kolektora pretestība. Bipolārā tranzistora darbības princips

Es bieži dzirdu šo jautājumu no lasītājiem:

Kā darbojas NPN tranzistors un nav prāta, bet kā darbojas PNP tranzistors?

Nu, jūs, šķiet, skaidrojat, ka viņi saka, ka bāze atveras ar "mīnusu" un tā tālāk. , bet nez kāpēc ne visi panāk. Tāpēc es nolēmu uzrakstīt rakstu par PNP vadītspējas tranzistoru un parādīt, kā tas darbojas.

Atkārtošana ir mācīšanās māte, tāpēc vispirms atcerēsimies, kāda veida vadītspēja ir bipolārajiem tranzistoriem. Tie, kas lasa iepriekšējos rakstus, manuprāt, atceras, ka tranzistori ir NPN vadītspēja:

un PNP vadītspēja

Ar NPN tranzistoru iepriekšējos rakstos mēs izveidojām vienkāršas shēmas, un mēs zinājām, ka, ja mēs pieliksim nelielu spriegumu bāzei, tad elektriskā strāva virzīsies pa bultiņu no kolektora uz emitētāju.

Mēs pat sniedzām analoģiju ar tvertni un baseinu

Sīkāka informācija šajā rakstā.

Bet kādai analoģijai vajadzētu būt vadītspējas PNP tranzistoram? Apsveriet šo zīmējumu:

Šeit mēs redzam brūnu cauruli, pa kuru ūdens plūst no apakšas uz augšu zem spiediena. Šobrīd caurule ir slēgta ar sarkanu aizbīdni un tāpēc ūdens nevar plūst cauri caurulei, jo aizbīdnis traucē ūdens spiedienu.

Bet, tiklīdz mēs atvelkam amortizatoru, nedaudz pavelkot zaļo sviru, sarkanais amortizators tiek atvilkts un caur cauruli no apakšas uz augšu plūst nemierīga ūdens straume. Tiklīdz mēs atlaidīsim zaļo sviru, zilā atspere atgriezīs slāpētāju sākotnējā stāvoklī un bloķēs ūdens ceļu.

Respektīvi, mēs nedaudz pavilkām amortizatoru pret sevi, un ūdens trakā straumē tecēja pa cauruli. To pašu var teikt par PNP tranzistoru.

Ja mēs iedomājamies šo cauruli kā tranzistoru, tad tā secinājumi izskatīsies šādi:

Tas nozīmē, ka, lai strāva plūstu no emitētāja uz kolektoru (un atcerieties, ka strāvai ir jāplūst tur, kur norāda emitera bultiņa), mums ir jāpārliecinās, ka no bāzes iztecēja pašreizējais vai nespeciālista izteiksmē, attiecas uz bāzi mīnus jauda("pievelciet" stresu uz sevi).

Nu ko, lai ir ilgi gaidītā pieredze. Lai to izdarītu, ņemiet tranzistoru KT814B, kas ir tranzistoru KT815B papildinošs pāris.

Tiem no jums, kas nav lasījuši iepriekšējos rakstus, vēlos to atgādināt bezmaksas pāris jebkuram tranzistoram - tas ir tranzistors ar tieši tādiem pašiem raksturlielumiem un parametriem, BET viņam vienkārši ir cita vadītspēja. Tas nozīmē, ka mums ir KT815 tranzistors otrādi vadītspēja, tas ir, NPN un KT814 taisni vadītspēja, tas ir, PNP ;-) Ir arī otrādi: tranzistoram KT814 komplementārais pāris ir tranzistors KT815! Īsāk sakot, spoguļbrāļi dvīņi.

KT814B tranzistors ir PNP vadītspējas tranzistors:

Šeit ir viņa pinout:

Lai parādītu tā darbības principu, mēs to saliksim pēc Common Emitter (CE) shēmas:

Faktiski visa shēma izskatās apmēram šādi:

Zilie krokodila vadi nāk no barošanas avota Sikspārnis1, un pārējie divi vadi ar krokodiliem, melni un sarkani, no barošanas avota Sikspārnis2.

Tātad, lai shēma darbotos, mēs to iestatījām uz Sikspārnis2 spriegums kvēlspuldzes darbināšanai. Tā kā mums ir 6 voltu spuldze, mēs to iestatījām uz 6 voltiem. Uz barošanas avota Sikspārnis1 uzmanīgi pievienojiet spriegumu no nulles un līdz iedegas kvēlspuldze. Un tagad pie 0,6 voltu sprieguma

Man ir spuldzīte

Tas ir, tranzistors "atvērās" un caur emitera-kolektora ķēdi izskrēja elektriskā strāva, kas lika spuldzei degt. Nu, es domāju, ka viss ir sāpīgi vienkārši ;-) Atvēršanas spriegums ir sprieguma kritums pāri bāzes-emitera P-N krustojumam. Kā atceraties, silīcija tranzistoriem (un tranzistors KT814B ir silīcijs, to norāda ar burtu "K" tā nosaukuma sākumā) šī vērtība ir diapazonā no 0,5 līdz 0,7 voltiem. Tas ir, lai "atvērtu" tranzistoru, pietiek ar bāzes izstarotāja spriegumu, kas lielāks par 0,5-0,7 voltiem.

Atcerieties, kā bērnu žurnālos: "atrodiet tik daudz atšķirību divos attēlos", spēlēsim vēlreiz to pašu spēli. Tikai šoreiz mēs meklēsim atšķirības abās shēmās.

Tātad, kreisajā pusē ir NPN tranzistors KT815B ķēdē ar OE, bet labajā pusē ir KT814B saskaņā ar to pašu komutācijas ķēdi:

Nu, kāda ir atšķirība? Jā jaudas polaritātē! Un tagad mēs varam ar pārliecību teikt, ka PNP vadītspējas tranzistors atveras ar "mīnusu", jo mēs pieliekam "mīnusu" bāzei, un NPN vadītspējas tranzistors atveras ar "plusu".

Pastāv acīmredzama atšķirība starp vienkāršu komutācijas ķēdi un lineāro tranzistora pastiprinātāju. Normāli strādājošā lineārajā pastiprinātājā kolektora strāva vienmēr tieši proporcionāls bāzes strāvai. Komutācijas ķēdē, piemēram, attēlā. 1., kolektora strāvu galvenokārt nosaka barošanas spriegums V CC un slodzes pretestība RL . Tranzistora piesātinājuma režīms ir diezgan svarīgs, un tas ir pelnījis detalizētu diskusiju.

Rīsi. viens. Piesātinājuma režīma ilustrācija. Tranzistors darbojas kā atslēga lampas ieslēgšanai.

Apsveriet, kas notiek ar kolektora strāvu ķēdē attēlā. 1, ja bāzes strāva pakāpeniski palielinās, sākot no nulles. Kad slēdzis S 1 ir atvērts, bāzes strāva neplūst un kolektora strāva ir niecīga. S 1 aizvēršana noved pie bāzes strāvas I B \u003d V CC /R B parādīšanās, kur mēs neņēmām vērā potenciālu starpību bāzes emitētāja krustojumā. Caur slodzi R L plūstošā kolektora strāva ir I C =h FE V CC /R B . Konkrētajai shēmai, kas parādīta attēlā, ar h FE = 100 un ar maksimālo vērtību R B (50 kOhm), mēs iegūstam:

I C \u003d 100x10 / 5000 A \u003d 20 mA

Sprieguma kritumu pāri R L nosaka R L I C reizinājums, un mūsu gadījumā tas ir 50 x 0,02 = 1 V. Tranzistors ir lineārā režīmā; R B samazināšanās noved pie bāzes strāvas palielināšanās, kolektora strāvas palielināšanās un līdz ar to sprieguma krituma palielināšanās visā R L . Šādos apstākļos ķēdi var izmantot kā sprieguma pastiprinātāju.

