valdomoje grandinėje gaunami sustiprinti virpesiai. Sustiprintų virpesių šaltinis yra prijungtas prie įvesties grandinės, o apkrova - į išėjimo grandinę.
Apsvarstykite tranzistoriaus veikimo principą naudodami pavyzdį tranzistorius p-n-p-tipas įtrauktas į schemą su bendru pagrindu (4.2 pav.).
4.2 pav. Dvipolio tranzistoriaus (p-n-p tipo) veikimo principas
Dviejų maitinimo šaltinių EE ir Ek išorinės įtampos prijungtos prie tranzistoriaus taip, kad emiterio sandūra P1 būtų pakreipta į priekį (įtampa į priekį), o kolektoriaus sandūra P2 – priešinga kryptimi (atbulinė įtampa). ).
Jei į kolektoriaus sandūrą įvedama atvirkštinė įtampa, o emiterio grandinė yra atvira, tai kolektoriaus grandinėje teka nedidelė atvirkštinė srovė Iko (mikroamperų vienetai). Ši srovė atsiranda veikiant atvirkštinei įtampai ir sukuriama kryptingai judant bazinių skylių mažumos krūvininkų ir kolektoriaus elektronų per kolektoriaus sandūrą. Grandine teka atvirkštinė srovė: +Ek, bazinis kolektorius, −Ek. Kolektoriaus atvirkštinės srovės dydis nepriklauso nuo kolektoriaus įtampos, o priklauso nuo puslaidininkio temperatūros.
Prie emiterio grandinės į priekį prijungus pastovią įtampą EE, emiterio sandūros potencialo barjeras mažėja. Prasideda skylių įpurškimas (įpurškimas) į pagrindą.
Pasirodo, kad išorinė įtampa, tiekiama tranzistoriui, daugiausia taikoma P1 ir P2 sandūroms, nes jie turi didelę varžą, palyginti su pagrindo, emiterio ir kolektoriaus regionų varža. Todėl į pagrindą įšvirkštos skylės jame juda difuzijos būdu. Šiuo atveju skylės rekombinuojasi su baziniais elektronais. Kadangi nešiklių koncentracija bazėje yra daug mažesnė nei emiteryje, labai mažai skylių rekombinuojasi. Esant nedideliam pagrindo storiui, beveik visos skylės pasieks P2 kolektoriaus sandūrą. Rekombinuoti elektronai pakeičiami elektronais iš energijos šaltinio Ek. Skylės, kurios rekombinuojasi su elektronais bazėje, sukuria bazinę srovę IB.
Veikiant atvirkštinei įtampai Ek, kolektoriaus sandūros potencialo barjeras didėja, o sandūros P2 storis didėja. Tačiau potencialus kolektoriaus sandūros barjeras netrukdo pro ją praeiti skylėms. Skylės, kurios patenka į kolektoriaus sandūros sritį, patenka į stiprų greitėjimo lauką, kurį sandūroje sukuria kolektoriaus įtampa, ir yra ištraukiami (įtraukiami) kolektoriaus, sukuriant kolektoriaus srovę Ik. Per grandinę teka kolektoriaus srovė: + Ek, bazinis kolektorius, -Ek.
Taigi tranzistoriuje teka trys srovės: emiterio, kolektoriaus ir bazės srovė.
Laidelyje, kuris yra pagrindo išėjimas, emiterio ir kolektoriaus srovės nukreiptos priešingai. Todėl bazinė srovė yra lygi skirtumui tarp emiterio ir kolektoriaus srovių: IB \u003d IE - IK.
Fizikiniai procesai n-p-n tipo tranzistoriuje vyksta panašiai kaip procesai p-n-p tipo tranzistoriuje.
Bendra emiterio srovė IE nustatoma pagal emiterio įpuršktų pagrindinių krūvininkų skaičių. Pagrindinė šių krūvininkų dalis, pasiekusi kolektorių, sukuria kolektoriaus srovę Ik. Nežymi dalis į bazę įšvirkštų krūvininkų rekombinuojasi bazėje, sukurdama bazinę srovę IB. Todėl emiterio srovė bus skirstoma į bazinę ir kolektoriaus sroves, t.y. IE \u003d IB + Ik.
Emiterio srovė yra įėjimo srovė, kolektoriaus srovė yra išvestis. Išėjimo srovė yra įėjimo dalis, t.y.
(4.1)kur a yra OB grandinės srovės perdavimo koeficientas;
Kadangi išėjimo srovė yra mažesnė už įėjimo srovę, koeficientas a<1. Он показывает, какая часть инжектированных в базу носителей заряда достигает коллектора. Обычно величина a составляет 0,95¸0,995.
Bendroje emiterio grandinėje išėjimo srovė yra kolektoriaus srovė, o įėjimo srovė yra bazinė. OE grandinės srovės stiprinimas:
(4.2)
(4.3)
Vadinasi, OE grandinės srovės stiprinimas yra dešimtys vienetų.
Tranzistoriaus išėjimo srovė priklauso nuo įėjimo srovės. Todėl tranzistorius yra srovės valdomas įrenginys.
Emiterio srovės pokyčiai, atsiradę pasikeitus emiterio sandūros įtampai, visiškai perkeliami į kolektoriaus grandinę, todėl pasikeičia kolektoriaus srovė. Ir nuo tada kolektoriaus maitinimo šaltinio Ek įtampa yra daug didesnė nei emiterio Ee, tai kolektoriaus grandinėje Pk sunaudota galia bus daug didesnė už galią emiterio grandinėje Re. Taigi galima valdyti didelę galią tranzistoriaus kolektoriaus grandinėje su maža galia, sunaudojama emiterio grandinėje, t.y. yra galios padidėjimas.