Tagad apsveriet gadījumu, kad

un bāzes strāva ir

I B \u003d V CC / R B \u003d V CC / (h FE R L)

Tāpēc kolektora strāva ir

I C \u003d (h FE V CC) / (h FE R L) \u003d V CC / R L

No slodzes viedokļa tranzistors darbojas kā slēdža kontaktu pāris. No Oma likuma izriet, ka slodzes strāva šajā situācijā nevar pārsniegt V CC / R L . Tāpēc turpmāka bāzes strāvas palielināšana nevar palielināt kolektora strāvu, ko tagad nosaka tikai slodzes pretestība un barošanas spriegums. Tranzistors ir piesātināts. Praksē, kad tranzistors piesātinās, starp kolektoru un emitētāju vienmēr paliek neliels spriegums, ko parasti apzīmē ar V CE(sat) . Parasti tas ir mazāks par 1 V un var sasniegt 0,1 V tranzistoriem, kas īpaši paredzēti darbam kā slēdži. Parasti V CE(sat) samazinās, jo caur bāzes-emitera pāreju plūst arvien vairāk strāvas, tas ir, ja kolektora strāvas I C attiecība pret bāzes strāvu I B kļūst ievērojami mazāka par tranzistora h FE strāvas pastiprinājumu. .

Aptuveni runājot, dziļš piesātinājums (maza V CE(sat) vērtība) notiek, kad

I C/I B< h FE /5

Tādai shēmai, kāda parādīta attēlā. 1, kad bāzes strāva tiek dota, vienkārši pieslēdzot barošanas avotam rezistoru, mēs izvēlamies

R B/R L< h FE /5

Tāpēc ķēdei attēlā. 1, pieņemot tipisku tranzistora 2N3053 vērtību (analogs KT630B - skatiet vietējo un ārvalstu tranzistoru analogus) strāvas pastiprinājuma koeficienta h FE = 150 vērtību, mums ir

R B/R L< 150/5 = 30.

Tāpēc pie R L = 50 omi mēs izvēlamies

R B< 30 х 50 Ом = 1,5 кОм.

Tātad, ja kā slodze tiek izmantota lampa ar pretestību 50 omi, tad, lai to efektīvi ieslēgtu, mums jāizvēlas bāzes rezistora pretestība, kas mazāka par 1,5 kOhm. Ja tas nav iespējams, ja, piemēram, fotorezistors ar minimālo pretestību 10 kΩ tiek izmantots kā R B, tad strāvas pastiprināšanas koeficienta palielināšanai jāizmanto Darlingtona ķēde.

Ja bipolārais tranzistors darbojas ar kolektora strāvu tuvu maksimumam un ir nepieciešams uzturēt spriegumu V CE (sat) voltu daļu līmenī, tad h FE samazināšanās dēļ bāzes strāva ir lielāka par Var būt nepieciešams I s / 10.

Var būt pārsteigums, ka V CE(sat) var būt daudz mazāks par spriegumu V BE , kas silīcija tranzistoram ir aptuveni 0,6 V. Tas ir tāpēc, ka piesātinājuma režīmā kolektora-bāzes pāreja ir novirzīta uz priekšu. Tāpēc mums ir divi p-n krustojumi, kas ir novirzīti uz priekšu un ir savienoti viens pret otru tā, ka sprieguma kritumi pār tiem izslēdz viens otru. Šī bipolārā tranzistora spēja radīt ļoti mazu sprieguma kritumu starp kolektoru un emitētāju piesātinājuma režīmā padara to par ļoti noderīgu komutācijas ierīci. Daudzos no svarīgākajiem elektronikas lietojumiem, tostarp plašajā digitālās elektronikas jomā, tiek izmantotas komutācijas shēmas.

Pārslēgšanas režīmā tranzistors darbojas vai nu ar praktiski nulles kolektora strāvu (tranzistors izslēgts) vai praktiski nulles kolektora spriegumu (tranzistors ieslēgts). Abos gadījumos tranzistorā izkliedētā jauda ir ļoti maza. Ievērojama jauda tiek izkliedēta tikai brīdī, kad notiek pārslēgšana: šajā laikā gan kolektora-emitera spriegums, gan kolektora strāva ir ierobežota.

Mazjaudas tranzistors, piemēram, 2N3053, kura maksimālā jaudas izkliede ir mazāka par vienu vatu, slodzei var pārslēgt vairākus vatus. Jāpievērš uzmanība tam, ka kolektora sprieguma un strāvas maksimālās vērtības nedrīkst pārsniegt pieļaujamās robežas; turklāt vēlams pārslēgšanu veikt pēc iespējas ātrāk, lai izvairītos no pārmērīgas jaudas izkliedes.

4. TĒMA. BIPOLĀRI TRANSISTORI

4.1. Konstrukcija un darbības princips

Bipolārais tranzistors ir pusvadītāju ierīce, kas sastāv no trim reģioniem ar mainīgiem elektriskās vadītspējas veidiem un ir piemērota jaudas pastiprināšanai.

Pašlaik ražotos bipolāros tranzistorus var klasificēt pēc šādiem kritērijiem:

Pēc materiāla: germānija un silīcijs;

Pēc reģionu vadītspējas veida: tips p-n-p un n-p-n;

Pēc jaudas: zema (Pmax £ 0,3 W), vidēja (Pmax £ 1,5 W) un liela jauda (Pmax > 1,5 W);

Pēc frekvences: zemas frekvences, vidējas frekvences, augstas frekvences un mikroviļņu krāsns.

Bipolāros tranzistoros strāvu nosaka divu veidu lādiņu nesēju kustība: elektroni un caurumi (vai pamata un mazie). Līdz ar to viņu nosaukums - bipolārs.

Pašlaik tiek ražoti un izmantoti tikai tranzistori ar plaknes tranzistoriem. p-n- krustojums mi.

Plakanā bipolārā tranzistora ierīce shematiski parādīta attēlā. 4.1.

Tā ir germānija vai silīcija plāksne, kurā izveidoti trīs apgabali ar atšķirīgu elektrovadītspēju. Pie tranzistora ierakstiet n-p-n vidējā reģionā ir caurums, un ārējos reģionos ir elektroniska elektriskā vadītspēja.

P-n-p tipa tranzistoriem ir vidējais apgabals ar elektronisku un galējie apgabali ar caurumu elektrisko vadītspēju.

Tranzistora vidējo reģionu sauc par bāzi, viens galējais apgabals ir emitētājs, otrs ir kolektors. Tādējādi tranzistoram ir divi p-n-savienojumi: emitētājs - starp emitētāju un bāzi un kolektors - starp pamatni un kolektoru. Emiteru savienojuma laukums ir mazāks nekā kolektora savienojuma laukums.

Emitētājs ir tranzistora apgabals, kura mērķis ir ievadīt lādiņa nesējus bāzē. Kolektors ir zona, kuras mērķis ir iegūt lādiņu nesējus no bāzes. Bāze ir reģions, kurā emitētājs ievada lādiņu nesējus, kas šim reģionam ir maznozīmīgi.

Lielāko lādiņu nesēju koncentrācija emitētājā ir daudzkārt lielāka nekā vairākuma lādiņnesēju koncentrācija bāzē, un to koncentrācija kolektorā ir nedaudz mazāka par koncentrāciju emitētājā. Tāpēc emitētāja vadītspēja ir par vairākām kārtām augstāka nekā bāzes vadītspēja, un kolektora vadītspēja ir nedaudz mazāka par emitētāja vadītspēju.

Secinājumi tiek izdarīti no bāzes, emitētāja un kolektora. Atkarībā no tā, kurš no secinājumiem ir kopīgs ieejas un izejas shēmām, ir trīs tranzistoru komutācijas shēmas: ar kopīgu bāzi (OB), kopējo emitētāju (OE), kopējo kolektoru (OK).

Ievades vai vadības ķēde tiek izmantota, lai kontrolētu tranzistora darbību. Izejas vai kontrolētajā ķēdē tiek iegūtas pastiprinātas svārstības. Pastiprināto svārstību avots ir savienots ar ieejas ķēdi, un slodze ir savienota ar izejas ķēdi.

Apsveriet tranzistora darbības principu, izmantojot piemēru tranzistors p-n-p-veids iekļauts shēmā ar kopīgu pamatni (4.2. att.).

4.2. attēls - bipolārā tranzistora darbības princips (p-n-p-tips)

Divu barošanas avotu EE un Ek ārējie spriegumi ir savienoti ar tranzistoru tā, ka emitera pāreja P1 ir nospriegota uz priekšu (priekšējais spriegums), bet kolektora pāreja P2 ir nospriegota pretējā virzienā (reversais spriegums). ).

Ja kolektora savienojumam tiek pielikts reversais spriegums un emitera ķēde ir atvērta, tad kolektora ķēdē plūst neliela reversā strāva Iko (mikroampēru vienības). Šī strāva rodas apgrieztā sprieguma iedarbībā, un to rada bāzes caurumu mazākuma lādiņu nesēju un kolektoru elektronu virziena kustība caur kolektora savienojumu. Caur ķēdi plūst reversā strāva: +Ek, bāze-kolektors, −Ek. Kolektora reversās strāvas lielums nav atkarīgs no kolektora sprieguma, bet ir atkarīgs no pusvadītāja temperatūras.

Ja emitera ķēdei uz priekšu ir pievienots pastāvīgs spriegums EE, emitera savienojuma potenciālā barjera samazinās. Sākas caurumu ievadīšana (injekcija) pamatnē.

Izrādās, ka tranzistoram pievadītais ārējais spriegums galvenokārt tiek pievadīts P1 un P2 pārejām, jo tiem ir augsta pretestība salīdzinājumā ar bāzes, emitera un kolektora reģionu pretestību. Tāpēc pamatnē ievadītie caurumi tajā pārvietojas ar difūzijas palīdzību. Šajā gadījumā caurumi rekombinējas ar bāzes elektroniem. Tā kā nesēju koncentrācija bāzē ir daudz mazāka nekā emitētājā, ļoti maz caurumu rekombinējas. Ar nelielu pamatnes biezumu gandrīz visi caurumi sasniegs P2 kolektora savienojumu. Rekombinētie elektroni tiek aizstāti ar elektroniem no strāvas avota Ek. Caurumi, kas rekombinējas ar elektroniem bāzē, rada bāzes strāvu IB.

Apgrieztā sprieguma Ek iedarbībā palielinās kolektora savienojuma potenciālā barjera, un palielinās savienojuma P2 biezums. Bet kolektora savienojuma potenciālā barjera neliedz caurumiem iziet cauri tai. Caurumi, kas nonāk kolektora savienojuma reģionā, iekrīt spēcīgā paātrinājuma laukā, ko savienojuma vietā rada kolektora spriegums, un kolektors tos izvelk (ievelk), radot kolektora strāvu Ik. Kolektora strāva plūst caur ķēdi: + Ek, bāzes kolektors, -Ek.

Tādējādi tranzistorā plūst trīs strāvas: emitētāja, kolektora un bāzes strāva.

Vadā, kas ir pamatnes izeja, emitētāja un kolektora strāvas ir vērstas pretēji. Tāpēc bāzes strāva ir vienāda ar starpību starp emitētāja un kolektora strāvām: IB \u003d IE - IK.

Fizikālie procesi n-p-n tipa tranzistorā notiek līdzīgi procesiem p-n-p tipa tranzistorā.

Kopējo emitētāja strāvu IE nosaka emitētāja ievadīto galveno lādiņu nesēju skaits. Šo lādiņnesēju galvenā daļa, sasniedzot kolektoru, rada kolektora strāvu Ik. Nenozīmīga daļa bāzē ievadīto lādiņnesēju rekombinējas bāzē, radot bāzes strāvu IB. Tāpēc emitētāja strāva tiks sadalīta bāzes un kolektora strāvās, t.i. IE \u003d IB + Ik.

Emitatora strāva ir ieejas strāva, kolektora strāva ir izeja. Izejas strāva ir daļa no ieejas, t.i.

(4.1)

kur a ir strāvas pārvades koeficients OB ķēdei;

Tā kā izejas strāva ir mazāka par ieejas strāvu, koeficients a<1. Он показывает, какая часть инжектированных в базу носителей заряда достигает коллектора. Обычно величина a составляет 0,95¸0,995.

Kopējā emitētāja ķēdē izejas strāva ir kolektora strāva, bet ieejas strāva ir bāzes strāva. Pašreizējais pieaugums OE ķēdei:

(4.2)

(4.3)

Līdz ar to strāvas pastiprinājums OE ķēdei ir desmitiem vienību.

Tranzistora izejas strāva ir atkarīga no ieejas strāvas. Tāpēc tranzistors ir strāvas kontrolēta ierīce.

Izmaiņas emitētāja strāvā, ko izraisa emitētāja savienojuma sprieguma izmaiņas, tiek pilnībā pārnestas uz kolektora ķēdi, izraisot kolektora strāvas izmaiņas. Un kopš tā laika kolektora strāvas avota Ek spriegums ir daudz lielāks nekā emitētājam Ee, tad kolektora ķēdē Pk patērētā jauda būs daudz lielāka par jaudu emitētāja ķēdē Re. Tādējādi ir iespējams kontrolēt lielu jaudu tranzistora kolektora ķēdē ar mazu jaudu, kas iztērēta emitētāja ķēdē, t.i. ir jaudas pieaugums.

4.2 Bipolāro tranzistoru ieslēgšanas shēmas

Tranzistors ir savienots ar elektrisko ķēdi tā, ka viens no tā spailēm (elektrods) ir ieeja, otrs ir izeja, bet trešais ir kopīgs ieejas un izejas ķēdēm. Atkarībā no tā, kurš elektrods ir izplatīts, ir trīs tranzistoru komutācijas shēmas: OB, OE un OK. Šīs shēmas p-n-p tranzistoram ir parādītas attēlā. 4.3. Tranzistoram n-p-n komutācijas ķēdēs mainās tikai spriegumu polaritāte un strāvu virziens. Jebkurai tranzistora komutācijas ķēdei (aktīvajā režīmā) barošanas avotu ieslēgšanas polaritāte ir jāizvēlas tā, lai emitera pāreja tiktu ieslēgta virzienā uz priekšu, bet kolektora pāreja būtu ieslēgta pretējā virzienā.

Attēls 4.3 - Bipolāro tranzistoru ieslēgšanas shēmas: a) PAR; b) OE; c) Labi

4.3. Bipolāro tranzistoru statiskie raksturlielumi

Tranzistora statiskais darbības režīms ir režīms, kad izejas ķēdē nav slodzes.

Tranzistoru statiskos raksturlielumus sauc par grafiski izteiktām ieejas ķēdes (ieejas VAC) un izejas ķēdes (izejas VAC) sprieguma un strāvas atkarībām. Raksturlielumu veids ir atkarīgs no tranzistora ieslēgšanas veida.