4.2 Bipolinių tranzistorių įjungimo schemos
Tranzistorius prijungtas prie elektros grandinės taip, kad vienas jo gnybtų (elektrodas) būtų įvestis, antrasis – išėjimas, o trečias – bendras įvesties ir išvesties grandinėms. Priklausomai nuo to, kuris elektrodas yra įprastas, yra trys tranzistorių perjungimo grandinės: OB, OE ir OK. Šios p-n-p tranzistoriaus grandinės parodytos fig. 4.3. n-p-n tranzistoriui perjungimo grandinėse kinta tik įtampų poliškumas ir srovių kryptis. Bet kuriai tranzistoriaus perjungimo grandinei (aktyviuoju režimu) maitinimo šaltinių įjungimo poliškumas turi būti parinktas taip, kad emiterio sandūra būtų įjungta į priekį, o kolektoriaus – priešinga kryptimi.
4.3 pav. - Bipolinių tranzistorių įjungimo schemos: a) APIE; b) OE; c) Gerai
4.3 Dvipolių tranzistorių statinės charakteristikos
Statinis tranzistoriaus veikimo režimas yra režimas, kai išėjimo grandinėje nėra apkrovos.
Statinės tranzistorių charakteristikos vadinamos grafiškai išreikštomis įėjimo grandinės (įėjimo VAC) ir išėjimo grandinės (išėjimo VAC) įtampos ir srovės priklausomybėmis. Charakteristikos priklauso nuo tranzistoriaus įjungimo būdo.
4.3.1 Tranzistoriaus, prijungto pagal OB grandinę, charakteristikos
IE \u003d f (UEB) su UKB \u003d const (4.4 pav., a).
IK \u003d f (UKB) su IE \u003d const (4.4 pav., b).
4.4 pav. – Bipolinio tranzistoriaus, prijungto pagal OB grandinę, statinės charakteristikos
Išvesties I–V charakteristikos turi tris būdingas sritis: 1 – stipri Ik priklausomybė nuo UKB (netiesinė pradinė sritis); 2 – silpna Ik priklausomybė nuo UKB (tiesinė sritis); 3 - kolektoriaus jungties gedimas.
2 regiono charakteristikų ypatybė yra jų nedidelis padidėjimas didėjant įtampai UKB.
4.3.2 Tranzistoriaus, prijungto pagal OE schemą, charakteristikos:
Įvesties charakteristika yra priklausomybė:
IB \u003d f (UBE) su UKE \u003d const (4.5 pav., b).
Išėjimo charakteristika yra priklausomybė:
IK \u003d f (UKE) su IB \u003d const (4.5 pav., a).
4.5 pav. – Bipolinio tranzistoriaus, prijungto pagal OE grandinę, statinės charakteristikos
Tranzistorius OE grandinėje suteikia srovės stiprinimą. Srovės padidėjimas OE grandinėje:
Jei koeficientas a tranzistorių a = 0,9¸0,99, tada koeficientas b = 9¸99. Tai yra svarbiausias tranzistoriaus įjungimo pagal OE grandinę privalumas, kuris visų pirma lemia platesnį praktinį šios perjungimo grandinės pritaikymą, palyginti su OB grandine. Iš tranzistoriaus veikimo principo žinoma, kad per pagrindinį gnybtą priešinga kryptimi teka du srovės komponentai (4.6 pav.): kolektoriaus sandūros IKO atvirkštinė srovė ir dalis emiterio srovės (1 - a). T.Y. Šiuo atžvilgiu nulinę bazinės srovės reikšmę (IB = 0) lemia nurodytų srovių komponentų lygybė, t.y. (1 − a)IE = IKO. Nulinė įėjimo srovė atitinka emiterio srovę IE=IKO/(1−a)=(1+b)IKO ir kolektoriaus srovę
. Kitaip tariant, esant nulinei bazinei srovei (IB \u003d 0), OE grandinėje per tranzistorių teka srovė, vadinama pradine arba per srovę IKO (E) ir lygi (1 + b) IKO.
4.6 pav. Tranzistoriaus su bendru emiteriu perjungimo grandinė (OE grandinė)
4.4 Pagrindiniai parametrai
Grandinių su dvipoliais tranzistoriais analizei ir skaičiavimui naudojami vadinamieji h - tranzistoriaus, prijungto pagal OE grandinę, parametrai.
Tranzistoriaus, prijungto pagal OE grandinę, elektrinė būsena apibūdinama reikšmėmis IB, IBE, IK, UKE.
H - parametrų sistema apima šiuos dydžius:
1. Įėjimo varža
h11 = DU1/DI1 su U2 = pastovus. (4.4)
reiškia tranzistoriaus varžą kintamajai įėjimo srovei, kuriai esant trumpasis jungimas išėjime, t.y. nesant išėjimo kintamosios įtampos.
2. Įtampos grįžtamojo ryšio santykis:
h12 = DU1/DU2 su I1 = pastovus. (4.5)
rodo, kokia dalis įėjimo kintamosios srovės įtampos perduodama į tranzistoriaus įėjimą dėl grįžtamojo ryšio jame.
3. Srovės jėgos koeficientas (srovės perdavimo koeficientas):
h21 = DI2/DI1 su U2 = pastovus. (4.6)
rodomas tranzistoriaus kintamosios srovės stiprinimas be apkrovos režimu.
4. Išėjimo laidumas:
h22 = DI2/DU2 su I1 = pastovus. (4.7)
reiškia kintamosios srovės laidumą tarp tranzistoriaus išėjimo gnybtų.
Išėjimo varža Rout = 1/h22.