4.3.1 Tranzistora raksturojums, kas pievienots saskaņā ar OB ķēdi

IE \u003d f (UEB) ar UKB \u003d const (4.4. att., a).

IK \u003d f (UKB) ar IE \u003d const (4.4. att., b).

Attēls 4.4 - Bipolārā tranzistora statiskie raksturlielumi, kas savienoti saskaņā ar OB ķēdi

Izvades I–V raksturlielumiem ir trīs raksturīgie apgabali: 1 – spēcīga Ik atkarība no UKB (nelineārs sākotnējais apgabals); 2 – vāja Ik atkarība no UKB (lineārais apgabals); 3 - kolektora savienojuma sadalījums.

2. reģiona raksturlielumu iezīme ir to nelielais pieaugums, palielinoties spriegumam UKB.

4.3.2 Tranzistora, kas savienots saskaņā ar OE shēmu, raksturojums:

Ievades raksturlielums ir atkarība:

IB \u003d f (UBE) ar UKE \u003d const (4.5. att., b).

Izejas raksturlielums ir atkarība:

IK \u003d f (UKE) ar IB \u003d const (4.5. att., a).

Attēls 4.5 - Bipolārā tranzistora statiskie raksturlielumi, kas savienoti saskaņā ar OE ķēdi

Tranzistors OE ķēdē nodrošina strāvas pieaugumu. Pašreizējais pieaugums OE ķēdē:

Ja koeficients a tranzistoriem a = 0,9¸0,99, tad koeficients b = 9¸99. Šī ir vissvarīgākā tranzistora ieslēgšanas priekšrocība saskaņā ar OE ķēdi, kas jo īpaši nosaka šīs komutācijas shēmas plašāku praktisko pielietojumu salīdzinājumā ar OB ķēdi.

No tranzistora darbības principa ir zināms, ka caur bāzes spaili pretējā virzienā plūst divas strāvas sastāvdaļas (4.6. att.): kolektora savienojuma reversā strāva IKO un daļa no emitera strāvas (1 - a) IE. Šajā sakarā bāzes strāvas (IB = 0) nulles vērtību nosaka strāvu norādīto komponentu vienādība, t.i. (1 − a)IE = IKO. Nulles ieejas strāva atbilst emitera strāvai IE=IKO/(1−a)=(1+b)IKO un kolektora strāvai

. Citiem vārdiem sakot, pie nulles bāzes strāvas (IB \u003d 0) caur tranzistoru OE ķēdē plūst strāva, ko sauc par sākotnējo vai caurplūdes strāvu IKO (E) un ir vienāda ar (1 + b) IKO.

4.6. attēls. Tranzistora ar kopēju emitētāju (OE ķēde) komutācijas shēma

4.4 Pamatparametri

Ķēžu ar bipolāriem tranzistoriem analīzei un aprēķināšanai tiek izmantoti tā sauktie h - tranzistora parametri, kas savienoti saskaņā ar OE ķēdi.

Tranzistora elektrisko stāvokli, kas savienots saskaņā ar OE ķēdi, raksturo vērtības IB, IBE, IK, UKE.

H parametru sistēma ietver šādus lielumus:

1. Ieejas pretestība

h11 = DU1/DI1 ar U2 = konst. (4.4)

attēlo tranzistora pretestību pret maiņstrāvu ieejas strāvu, pie kuras rodas īssavienojums pie izejas, t.i. ja nav izejas maiņstrāvas sprieguma.

2. Sprieguma atgriezeniskās saites attiecība:

h12 = DU1/DU2 ar I1= konst. (4.5)

parāda, kāda daļa no ieejas maiņstrāvas sprieguma tiek pārsūtīta uz tranzistora ieeju, pateicoties atgriezeniskajai saitei tajā.

3. Strāvas spēka koeficients (strāvas pārneses koeficients):

h21 = DI2/DI1 ar U2= konst. (4.6)

parāda tranzistora maiņstrāvas pastiprinājumu bezslodzes režīmā.

4.Izvades vadītspēja:

h22 = DI2/DU2 ar I1 = konst. (4.7)

apzīmē maiņstrāvas vadītspēju starp tranzistora izejas spailēm.

Izejas pretestība Rout = 1/h22.

Kopējā emitētāja ķēdei ir spēkā šādi vienādojumi:

(4.8)

Lai novērstu kolektora savienojuma pārkaršanu, ir nepieciešams, lai tajā izdalītā jauda, plūstot kolektora strāvai, nepārsniegtu noteiktu maksimālo vērtību:

(4.9)

Turklāt ir ierobežojumi kolektora spriegumam:

un kolektora strāva:

4.5. Bipolāro tranzistoru darbības režīmi

Tranzistors var darboties trīs režīmos atkarībā no sprieguma tā krustojumos. Strādājot aktīvajā režīmā, spriegums ir tiešs emitera krustojumā, bet reverss pie kolektora krustojuma.

Izslēgšanas režīms jeb bloķēšana tiek panākta, pieliekot pretējo spriegumu abiem krustojumiem (abi p-n-pārejas ir aizvērti).

Ja spriegums ir tiešs abos krustojumos (abi p-n- pārejas ir atvērti), tad tranzistors darbojas piesātinājuma režīmā.

Izslēgšanas un piesātinājuma režīmos gandrīz nav tranzistora vadības. Aktīvajā režīmā šāda vadība tiek veikta visefektīvāk, un tranzistors var veikt elektriskās ķēdes aktīvā elementa funkcijas (pastiprināšana, ģenerēšana utt.).

4.6 Darbības joma

Bipolārie tranzistori ir pusvadītāju ierīces universālai lietošanai un tiek plaši izmantoti dažādos pastiprinātājos, ģeneratoros, impulsu un taustiņu ierīcēs.

4.7 Vienkāršākā pastiprināšanas pakāpe uz bipolāra tranzistora

Vislielāko pielietojumu atrod tranzistora komutācijas ķēde saskaņā ar kopējo emitenta ķēdi (4.7. att.)

Ķēdes galvenie elementi ir barošanas avots Ek, vadāmais elements ir tranzistors VT un rezistors Rk. Šie elementi veido pastiprināšanas pakāpes galveno (izejas) ķēdi, kurā, pateicoties kontrolētas strāvas plūsmai, ķēdes izejā tiek izveidots pastiprināts maiņspriegums.

Pārējiem elementiem ir atbalsta loma. Kondensators Cp atdalās. Ja šī kondensatora nebūtu, ieejas signāla avota ķēdē no strāvas avota Ek tiktu izveidota līdzstrāva.

4.7. attēls - bipolārā tranzistora vienkāršākā pastiprināšanas posma shēma saskaņā ar kopēju emitera ķēdi

Rezistors RB, kas iekļauts bāzes ķēdē, nodrošina tranzistora darbību miera režīmā, t.i. ja nav ieejas signāla. Atpūtas režīmu nodrošina atpūtas bāzes strāva IB » Ek/RB.

Ar rezistora Rk palīdzību tiek izveidots izejas spriegums, t.i. Rk veic mainīga sprieguma radīšanas funkciju izejas ķēdē, pateicoties strāvas plūsmai tajā, ko kontrolē bāzes ķēde.

Pastiprināšanas posma kolektora ķēdei var uzrakstīt šādu elektriskā stāvokļa vienādojumu:

Ek \u003d Uke + IkRk, (4.10)

i., rezistora Rk sprieguma krituma un tranzistora kolektora-emitera sprieguma Uke summa vienmēr ir vienāda ar konstantu vērtību - barošanas avota Ek EMF.

Pastiprināšanas process balstās uz pastāvīga sprieguma avota Ek enerģijas pārvēršanu maiņstrāvas enerģijā izejas ķēdē, mainoties vadāmā elementa (tranzistora) pretestībai saskaņā ar ieejas norādīto likumu. signāls.

Kad pastiprināšanas pakāpes ieejai tiek pielikts maiņstrāvas spriegums uin, tranzistora bāzes ķēdē tiek izveidots maiņstrāvas komponents IB ~, kas nozīmē, ka bāzes strāva mainīsies. Bāzes strāvas izmaiņas izraisa kolektora strāvas vērtības izmaiņas (IK = bIB) un līdz ar to arī pretestības Rk un Uke spriegumu vērtības izmaiņas. Pastiprināšanas spējas ir saistītas ar to, ka kolektora strāvas vērtību izmaiņas ir b reizes lielākas par bāzes strāvu.

4.8 Elektrisko ķēžu aprēķins ar bipolāriem tranzistoriem

Pastiprināšanas pakāpes kolektora ķēdei (4.7. att.) saskaņā ar otro Kirhhofa likumu ir spēkā vienādojums (4.10).

Kolektora rezistora RK volt-ampēra raksturlielums ir lineārs, un tranzistora volt-ampēra raksturlielumi ir tranzistora nelineārie kolektora raksturlielumi (4.5. att., a), kas savienoti saskaņā ar OE ķēdi.

Šādas nelineāras ķēdes aprēķinu, t.i., IK, URK un UKE noteikšanu dažādām bāzes strāvu IB vērtībām un rezistora RK pretestību, var veikt grafiski. Lai to izdarītu, uz kolektora raksturlielumu saimes (4.5. att., a) no punkta EK uz abscisu ass ir jāizvelk volti - rezistora RK strāvas raksturlielums, kas atbilst vienādojumam:

Uke \u003d Ek - RkIk. (4.11)

Šī īpašība ir balstīta uz diviem punktiem:

Uke = Ek pie Ik = 0 uz x ass un Ik = Ek/Rk pie Uke = 0 uz y ass. Šādā veidā konstruētā kolektora rezistora Rk CVC sauc par slodzes līniju. Tā krustošanās punkti ar kolektora raksturlielumiem dod grafisku vienādojuma (4.11) risinājumu noteiktai pretestībai Rk un dažādām bāzes strāvas IB vērtībām. Šos punktus var izmantot, lai noteiktu kolektora strāvu Ik, kas ir vienāda tranzistoram un rezistoram Rk, kā arī spriegumu UKE un URK.

Slodzes līnijas krustošanās punktu ar vienu no statiskā IV raksturlielumiem sauc par tranzistora darbības punktu. Mainot IB, varat to pārvietot pa slodzes līniju. Šī punkta sākotnējo stāvokli, ja nav ieejas mainīgā signāla, sauc par atpūtas punktu – Т0.

a) b)

4.8. attēls - tranzistora darbības režīma grafiski analītisks aprēķins, izmantojot izejas un ievades raksturlielumus.

Atpūtas punkts (darba punkts) T0 nosaka strāvu IKP un spriegumu UKEP atpūtas režīmā. No šīm vērtībām jūs varat atrast RCP jaudu, kas atbrīvota tranzistorā miera režīmā, kas nedrīkst pārsniegt maksimālo PK max jaudu, kas ir viens no tranzistora parametriem:

RKP = IKP ×UKEP £ RK maks. (4.12)

Uzziņu grāmatas parasti nenodrošina ievades raksturlielumu saimi, bet tikai raksturlielumus UKE = 0 un dažiem UKE > 0.

Ievades raksturlielumi dažādiem UKE, kas pārsniedz 1 V, ir ļoti tuvu viens otram. Tāpēc ieejas strāvu un spriegumu aprēķinu var veikt aptuveni saskaņā ar ieejas raksturlielumu UKE > 0, kas ņemts no atsauces grāmatas.

Uz šo līkni tiek pārnesti izejas darbības raksturlieluma punkti A, To un B, un tiek iegūti punkti A1, T1 un B1 (4.8. att., b). Darbības punkts T1 nosaka pastāvīgs spiediens UBEP bāzes un līdzstrāva IBP bāzes.

Rezistora RB pretestība (nodrošina tranzistora darbību miera režīmā), caur kuru no avota EK bāzei tiks piegādāts pastāvīgs spriegums:

(4.13)

Aktīvajā (pastiprināšanas) režīmā tranzistora To atpūtas punkts atrodas aptuveni AB slodzes līnijas sekcijas vidū, un darbības punkts nepārsniedz AB sekciju.

Sveicieni dārgie draugi! Šodien mēs runāsim par bipolāriem tranzistoriem un informācija būs noderīga galvenokārt iesācējiem. Tātad, ja interesē, kas ir tranzistors, tā darbības princips un vispār ar ko to ēd, tad paņemam ērtu krēslu un nākam tuvāk.

Turpināsim, un mums šeit ir saturs, būs ērtāk orientēties rakstā

Tranzistoru veidi

Tranzistori galvenokārt ir divu veidu: bipolāri tranzistori un lauka efekta tranzistori. Protams, vienā rakstā varēja aplūkot visus tranzistoru veidus, bet es nevēlos vārīt putru galvā. Tāpēc šajā rakstā mēs apskatīsim tikai bipolārus tranzistorus, un par lauka efekta tranzistoriem es runāšu vienā no nākamajiem rakstiem. Nejauksim visu vienā kaudzē, bet pievērsīsim uzmanību katram, individuāli.

bipolārais tranzistors

Bipolārais tranzistors ir cauruļu triožu pēctecis, tās, kas bija 20. gadsimta televizoros. Triodes aizgāja aizmirstībā un padevās funkcionālākiem brāļiem - tranzistoriem vai drīzāk bipolāriem tranzistoriem.

Triodes, ar retiem izņēmumiem, tiek izmantotas mūzikas mīļotāju aprīkojumā.

Bipolāri tranzistori var izskatīties šādi.

Kā redzat, bipolārajiem tranzistoriem ir trīs spailes, un tie var izskatīties pilnīgi atšķirīgi pēc konstrukcijas. Bet tālāk elektriskās diagrammas tie izskatās vienkārši un vienmēr vienādi. Un viss šis grafiskais krāšņums izskatās apmēram šādi.

Šo tranzistoru attēlu sauc arī par UGO (nosacījuma grafiskais apzīmējums).

Turklāt bipolāriem tranzistoriem var būt dažāda veida vadītspēja. Ir NPN tipa un PNP tipa tranzistori.

atšķirība npn tranzistors un no p-n-p tranzistora tas sastāv tikai no tā, ka tas ir elektriskā lādiņa (elektronu vai "caurumu") "nesējs". Tie. p-n-p tranzistoram elektroni pārvietojas no emitētāja uz kolektoru, un tos kontrolē bāze. Npn tranzistoram elektroni iet no kolektora uz emitētāju, un tos kontrolē bāze. Rezultātā mēs nonākam pie secinājuma, ka, lai ķēdē aizstātu viena veida vadītspējas tranzistoru ar citu, pietiek ar pielietotā sprieguma polaritātes maiņu. Vai arī stulbi mainiet barošanas avota polaritāti.

Bipolārajiem tranzistoriem ir trīs spailes: kolektors, emitētājs un bāze. Domāju, ka UGO būs grūti apjukt, bet īstā tranzistorā var viegli apjukt.

Parasti kur kuru izvadi nosaka no direktorija, bet var vienkārši. Tranzistora izejas zvana kā divas diodes, kas savienotas kopējā punktā (tranzistora bāzes reģionā).