Bendrojo emiterio grandinei galioja šios lygtys:
(4.8)
Norint išvengti kolektoriaus jungties perkaitimo, būtina, kad joje išsiskirianti galia, praeinant kolektoriaus srovei, neviršytų tam tikros didžiausios vertės:
(4.9)
Be to, yra apribojimų kolektoriaus įtampai:
ir kolektoriaus srovė:
4.5 Dvipolių tranzistorių darbo režimai
Tranzistorius gali veikti trimis režimais, priklausomai nuo įtampos jo sankryžose. Dirbant aktyviuoju režimu, emiterio sandūroje įtampa yra tiesioginė, o kolektoriaus sandūroje – atvirkštinė.
Atjungimo režimas arba blokavimas pasiekiamas taikant atvirkštinę įtampą abiem jungtims (abi p-n-jungtys yra uždarytos).
Jei abiejose sandūrose įtampa yra tiesioginė (abi p-n- sandūros yra atviros), tai tranzistorius veikia soties režimu.
Atjungimo ir prisotinimo režimuose beveik nėra tranzistoriaus valdymo. Aktyviame režime toks valdymas atliekamas efektyviausiai, o tranzistorius gali atlikti aktyvaus elektros grandinės elemento funkcijas (stiprinimas, generavimas ir kt.).
4.6 Taikymo sritis
Dvipoliai tranzistoriai yra puslaidininkiniai įtaisai, skirti universaliam naudojimui ir plačiai naudojami įvairiuose stiprintuvuose, generatoriuose, impulsiniuose ir raktiniuose įrenginiuose.
4.7 Paprasčiausias bipolinio tranzistoriaus stiprinimo etapas
Didžiausią pritaikymą randa tranzistoriaus perjungimo grandinė pagal bendrą emiterio grandinę (4.7 pav.)
Pagrindiniai grandinės elementai yra maitinimo šaltinis Ek, valdomas elementas yra tranzistorius VT ir rezistorius Rk. Šie elementai sudaro pagrindinę (išėjimo) stiprinimo pakopos grandinę, kurioje dėl valdomos srovės srauto grandinės išėjime sukuriama sustiprinta kintamoji įtampa.
Likę elementai atlieka pagalbinį vaidmenį. Kondensatorius Cp atsiskiria. Jei šio kondensatoriaus nebūtų, įvesties signalo šaltinio grandinėje būtų sukurta nuolatinė srovė iš maitinimo šaltinio Ek.
4.7 pav. Paprasčiausios dvipolio tranzistoriaus stiprinimo pakopos schema pagal bendrą emiterio grandinę
Rezistorius RB, įtrauktas į bazinę grandinę, užtikrina tranzistoriaus veikimą ramybės režimu, t.y. nesant įvesties signalo. Poilsio režimą užtikrina ramybės bazinė srovė IB » Ek/RB.
Rezistoriaus Rk pagalba sukuriama išėjimo įtampa, t.y. Rk atlieka kintančios įtampos išėjimo grandinėje sukūrimo funkciją dėl joje tekančios srovės, valdomos bazinės grandinės.
Stiprinimo pakopos kolektoriaus grandinei galima parašyti tokią elektros būsenos lygtį:
Ek \u003d Uke + IkRk, (4.10)
y., rezistoriaus Rk įtampos kritimo ir tranzistoriaus kolektoriaus-emiterio įtampos Uke suma visada yra lygi pastoviai vertei - maitinimo šaltinio Ek EMF.
Stiprinimo procesas pagrįstas nuolatinės įtampos šaltinio Ek energijos pavertimu išėjimo grandinėje kintamos įtampos energija dėl valdomo elemento (tranzistoriaus) varžos pasikeitimo pagal įėjimo nurodytą dėsnį. signalas.
Kai kintamoji įtampa uin įvedama į stiprinimo pakopos įvestį, tranzistoriaus bazinėje grandinėje susidaro kintamosios srovės komponentas IB ~, vadinasi, bazinė srovė pasikeis. Pakeitus bazinę srovę, pasikeičia kolektoriaus srovės vertė (IK = bIB), taigi ir įtampų vertės varžose Rk ir Uke. Stiprinimo gebėjimai atsiranda dėl to, kad kolektoriaus srovės reikšmių pokytis yra b kartus didesnis nei bazinė srovė.
4.8 Elektrinių grandinių su dvipoliais tranzistoriais skaičiavimas
Stiprinimo pakopos kolektoriaus grandinei (4.7 pav.) pagal antrąjį Kirchhoffo dėsnį galioja (4.10) lygtis.
Kolektoriaus rezistoriaus RK voltamperinė charakteristika yra tiesinė, o tranzistoriaus voltų amperų charakteristikos yra tranzistoriaus (4.5 pav., a) netiesinės kolektoriaus charakteristikos, sujungtos pagal OE grandinę.
Tokios netiesinės grandinės apskaičiavimas, ty IK, URK ir UKE nustatymas įvairioms bazinių srovių IB reikšmėms ir rezistoriaus RK varžai, gali būti atliktas grafiškai. Norėdami tai padaryti, iš kolektoriaus charakteristikų šeimos (4.5 pav., a) reikia iš taško EK abscisių ašyje nubrėžti voltus - rezistoriaus RK srovės charakteristiką, kuri atitinka lygtį:
Uke \u003d Ek – RkIk. (4.11)
Ši charakteristika pagrįsta dviem punktais:
Uke =Ek ties Ik = 0 x ašyje ir Ik = Ek/Rk ties Uke = 0 y ašyje. Tokiu būdu sukonstruoto kolektoriaus rezistoriaus Rk CVC vadinamas apkrovos linija. Jo susikirtimo taškai su kolektoriaus charakteristikomis pateikia grafinį (4.11) lygties sprendimą tam tikrai varžai Rk ir įvairioms bazinės srovės IB reikšmėms. Šiais taškais galima nustatyti kolektoriaus srovę Ik, kuri yra vienoda tranzistoriui ir rezistoriui Rk, taip pat įtampai UKE ir URK.