Kreisajā pusē ir bilde p-n-p tipa tranzistoram, zvanot rada sajūtu (caur multimetra rādījumiem), ka tev priekšā ir divas diodes, kuras vienā punktā ir savienotas ar saviem katodiem. N-p-n tipa tranzistoram diodes bāzes punktā ir savienotas ar to anodiem. Es domāju, ka pēc eksperimentēšanas ar multimetru tas būs skaidrāks.

Bipolārā tranzistora darbības princips

Un tagad mēs mēģināsim izdomāt, kā darbojas tranzistors. Es neiedziļināšos tranzistoru iekšējās struktūras detaļās, jo šī informācija tikai mulsina. Labāk paskatieties uz šo attēlu.

Šis attēls vislabāk izskaidro, kā darbojas tranzistors. Šajā attēlā cilvēks kontrolē kolektora strāvu caur reostatu. Viņš skatās uz bāzes strāvu, ja bāzes strāva palielinās, tad cilvēks palielina arī kolektora strāvu, ņemot vērā h21E tranzistora pastiprinājumu. Ja bāzes strāva pazeminās, tad samazināsies arī kolektora strāva - cilvēks to koriģēs ar reostatu.

Šai analoģijai nav nekāda sakara ar to, kā tranzistors faktiski darbojas, taču tā ļauj vieglāk saprast, kā tas darbojas.

Attiecībā uz tranzistoriem var atzīmēt noteikumus, kas ir paredzēti, lai atvieglotu izpratni. (Šie noteikumi ir ņemti no grāmatas).

Kolektoram ir pozitīvāks potenciāls nekā emitētājam.
Kā jau teicu, bāzes kolektora un bāzes emitētāja shēmas darbojas kā diodes.
Katram tranzistoram ir raksturīgi ierobežojumi, piemēram, kolektora strāva, bāzes strāva un kolektora-emitera spriegums.
Gadījumā, ja tiek ievēroti noteikumi 1-3, kolektora strāva Ik ir tieši proporcionāla bāzes strāvai Ib. Šo attiecību var uzrakstīt kā formulu.

No šīs formulas var izteikt tranzistora galveno īpašību - neliela bāzes strāva vada lielu kolektora strāvu.

Pašreizējais ieguvums.

To dēvē arī par

Iepriekš minētā rezultātā tranzistors var darboties četros režīmos:

Tranzistora izslēgšanas režīms- šajā režīmā bāzes-emitera pāreja ir aizvērta, tas var notikt, ja bāzes-emitera spriegums ir nepietiekams. Tā rezultātā nav bāzes strāvas un līdz ar to arī kolektora strāvas.
Tranzistora aktīvais režīms ir parastais tranzistora darbības režīms. Šajā režīmā bāzes-emitera spriegums ir pietiekams, lai atvērtu bāzes-emitera savienojumu. Bāzes strāva ir pietiekama un ir pieejama arī kolektora strāva. Kolektora strāva ir vienāda ar bāzes strāvu, kas reizināta ar pastiprinājumu.
Tranzistora piesātinājuma režīms - tranzistors pārslēdzas uz šo režīmu, kad bāzes strāva kļūst tik liela, ka strāvas avota jauda vienkārši nav pietiekama, lai vēl vairāk palielinātu kolektora strāvu. Šajā režīmā kolektora strāva nevar palielināties pēc bāzes strāvas palielināšanās.
Tranzistora apgrieztais režīms- Šis režīms tiek izmantots reti. Šajā režīmā tranzistora kolektors un emitētājs ir apgriezti. Šādu manipulāciju rezultātā tranzistora pastiprinājums ļoti cieš. Sākotnēji tranzistors nebija paredzēts darbam šādā īpašā režīmā.

Lai saprastu, kā darbojas tranzistors, jums ir jāaplūko konkrēti ķēžu piemēri, tāpēc apskatīsim dažus no tiem.

Tranzistors atslēgas režīmā

Tranzistors atslēgas režīmā ir viens no gadījumiem tranzistoru ķēdes ar kopīgu emitētāju. Tranzistora ķēde atslēgas režīmā tiek izmantota ļoti bieži. Šī tranzistora ķēde tiek izmantota, piemēram, ja jums ir nepieciešams kontrolēt spēcīgu slodzi, izmantojot mikrokontrolleri. Kontroliera kāja nespēj vilkt spēcīgu slodzi, bet tranzistors var. Izrādās, ka kontrolieris kontrolē tranzistoru, un tranzistors kontrolē jaudīgo slodzi. Nu, vispirms vispirms.

Šī režīma galvenā būtība ir tāda, ka bāzes strāva kontrolē kolektora strāvu. Turklāt kolektora strāva ir daudz lielāka par bāzes strāvu. Šeit ar neapbruņotu aci var redzēt, ka notiek signāla pašreizējā pastiprināšana. Šī pastiprināšana tiek veikta uz barošanas avota enerģijas rēķina.

Attēlā parādīta tranzistora darbības shēma atslēgas režīmā.

Tranzistoru shēmām spriegumi nespēlē lielu lomu, svarīgas ir tikai strāvas. Tāpēc, ja kolektora strāvas attiecība pret bāzes strāvu ir mazāka par tranzistora pastiprinājumu, tad viss ir kārtībā.

Šajā gadījumā, pat ja mums ir 5 voltu spriegums pie pamatnes un 500 volti kolektora ķēdē, nekas slikts nenotiks, tranzistors apzinīgi pārslēgs augstsprieguma slodzi.

Galvenais ir tas, ka šie spriegumi nepārsniedz konkrēta tranzistora robežvērtības (noteiktas tranzistora raksturlielumos).

Cik zināms, pašreizējā vērtība ir slodzes raksturlielums.

Mēs nezinām spuldzes pretestību, bet mēs zinām, ka spuldzes darba strāva ir 100 mA. Lai tranzistors atvērtos un nodrošinātu šādas strāvas plūsmu, ir jāizvēlas atbilstoša bāzes strāva. Mēs varam regulēt bāzes strāvu, mainot bāzes rezistora vērtību.

Tā kā tranzistora pastiprinājuma minimālā vērtība ir 10, lai atvērtu tranzistoru, bāzes strāvai jākļūst par 10 mA.

Mums vajadzīgā strāva ir zināma. Spriegums pāri bāzes rezistoram būs Šī rezistora sprieguma vērtība izrādījās tāpēc, ka bāzes-emitera krustojumā nokrīt 0.6V-0.7V un to nedrīkst aizmirst ņemt vērā.

Tā rezultātā mēs varam diezgan atrast rezistora pretestību

Atliek izvēlēties noteiktu vērtību no vairākiem rezistoriem, un tas ir darīts.

Tagad jūs droši vien tā domājat tranzistora atslēga vai tas darbosies kā nākas? Ka pie +5 V pieslēdzot bāzes rezistoru iedegas gaisma, izslēdzot gaisma nodziest? Atbilde var būt jā vai arī nē.

Lieta tāda, ka šeit ir neliela nianse.

Lampa nodzisīs, kad būs rezistora potenciāls vienāds ar potenciālu zeme. Ja rezistors ir vienkārši atvienots no sprieguma avota, tad šeit viss nav tik vienkārši. Spriegums pāri bāzes rezistoram brīnumainā kārtā var rasties noņemšanas vai kāda cita citpasaules ļaunuma rezultātā

Lai izvairītos no šī efekta, rīkojieties šādi. Vēl viens rezistors Rbe ir savienots starp bāzi un emitētāju. Šis rezistors ir izvēlēts ar vērtību, kas ir vismaz 10 reizes lielāka par bāzes rezistoru Rb (mūsu gadījumā mēs paņēmām 4,3 kOhm rezistoru).