Apkrovos linijos susikirtimo taškas su viena iš statinių IV charakteristikų vadinamas tranzistoriaus veikimo tašku. Pakeitę IB, galite perkelti jį išilgai apkrovos linijos. Pradinė šio taško padėtis, kai nėra įvesties kintamojo signalo, vadinama poilsio tašku − Т0.
a) b) 4.8 pav. - Grafinis-analitinis tranzistoriaus darbo režimo apskaičiavimas naudojant išėjimo ir įėjimo charakteristikas.
Poilsio taškas (darbo taškas) T0 nustato srovę IKP ir įtampą UKEP ramybės režimu. Iš šių verčių galite rasti RCP galią, išleistą tranzistoryje ramybės režimu, kuri neturėtų viršyti didžiausios PK max galios, kuri yra vienas iš tranzistoriaus parametrų:
RKP = IKP ×UKEP £ RK maks. (4.12)
Žymės paprastai nepateikia įvesties charakteristikų šeimos, o tik charakteristikas, kai UKE = 0 ir kai kurių UKE > 0.
Skirtingų UKE, viršijančių 1 V, įvesties charakteristikos yra labai artimos viena kitai. Todėl įėjimo srovių ir įtampų apskaičiavimas gali būti apytiksliai atliktas pagal įvesties charakteristiką UKE > 0, paimtą iš žinyno.
Į šią kreivę perkeliami išėjimo veikimo charakteristikos taškai A, To ir B, gaunami taškai A1, T1 ir B1 (4.8 pav., b). Veikimo taškas T1 nustato pastovus slėgis UBEP bazės ir nuolatinė srovė IBP bazės.
Rezistoriaus RB varža (užtikrina tranzistoriaus veikimą ramybės režimu), per kurią į bazę iš šaltinio EK bus tiekiama pastovi įtampa:
(4.13)
Aktyviajame (stiprinimo) režime tranzistoriaus To poilsio taškas yra maždaug AB apkrovos linijos sekcijos viduryje, o veikimo taškas neviršija AB sekcijos.
Sveikinimai mieli draugai! Šiandien kalbėsime apie dvipolius tranzistorius ir informacija bus naudinga pirmiausia pradedantiesiems. Taigi, jei domitės, kas yra tranzistorius, jo veikimo principas ir apskritai su kuo jis valgomas, tai pasiimame patogią kėdę ir prieiname arčiau.
Tęskime, ir mes turime čia turinį, bus patogiau naršyti straipsnį
Tranzistorių tipai
Tranzistoriai daugiausia yra dviejų tipų: bipoliniai tranzistoriai ir lauko tranzistoriai. Žinoma, viename straipsnyje buvo galima apsvarstyti visų tipų tranzistorius, bet aš nenoriu virti košės jūsų galvoje. Todėl šiame straipsnyje mes apsvarstysime tik bipolinius tranzistorius, o apie lauko tranzistorius kalbėsiu viename iš šių straipsnių. Į vieną krūvą visko nesikišime, o dėmesį skirsime kiekvienam, individualiai.
bipolinis tranzistorius
Dvipolis tranzistorius yra vamzdinių triodų, tų, kurie buvo XX amžiaus televizoriuose, palikuonis. Triodai nuėjo į užmarštį ir užleido vietą funkcionalesniems broliams – tranzistoriams, tiksliau – bipoliniams tranzistoriams.
Triodai, išskyrus retas išimtis, naudojami melomanų įrangoje.
Bipoliniai tranzistoriai gali atrodyti taip.
Kaip matote, bipoliniai tranzistoriai turi tris gnybtus ir gali atrodyti visiškai kitaip. Bet toliau elektros schemos jie atrodo paprasti ir visada vienodi. Ir visas šis grafinis spindesys atrodo maždaug taip.
Šis tranzistorių vaizdas taip pat vadinamas UGO (sąlyginis grafinis žymėjimas).
Be to, bipoliniai tranzistoriai gali turėti skirtingą laidumo tipą. Yra NPN tipo ir PNP tipo tranzistoriai.
skirtumas npn tranzistorius o iš p-n-p tranzistoriaus jis susideda tik iš to, kad jis yra elektros krūvio (elektronų arba „skylių“) „nešiklis“. Tie. p-n-p tranzistoriui elektronai juda iš emiterio į kolektorių ir yra valdomi bazės. Npn tranzistoriaus atveju elektronai eina iš kolektoriaus į emiterį ir yra valdomi bazės. Dėl to darome išvadą, kad norint grandinėje pakeisti vieno laidumo tranzistorių kitu, pakanka pakeisti tiekiamos įtampos poliškumą. Arba kvailai pakeiskite maitinimo šaltinio poliškumą.
Bipoliniai tranzistoriai turi tris gnybtus: kolektorius, emiterį ir bazę. Manau, kad UGO bus sunku susipainioti, bet tikrame tranzistoriuje lengva susipainioti.
Paprastai kur kuri išvestis nustatoma iš katalogo, bet galite tiesiog. Tranzistoriaus išėjimai skamba kaip du diodai, sujungti bendrame taške (tranzistoriaus bazinėje srityje).
Kairėje yra paveikslėlis p-n-p tipo tranzistoriui, renkant numerį susidaro jausmas (per multimetro rodmenis), kad priešais jus yra du diodai, kurie yra sujungti viename taške savo katodais. N-p-n tipo tranzistoriui diodai baziniame taške yra sujungti jų anodais. Manau, paeksperimentavus su multimetru bus aiškiau.
Dvipolio tranzistoriaus veikimo principas
O dabar pabandysime išsiaiškinti, kaip veikia tranzistorius. Aš nesileisiu į detales apie vidinę tranzistorių struktūrą, nes ši informacija tik klaidina. Geriau pažiūrėkite į šią nuotrauką. 
Šis paveikslėlis geriausiai paaiškina, kaip veikia tranzistorius. Šiame paveikslėlyje žmogus valdo kolektoriaus srovę per reostatą. Jis žiūri į bazinę srovę, jei bazinė srovė didėja, tada žmogus taip pat padidina kolektoriaus srovę, atsižvelgdamas į h21E tranzistoriaus stiprinimą. Jeigu bazinė srovė nukris, tai sumažės ir kolektoriaus srovė – žmogus ją pataisys reostatu.
Ši analogija neturi nieko bendra su tuo, kaip iš tikrųjų veikia tranzistorius, tačiau ji leidžia lengviau suprasti, kaip jis veikia.
Dėl tranzistorių galima atkreipti dėmesį į taisykles, kurios yra skirtos palengvinti supratimą. (Šios taisyklės paimtos iš knygos).
- Kolektoriaus potencialas yra didesnis nei emiterio.
- Kaip sakiau, bazinio kolektoriaus ir bazinio emiterio grandinės veikia kaip diodai.
- Kiekvienam tranzistoriui būdingos tokios ribos kaip kolektoriaus srovė, bazės srovė ir kolektoriaus-emiterio įtampa.
- Jei laikomasi 1-3 taisyklių, kolektoriaus srovė Ik yra tiesiogiai proporcinga bazinei srovei Ib. Šį santykį galima parašyti kaip formulę.
Iš šios formulės galite išreikšti pagrindinę tranzistoriaus savybę – maža bazinė srovė varo didelę kolektoriaus srovę.
Dabartinis pelnas.
Jis taip pat vadinamas
Dėl to, kas išdėstyta pirmiau, tranzistorius gali veikti keturiais režimais:
- Tranzistoriaus išjungimo režimas- šiuo režimu bazės-emiterio sandūra yra uždaryta, tai gali atsitikti, kai bazės-emiterio įtampa yra nepakankama. Dėl to nėra bazinės srovės, taigi ir kolektoriaus srovės.
- Tranzistoriaus aktyvusis režimas yra įprastas tranzistoriaus veikimo režimas. Šiuo režimu bazės-emiterio įtampa yra pakankama, kad būtų atidaryta bazės-emiterio jungtis. Pakanka bazinės srovės, taip pat yra kolektoriaus srovė. Kolektoriaus srovė lygi bazinei srovei, padaugintai iš stiprinimo.
- Tranzistoriaus prisotinimo režimas - tranzistorius persijungia į šį režimą, kai bazinė srovė tampa tokia didelė, kad maitinimo šaltinio galios tiesiog neužtenka dar labiau padidinti kolektoriaus srovę. Šiuo režimu kolektoriaus srovė negali padidėti padidėjus bazinei srovei.
- Tranzistoriaus apverstas režimas- Šis režimas naudojamas retai. Šiuo režimu tranzistoriaus kolektorius ir emiteris yra atvirkščiai. Dėl tokių manipuliacijų tranzistoriaus stiprinimas labai nukenčia. Iš pradžių tranzistorius nebuvo sukurtas veikti tokiu specialiu režimu.
Norėdami suprasti, kaip veikia tranzistorius, turite pažvelgti į konkrečius grandinės pavyzdžius, todėl pažvelkime į kai kuriuos iš jų.
Tranzistorius rakto režimu
Tranzistorius rakto režimu yra vienas iš atvejų tranzistorių grandinės su bendru emitteriu. Tranzistoriaus grandinė rakto režimu naudojama labai dažnai. Ši tranzistoriaus grandinė naudojama, pavyzdžiui, kai reikia valdyti galingą apkrovą per mikrovaldiklį. Valdiklio kojelė nepajėgi traukti galingos apkrovos, bet tranzistorius gali. Pasirodo, valdiklis valdo tranzistorių, o tranzistorius – galingą apkrovą. Na, pirmieji dalykai.
Pagrindinė šio režimo esmė yra ta, kad bazinė srovė valdo kolektoriaus srovę. Be to, kolektoriaus srovė yra daug didesnė už bazinę srovę. Čia plika akimi matosi, kad vyksta srovės signalo stiprinimas. Šis stiprinimas atliekamas maitinimo šaltinio energijos sąskaita.
Paveikslėlyje parodyta tranzistoriaus veikimo rakto režimu schema.
Tranzistorių grandinėms įtampos nevaidina didelio vaidmens, svarbios tik srovės. Todėl, jei kolektoriaus srovės ir bazinės srovės santykis yra mažesnis nei tranzistoriaus stiprinimas, tada viskas gerai.
Tokiu atveju, net jei į pagrindą įjungsime 5 voltų įtampą, o kolektoriaus grandinėje - 500 voltų, nieko blogo nenutiks, tranzistorius pareigingai perjungs aukštos įtampos apkrovą.
Svarbiausia, kad šios įtampos neviršytų tam tikro tranzistoriaus ribinių verčių (nustatytų tranzistoriaus charakteristikose).
Kiek žinome, dabartinė vertė yra apkrovos charakteristika.