Kad bāze ir pievienota jebkuram spriegumam, tranzistors darbojas kā nākas, rezistors Rbe tam netraucē. Šis rezistors patērē tikai nelielu daļu no bāzes strāvas.

Gadījumā, ja pamatnei netiek pielikts spriegums, bāze tiek uzvilkta līdz zemes potenciālam, kas mūs pasargā no visa veida traucējumiem.

Šeit principā mēs izdomājām tranzistora darbību atslēgas režīmā, un, kā redzat, atslēgas darbības režīms ir sava veida sprieguma signāla pastiprināšana. Galu galā, izmantojot nelielu 5 V spriegumu, mēs kontrolējām 12 V spriegumu.

izstarotāja sekotājs

Izstarotāja sekotājs ir īpašs kopējā kolektora tranzistoru ķēžu gadījums.

Kopēja kolektora ķēdes atšķirīgā iezīme no kopējās emitētāja ķēdes (tranzistora slēdža variants) ir tāda, ka šī ķēde nepastiprina sprieguma signālu. Kas iegāja caur bāzi, iznāca caur emitētāju, ar tādu pašu spriegumu.

Patiešām, pieņemsim, ka pamatnei pievienojām 10 voltus, kamēr mēs zinām, ka bāzes un emitētāja krustojumā ir aptuveni 0,6–0,7 V. Izrādās, ka izejai (pie emitētāja, pie slodzes Rn) bāzes spriegums būs mīnus 0,6 V.

Izrādījās 9,4V, vārdu sakot, gandrīz cik daudz nāca iekšā un ārā. Mēs pārliecinājāmies, ka šī ķēde nepalielinās mums signālu sprieguma ziņā.

"Kāda jēga tad ir ieslēgt tranzistoru šādi?" - jūs jautājat. Taču izrādās, ka šai shēmai ir vēl viens ļoti svarīgs īpašums. Kopējā kolektora tranzistora komutācijas ķēde pastiprina strāvas signālu. Jauda ir strāvas un sprieguma reizinājums, bet, tā kā spriegums nemainās, tad jauda palielinās tikai strāvas dēļ! Slodzes strāva ir bāzes strāvas un kolektora strāvas summa. Bet, ja salīdzinām bāzes strāvu un kolektora strāvu, tad bāzes strāva ir ļoti maza salīdzinājumā ar kolektora strāvu. Slodzes strāva ir vienāda ar kolektora strāvu. Un rezultāts ir šī formula.

Tagad es domāju, ka ir skaidrs, kāda ir emitenta sekotāja ķēdes būtība, bet tas vēl nav viss.

Izstarotāja sekotājam ir vēl viena ļoti vērtīga kvalitāte - augsta ieejas pretestība. Tas nozīmē, ka šī tranzistora ķēde gandrīz neuzņem ieejas signāla strāvu un nenoslogo signāla avota ķēdi.

Lai saprastu tranzistora darbības principu, ar šīm divām tranzistora shēmām būs pilnīgi pietiekami. Un, ja jūs joprojām eksperimentējat ar lodāmuru rokās, tad ieskats vienkārši neliks jums gaidīt, jo teorija ir teorija un prakse un Personīgā pieredze simtiem reižu vērtīgāks!

Kur nopirkt tranzistorus?

Tāpat kā visus citus radio komponentus, tranzistorus var iegādāties jebkurā tuvākajā radio detaļu veikalā. Ja dzīvojat kaut kur nomalē un neesat dzirdējuši par tādiem veikaliem (kā es to darīju iepriekš), tad paliek pēdējā iespēja - pasūtīt tranzistorus interneta veikalā. Es pats bieži pasūtu radio komponentus, izmantojot tiešsaistes veikalus, jo parastā bezsaistes veikalā kaut kā vienkārši var nebūt.

Tomēr, ja jūs montējat ierīci tīri sev, varat neņemt tvaika pirti, bet iegūt to no vecās un, tā teikt, iedvest jaunu elpu vecajā radio komponentā.

Nu draugi, tas man viss. Viss, ko es plānoju jums šodien pastāstīt. Ja jums ir kādi jautājumi, uzdodiet tos komentāros, ja jautājumu nav, tad jebkurā gadījumā rakstiet komentārus, man vienmēr ir svarīgs jūsu viedoklis. Starp citu, neaizmirstiet, ka ikviens, kurš pirmo reizi atstāj komentāru, saņems dāvanu.

Tāpat noteikti abonējiet jaunus rakstus, jo turpmāk jūs gaida daudz interesantu un noderīgu lietu.

Novēlu veiksmi, panākumus un saulainu noskaņojumu!

N/A Vladimirs Vasiļjevs

P.S. Draugi, noteikti abonējiet atjauninājumus! Abonējot jūs saņemsiet jaunu saturu tieši savā iesūtnē! Un, starp citu, katrs abonents saņems noderīgu dāvanu!

Tā ir pusvadītāju ierīce ar trim elektrodiem, tā sastāv no diviem p-n savienojumiem, pārneses elektriskie lādiņi tos veic divu veidu nesēji - tie ir elektroni un caurumi. Tā kā ierīcei ir 2 p-n krustojums tad to sauca par "bipolāru".

Viņš atrada plašs pielietojums dažādās elektroniskās ierīcēs, kas paredzētas ģenerēšanai, pastiprināšanai vai pārslēgšanai (piemēram, loģiskajās shēmās).

Tranzistoram ir 3 izejas, kuru nosaukumi ir šādi:

bāze;
kolekcionārs;
emitētājs.

Šie trīs elektrodi ir savienoti ar secīgiem pusvadītāju slāņiem ar dažāda veida piemaisījumu vadītspēju. Atkarībā no tā, kā notiek šī maiņa, tiek izdalīti npn un pnp tipa tranzistori. Saīsinājums n nozīmē negatīvu elektronisko vadītspējas veidu, un p nozīmē pozitīvu caurumu.

Saskaņā ar darbības principu bipolārais tranzistors atšķiras no lauka tranzistors ar to, ka lādiņu pārnesi vienlaikus veic divu veidu nesēji, proti, elektroni un caurumi. Tādējādi nosaukums "bipolārs" cēlies no vārda "bi" - "divi".

;

Elektrodu, kas savienojas ar slāni, kas atrodas centrā, sauc par "bāzi", un elektrodus, kas savienojas ar ārējiem slāņiem, sauc par "emitatoru" un "kolektoru". Pēc vadītspējas veida šie emitētāja un kolektora slāņi ne ar ko neatšķiras. Bet tranzistoru ražošanas procesā, lai uzlabotu elektriskie parametri tie ir atšķirami pēc dopinga pakāpes ar piemaisījumiem.

Emitētājs ir stipri leģēts, un kolektors ir vāji leģēts, kas veicina pieļaujamā kolektora sprieguma palielināšanos. Emitatora savienojuma pārrāvuma apgrieztā sprieguma vērtība nav kritiska, jo ķēdēs tranzistori parasti tiek ieslēgti ar uz priekšu novirzītu emitera p-n pāreju.

Tā kā emitents ir leģēts spēcīgāk, mazākuma nesēju iesmidzināšana pamatslānī notiks spēcīgāk. Kas veicina strāvas pārneses koeficienta pieaugumu, kad tranzistors tiek ieslēgts ķēdē ar kopīgu bāzi.

Kolektora savienojuma laukums ir padarīts daudz lielāks par emitera savienojumu, kā rezultātā tiek panākts labāks mazākuma nesēju pieplūdums no bāzes slāņa un tiek uzlaboti pārneses koeficienti.