Mes nežinome lemputės varžos, bet žinome, kad lemputės veikimo srovė yra 100 mA. Kad tranzistorius atsidarytų ir užtikrintų tokios srovės tekėjimą, reikia pasirinkti atitinkamą bazinę srovę. Bazinę srovę galime reguliuoti keisdami bazinio rezistoriaus reikšmę.
Kadangi minimali tranzistoriaus stiprinimo vertė yra 10, bazinė srovė turi tapti 10 mA, kad atidarytų tranzistorių.
Mums reikalinga srovė yra žinoma. Įtampa per pagrindinį rezistorių bus Ši rezistoriaus įtampos vertė paaiškėjo dėl to, kad bazės-emiterio sandūroje nukrenta 0,6 V-0,7 V ir į tai reikia nepamiršti atsižvelgti.
Dėl to mes galime gana rasti rezistoriaus varžą
Belieka pasirinkti konkrečią reikšmę iš daugybės rezistorių ir viskas.
Dabar tikriausiai taip galvojate tranzistoriaus raktas ar veiks kaip turi? Kad bazinį rezistorių pajungus prie +5 V užsidega šviesa, išjungus – užgęsta? Atsakymas gali būti taip arba ne.
Reikalas tas, kad čia yra nedidelis niuansas.
Lempa užges, kai yra rezistoriaus potencialas lygus potencialuižemė. Jei rezistorius tiesiog atjungtas nuo įtampos šaltinio, tada čia viskas nėra taip paprasta. Įtampa per pagrindinį rezistorių gali stebuklingai atsirasti dėl paėmimo ar kitokio kito pasaulio blogio
Norėdami išvengti šio poveikio, atlikite šiuos veiksmus. Kitas rezistorius Rbe yra prijungtas tarp pagrindo ir emiterio. Šis rezistorius pasirenkamas mažiausiai 10 kartų didesne už bazinį rezistorių Rb (mūsų atveju mes paėmėme 4,3 kOhm rezistorių).
Kai bazė yra prijungta prie bet kokios įtampos, tranzistorius veikia kaip turėtų, rezistorius Rbe jam netrukdo. Šis rezistorius sunaudoja tik nedidelę bazinės srovės dalį.
Tuo atveju, kai prie pagrindo neteikiama įtampa, bazė patraukiama iki įžeminimo potencialo, o tai apsaugo mus nuo visokių trukdžių.
Čia iš esmės išsiaiškinome, kaip tranzistorius veikia rakto režimu, ir, kaip matote, rakto veikimo režimas yra tam tikras įtampos signalo stiprinimas. Galų gale, naudodami nedidelę 5 V įtampą, valdėme 12 V įtampą.
emiterio sekėjas
Emiterio sekėjas yra ypatingas bendro kolektoriaus tranzistorių grandinių atvejis.
Skiriamasis bendros kolektoriaus grandinės bruožas nuo bendros emiterio grandinės (tranzistoriaus jungiklio variantas) yra tas, kad ši grandinė nestiprina įtampos signalo. Kas pateko per bazę, išėjo per emiterį, su ta pačia įtampa.
Iš tiesų, tarkime, kad prie pagrindo prijungėme 10 voltų, o žinome, kad bazės ir emiterio sandūroje yra maždaug 0,6–0,7 V. Pasirodo, išėjimo (prie emiterio, esant Rn apkrovai) bazinė įtampa bus minus 0,6 V.
Pasirodė 9,4V, žodžiu, beveik kiek įėjo ir išėjo. Įsitikinome, kad ši grandinė nepadidins mums signalo įtampos atžvilgiu.
„Kokia tada prasmė taip įjungti tranzistorių?“ - klausiate. Tačiau pasirodo, kad ši schema turi dar vieną labai svarbią savybę. Bendrojo kolektoriaus tranzistoriaus perjungimo grandinė sustiprina galios signalą. Galia yra srovės ir įtampos sandauga, bet kadangi įtampa nekinta, tada galia didėja tik dėl srovės! 
Apkrovos srovė yra bazinės srovės ir kolektoriaus srovės suma. Bet jei palyginsime bazinę srovę ir kolektoriaus srovę, tai bazinė srovė yra labai maža, palyginti su kolektoriaus srove. Apkrovos srovė lygi kolektoriaus srovei. Ir rezultatas yra tokia formulė.
Dabar manau, kad aišku, kokia yra emiterio sekėjų grandinės esmė, bet tai dar ne viskas.
Emiterio sekėjas turi dar vieną labai vertingą savybę – didelę įėjimo varžą. Tai reiškia, kad ši tranzistoriaus grandinė beveik nenaudoja įvesties signalo srovės ir neapkrauna signalo šaltinio grandinės.
Norint suprasti tranzistoriaus veikimo principą, pakaks šių dviejų tranzistorių grandinių. Ir jei vis tiek eksperimentuosite su lituokliu rankose, tada įžvalga tiesiog neprivers jūsų laukti, nes teorija yra teorija, praktika ir Asmeninė patirtisšimtus kartų vertingesnis!
Kur nusipirkti tranzistorių?
Kaip ir visus kitus radijo komponentus, tranzistorius galima įsigyti bet kurioje artimiausioje radijo dalių parduotuvėje. Jeigu gyvenate kur nors pakraštyje ir negirdėjote apie tokias parduotuves (kaip dariau anksčiau), tuomet lieka paskutinė galimybė – užsisakykite tranzistorius internetinėje parduotuvėje. Aš pats dažnai užsakau radijo komponentus per internetines parduotuves, nes įprastoje parduotuvėje neprisijungus gali tiesiog kažko nebūti.
Tačiau jei įrenginį montuojate tik sau, garų pirtyje galite nesimaudyti, o paimti jį iš senojo ir, taip sakant, įkvėpti senam radijo komponentui naujos gyvybės.
Na, draugai, tai viskas man. Viskas, ką planavau tau papasakoti šiandien. Jei turite klausimų, užduokite juos komentaruose, jei nėra klausimų, bet kokiu atveju rašykite komentarus, man visada svarbi jūsų nuomonė. Beje, nepamirškite, kad visi pirmą kartą palikę komentarą gaus dovanėlę.
Taip pat būtinai užsiprenumeruokite naujus straipsnius, nes ir toliau jūsų laukia daug įdomių ir naudingų dalykų.
Linkiu sėkmės, sėkmės ir saulėtos nuotaikos!
N/A Vladimiras Vasiljevas
P.S. Draugai, būtinai užsiprenumeruokite naujienas! Užsiprenumeravę gausite naują turinį tiesiai į savo pašto dėžutę! Ir, beje, kiekvienas prenumeratorius gaus naudingą dovaną!
Tai puslaidininkinis įtaisas su trimis elektrodais, jis susideda iš dviejų p-n jungčių, perdavimo elektros krūviai juos atlieka dviejų tipų nešikliai – tai elektronai ir skylės. Kadangi įrenginyje yra 2 p-n sandūra tada jis buvo vadinamas „dvipoliu“.
Jis rado platus pritaikymasįvairiuose elektroniniuose įrenginiuose, skirtuose generuoti, stiprinti ar perjungti (pavyzdžiui, loginėse grandinėse).
Tranzistorius turi 3 išėjimus, kurie pavadinti taip:
- bazė;
- kolekcionierius;
- skleidėjas.
Šie trys elektrodai yra prijungti prie nuoseklių puslaidininkių sluoksnių, turinčių skirtingus priemaišų laidumo tipus. Priklausomai nuo to, kaip vyksta šis kaitaliojimas, išskiriami npn ir pnp tipo tranzistoriai. Santrumpa n – reiškia neigiamą elektroninį laidumo tipą, o p – teigiamą skylę.
Pagal veikimo principą bipolinis tranzistorius nuo lauko skiriasi tuo, kad krūvį vienu metu atlieka dviejų tipų nešikliai, būtent elektronai ir skylės. Taigi pavadinimas „bipolinis“ kilęs iš žodžio „bi“ – „du“.
;
Elektrodas, kuris jungiasi su centre esančiu sluoksniu, vadinamas „baze“, o elektrodai, kurie jungiasi prie išorinių sluoksnių, vadinami „emiteriu“ ir „kolektoriumi“. Pagal laidumo tipą šie emiterio ir kolektoriaus sluoksniai niekuo nesiskiria. Tačiau tranzistorių gamybos procese, siekiant pagerinti elektriniai parametrai juos galima atskirti pagal dopingo su priemaišomis laipsnį.
Emiteris yra stipriai legiruotas, o kolektorius silpnai legiruotas, o tai prisideda prie leistinos kolektoriaus įtampos padidėjimo. Emiterio sandūros gedimo atvirkštinės įtampos vertė yra nekritinė, nes grandinėse tranzistoriai dažniausiai įjungiami su į priekį nukreipta emiterio p-n sandūra.
Kadangi emiteris yra legiruotas stipriau, į pagrindinį sluoksnį bus įpurškiamas stipresnis mažumos nešiklis. Kas prisideda prie srovės perdavimo koeficiento augimo, kai tranzistorius įjungiamas grandinėje su bendra baze.
Kolektoriaus sandūros plotas yra daug didesnis nei emiterio sandūros, dėl to pasiekiamas geresnis mažumos nešėjų antplūdis iš pagrindinio sluoksnio ir pagerinami perdavimo koeficientai.
Jie stengiasi, kad pagrindinio sluoksnio storis būtų kuo mažesnis, kad padidėtų dažnio parametrai savotiškas didelės spartos bipolinis tranzistorius. Tačiau yra ir kita kreidos pusė – sumažėjus pagrindinio sluoksnio storiui, mažėja maksimali (ribinė) kolektoriaus jungties įtampos vertė. Todėl pagrindo storio vertė pasirenkama kaip pati optimaliausia.
Bipolinio tranzistoriaus veikimo principas ir įtaisas
Iš pradžių metalinis germanis daugiausia buvo naudojamas tranzistoriuose, o dabar jie gaminami iš monokristalinio silicio ir galio arsenido, galio arsenido pagrindu pagaminti įrenginiai turi didelį greitį ir naudojami mikrobangų stiprintuvų grandinėse, didelės spartos logikos grandinėse. Jų greitis paaiškinamas dideliu galio arsenido nešiotojų mobilumu.
Dvipolis tranzistorius turi 3 puslaidininkių sluoksnius, kurie yra legiruojami įvairiais būdais: bazė (B), emiteris (E), kolektorius (K). Priklausomai nuo laidumo sluoksnių sekos, galimi tranzistoriai su pnp ir npn laidumu.
Bazinis sluoksnis yra tarp kitų dviejų sluoksnių ir yra lengvai legiruotas, todėl yra didelis atsparumas. Bazės ir emiterio kontakto plotas yra mažesnis nei kolektoriaus ir pagrindo plotas. Tai daroma dėl šių priežasčių:
- Padidėjęs kolektoriaus ir bazės sandūros plotas prisideda prie to, kad kolektoriaus mažumos nešikliai iš pagrindo yra labiau linkę užfiksuoti; darbinėje būsenoje kolektoriaus jungtis įjungiama su atvirkštiniu poslinkiu;
- taip pat didelė aikštė skatina didesnį šilumos išsiskyrimą eksploatacijos metu;
Emiterio sandūra dažniausiai įjungiama pirmyn (atvira), o kolektoriaus sandūra atbuline kryptimi (uždaryta).