Viņi cenšas padarīt pamatslāņa biezumu pēc iespējas mazāku, lai palielinātu frekvences parametri sava veida ātrgaitas bipolārais tranzistors. Bet ir arī otra krīta puse - samazinoties pamatslāņa biezumam, samazinās kolektora savienojuma sprieguma maksimālā (ierobežojošā) vērtība. Tāpēc pamatnes biezuma vērtība tiek izvēlēta kā optimālākā.

Bipolārā tranzistora darbības princips un ierīce

Sākotnēji metāliskais germānija galvenokārt tika izmantots tranzistoros, un tagad tie ir izgatavoti no vienkristāla silīcija un gallija arsenīda, ierīcēm, kas izgatavotas uz gallija arsenīda bāzes, ir liels ātrums un tās tiek izmantotas mikroviļņu pastiprinātāju shēmās, ātrgaitas loģiskajās shēmās. To ātrums ir izskaidrojams ar lielo nesēju mobilitāti gallija arsenīdā.

Bipolārajam tranzistoram ir 3 pusvadītāju slāņi, kas tiek leģēti dažādos veidos: bāze (B), emitētājs (E), kolektors (K). Atkarībā no vadītspējas slāņu secības ir pieejami tranzistori ar pnp un npn vadītspēju.

Pamatnes slānis atrodas starp pārējiem diviem slāņiem un ir viegli leģēts, kā rezultātā ir augsta pretestība. Bāzes-emitera kontakta laukums ir mazāks nekā kolektora-bāzes laukums. Tas tiek darīts šādu iemeslu dēļ:

kolektora-bāzes savienojuma laukuma palielināšanās veicina to, ka mazākuma nesējus no bāzes, visticamāk, uztvers kolektors; darba stāvoklī kolektora savienojums ir ieslēgts ar apgriezto nobīdi;
arī liels laukums veicina lielāku siltuma izkliedi darbības laikā;

Izstarotāja krustojums parasti ir ieslēgts virzienā uz priekšu (atvērts) un kolektora savienojums pretējā virzienā (aizvērts).

Apskatīsim n-p-n tipa tranzistora, tranzistora darbību pnp veids tas darbojas tieši tāpat, tikai tajā galvenie lādiņnesēji ir nevis elektroni, bet gan caurumi. Npn tipa tranzistorā elektroni iziet caur emitera bāzes savienojumu jeb, citiem vārdiem sakot, tiek ievadīti. Daļa no šiem "jaunpienākušajiem" elektroniem rekombinējas ar caurumiem, kas ir galvenie bāzes lādiņu nesēji. Bet sakarā ar to, ka mūsu bāze ir plāna un viegli leģēta, t.i. ir maz caurumu, tad galvenā elektronu masa pāriet (izkliedē) kolektora reģionā, šī pāreja ir saistīta ar faktu, ka elektroni ilgstoši rekombinējas ar caurumiem pamatnē, un kolektora elektriskais lauks ir liels, tāpēc elektroni tiek uztverti kolektorā. Izrādās, ka kolektora strāva ir gandrīz vienāda ar emitētāja strāvu mīnus nelieli rekombinācijas zudumi bāzē. Ik \u003d Ib-Ie.

Bāze vienkārši darbojas kā vārsts, kas bloķē elektronu plūsmu caur tranzistoru. Lai sāktu vadību, tranzistora pamatnes izejai jāpieslēdz strāva. To sauc par bāzes strāvu. Un spriegumu, kas tiek pievadīts emitētāja un bāzes spailēm, sauc par "novirzes spriegumu". Mainot šo strāvu (bāzi), mēs tādējādi mainām galveno strāvu (kolektoru) caur tranzistoru.

Tranzistoru apkure

Caur tranzistoru plūstošajiem elektroniem spēcīgi pretojas pusvadītāju kristāla režģa mezgli. Kas izraisa tā sasilšanu. Mazjaudas bipolāros tranzistoros šī sildīšana nav nozīmīga un nekādā veidā neietekmē tā darbību. Bet iekšā jaudas tranzistori, caur kuru plūst lielas strāvas, šī karsēšana var izraisīt tā sabrukšanu. Lai to novērstu, tiek izmantoti radiatori.

Radiatori ir nepieciešami, lai noņemtu siltumu no tranzistora. Dažreiz siltuma pastu izmanto, lai uzlabotu siltuma izkliedi. Dažiem radiatoriem ir spuras uz virsmas. Šīs ribas palielina kopējo virsmu. Daži radiatori ir aprīkoti ar ventilatoriem, kas nodrošina nepārtrauktu gaisa plūsmu, un rezultātā tiek palielināta siltuma noņemšana.

Tranzistoru vadu shēmas

Tranzistoru var savienot 3 dažādās shēmās:

emitera ķēde;
pamata shēma;
kolektora ķēde.

Tranzistora darbība šajās shēmās ir atšķirīga.

Emitera pārslēgšanas ķēde

Visbiežāk izmantotā komutācijas ķēde ir emitera ķēde. Tranzistora ieslēgšana saskaņā ar šo shēmu nodrošina sprieguma un strāvas pastiprināšanu. Šīs ķēdes ieejas pretestība ir zema (apmēram simtiem omu), un izejas pretestība ir augsta (desmitiem kΩ).

Kolektora komutācijas ķēde

Šai shēmai ir pienācīga ieejas pretestība un neliela izejas pretestība. Šīs ķēdes ieejas pretestība ir atkarīga no slodzes, ko esam ieslēguši izejā, un vairāk nekā šī pretestība ar pastiprināšanas koeficientu. Ieteicams izmantot ieejas signāla avotu ar augstu izejas pretestību, piemēram, kondensatora mikrofonu vai pjezoelektrisko uztvērēju.

Pamata komutācijas ķēde

Šo shēmu izmanto tikai sprieguma pastiprināšanai. Strāvas pastiprinājums vai drīzāk izejas attiecība pret ieejas strāvu vienmēr ir mazāka par vienu. Izmanto, lai pastiprinātu augstas frekvences un tam ir minimāls izejas trokšņu līmenis, piemēram, antenu pastiprinātājos, kur pretestība ir simtiem omu.

Bipolārā tranzistora darbība dažādos režīmos

Tranzistors elektriskajās ķēdēs ir savienots dažādos veidos, un tam ir 4 galvenie darbības režīmi. To galvenā atšķirība ir strāvas virzienā, kas plūst caur krustojumu, vai arī tad, ja tā vispār nav. elektriskā strāva. Šeit krustojums tiek saprasts kā apgabals starp diviem p un n pusvadītājiem.

Aktīvais režīms

Uz pāreju B - E; (bāze-emitter); ir pievienots tiešspriegums, un E-C pārsūtīšana(emiters-kolektors) ir pievienots reversais spriegums Signāla pastiprināšana šajā režīmā ir maksimāla. Šis režīms ir visizplatītākais.

Piesātināts režīms

Tiešie spriegumi tiek pielikti pārejai B - E un pārejai B-K, pārejas ir pilnībā atvērtas.

Nogriešanas režīms

Slēgta tranzistora darbības režīms, kad pārejām tiek pielikts pretējais spriegums .; To izmanto ķēdēs, kur nepieciešami divi tranzistora stāvokļi: "atvērts" vai "aizvērts". Šādas shēmas sauc par atslēgu.

Apgrieztais režīms

E-K savienojumam (kolektora savienojumam) tiek pielikts tiešais spriegums, un B - E tiek pielikts pretējais spriegums. Diezgan rets bipolārā tranzistora darbības režīms.