Pažiūrėkime, kaip veikia n-p-n tipo tranzistorius, tranzistorius pnp tipas veikia lygiai taip pat, tik jame pagrindiniai krūvininkai yra ne elektronai, o skylės. npn tipo tranzistorius elektronai praeina per emiterio ir bazės sandūrą arba, kitaip tariant, yra įpurškiami. Dalis šių „naujai atvykusių“ elektronų rekombinuojasi su skylutėmis – pagrindiniais bazės krūvininkais. Bet dėl to, kad mūsų bazė plona ir lengvai legiruota, t.y. skylių yra nedaug, tada pagrindinė elektronų masė pereina (difuzuoja) į kolektoriaus sritį, šis perėjimas vyksta dėl to, kad elektronai ilgą laiką rekombinuojasi su skylutėmis bazėje, o kolektoriaus elektrinis laukas yra didelis, todėl elektronai paimami į kolektorių. Pasirodo, kolektoriaus srovė beveik lygi emiterio srovei atėmus nedidelius rekombinacijos nuostolius bazėje. Ik \u003d Ib-Ie.
Pagrindas tiesiog veikia kaip vožtuvas, blokuojantis elektronų srautą per tranzistorių. Norėdami pradėti valdyti, turite įvesti srovę į tranzistoriaus pagrindo išvestį. Ji vadinama bazine srove. O įtampa, taikoma emiterio ir pagrindo gnybtams, vadinama "šališkumo įtampa". Keisdami šią srovę (bazę), mes keičiame pagrindinę srovę (kolektorių) per tranzistorių.
Tranzistorių šildymas
Per tranzistorių tekantiems elektronams stipriai priešinasi puslaidininkių kristalinės gardelės mazgai. Dėl to jis įkaista. Mažos galios dvipoliuose tranzistoriuose šis šildymas nėra reikšmingas ir jokiu būdu neturi įtakos jo veikimui. Bet į galios tranzistoriai, kuriuo teka didelės srovės, šis šildymas gali sukelti jo gedimą. Siekiant to išvengti, naudojami radiatoriai.
Radiatoriai reikalingi šilumai pašalinti iš tranzistoriaus. Kartais šilumos išsklaidymui pagerinti naudojama termo pasta. Kai kurių radiatorių paviršiuje yra briaunelės. Šie šonkauliai padidina bendrą paviršių. Kai kuriuose radiatoriuose yra ventiliatoriai, kurie užtikrina nuolatinį oro srautą, todėl padidėja šilumos pašalinimas.
Tranzistorių laidų schemos
Tranzistorius gali būti prijungtas 3 skirtingomis grandinėmis:
- emiterio grandinė;
- pagrindinė schema;
- kolektoriaus grandinė.
Tranzistoriaus veikimas šiose grandinėse skiriasi.
Emiterio perjungimo grandinė
Dažniausiai naudojama perjungimo grandinė yra emiterio grandinė. Tranzistoriaus įjungimas pagal šią schemą suteikia įtampos ir srovės stiprinimą. Šios grandinės įėjimo varža yra maža (šimtai omų), o išėjimo varža yra didelė (dešimtys kΩ).
Kolektoriaus perjungimo grandinė
Ši grandinė turi tinkamą įėjimo varžą ir mažą išėjimo varžą. Šios grandinės įėjimo varža priklauso nuo apkrovos, kurią įjungėme išėjime, ir daugiau nei ši varža pagal stiprinimo koeficientą. Patartina naudoti įvesties signalo šaltinį su didele išėjimo varža, pvz., kondensacinį mikrofoną arba pjezoelektrinį imtuvą.
Pagrindinė perjungimo grandinė
Ši grandinė naudojama tik įtampai stiprinti. Srovės stiprinimas, tiksliau, išėjimo ir įėjimo srovės santykis, visada yra mažesnis nei vienas. Naudojamas sustiprinti aukšti dažniai ir turi minimalų išėjimo triukšmo lygį, pavyzdžiui, antenos stiprintuvuose, kur varža siekia šimtus omų.
Bipolinio tranzistoriaus veikimas įvairiais režimais
Tranzistorius elektros grandinėse yra sujungtas įvairiais būdais ir turi 4 pagrindinius veikimo režimus. Pagrindinis jų skirtumas yra srovės, tekančios per sandūrą, kryptis arba jos visai nesant. elektros srovė. Sandūra čia suprantama kaip sritis tarp dviejų p ir n puslaidininkių.
Aktyvus režimas
Į perėjimą B - E; (bazė-emiteris); prijungta nuolatinė įtampa, ir E-C perdavimas(emiteris-kolektorius) prijungta atvirkštinė įtampa Signalo stiprinimas šiuo režimu yra maksimalus. Šis režimas yra dažniausiai naudojamas.
Prisotintas režimas
Perėjimui B - E ir perėjimui B-K taikomos tiesioginės įtampos, perėjimai yra visiškai atviri.
Išjungimo režimas
Uždarojo tranzistoriaus veikimo režimas, kai į perėjimus taikoma atvirkštinė įtampa .; Jis naudojamas grandinėse, kur reikalingos dvi tranzistoriaus būsenos: „atvira“ arba „uždaryta“. Tokios schemos vadinamos raktu.
Invertavimo režimas
E-K sandūroje (kolektoriaus sandūroje) taikoma tiesioginė įtampa, o B - E - atvirkštinė. Gana retas bipolinio tranzistoriaus veikimo būdas.
Vaizdo įrašas apie bipolinio tranzistoriaus veikimą