Tranzistorul bipolar este unul dintre cele mai vechi, dar cele mai faimoase tipuri de tranzistori și este încă folosit în electronica modernă. Un tranzistor este indispensabil atunci când trebuie să controlați o sarcină destul de puternică pentru care dispozitivul de control nu poate furniza suficient curent. Ele vin în diferite tipuri și capacități, în funcție de sarcinile efectuate. Cunoștințele de bază și formulele despre tranzistori pot fi găsite în acest articol.

Introducere

Înainte de a începe lecția, să fim de acord că discutăm doar un singur tip de modalitate de a porni un tranzistor. Un tranzistor poate fi utilizat într-un amplificator sau receptor și, de obicei, fiecare model de tranzistor este fabricat cu anumite caracteristici pentru a-l face mai specializat pentru a funcționa mai bine într-o anumită aplicație.

Tranzistorul are 3 terminale: bază, colector și emițător. Este imposibil să spunem fără ambiguitate care dintre ele este intrarea și care este ieșirea, deoarece toate sunt conectate și se influențează reciproc într-un fel sau altul. Când un tranzistor este pornit în modul comutator (controlul sarcinii), acesta acționează astfel: curentul de bază controlează curentul de la colector la emițător sau invers, în funcție de tipul de tranzistor.

Există două tipuri principale de tranzistoare: NPN și PNP. Pentru a înțelege acest lucru, putem spune că principala diferență dintre aceste două tipuri este direcția curentului electric. Acest lucru poate fi văzut în Figura 1.A, unde este indicată direcția curentului. Într-un tranzistor NPN, un curent curge de la bază în tranzistor, iar celălalt curent trece de la colector la emițător, dar într-un tranzistor PNP este adevărat opusul. Din punct de vedere funcțional, diferența dintre aceste două tipuri de tranzistoare este tensiunea pe sarcină. După cum puteți vedea în imagine, tranzistorul NPN oferă 0V atunci când este pornit, iar PNP oferă 12V. Veți înțelege mai târziu de ce acest lucru afectează selecția tranzistorului.

Pentru simplitate, vom studia doar tranzistoarele NPN, dar toate acestea se aplică PNP, ținând cont de faptul că toți curenții sunt inversați.

Figura de mai jos arată analogia dintre un comutator (S1) și un comutator tranzistor, unde se poate observa că curentul de bază se închide sau deschide calea curentului de la colector la emițător:

Cunoscând exact caracteristicile unui tranzistor, puteți profita la maximum de el. Parametrul principal este câștigul DC al tranzistorului, care este de obicei notat Hfe sau β. De asemenea, este important să cunoașteți curentul maxim, puterea și tensiunea tranzistorului. Acești parametri pot fi găsiți în documentația pentru tranzistor și ne vor ajuta să stabilim valoarea rezistenței de bază, care este descrisă mai jos.

Folosind un tranzistor NPN ca comutator

Figura arată includerea unui tranzistor NPN ca comutator. Veți întâlni această includere foarte des atunci când analizați diferite circuite electronice. Vom studia cum să rulăm un tranzistor în modul selectat, vom calcula rezistența de bază, câștigul de curent al tranzistorului și rezistența de sarcină. Vă propun cel mai simplu și mai precis mod de a face acest lucru.

1. Să presupunem că tranzistorul este în modul de saturație:În acest caz, modelul matematic al tranzistorului devine foarte simplu și știm tensiunea în punctul V c. Vom găsi valoarea rezistenței de bază la care totul va fi corect.

2. Determinarea curentului de saturație a colectorului: Tensiunea dintre colector și emițător (V ce) este preluată din documentația tranzistorului. Emițătorul este conectat la GND, respectiv V ce = V c - 0 = V c. Odată ce cunoaștem această valoare, putem calcula curentul de saturație a colectorului folosind formula:

Uneori, rezistența de sarcină R L este necunoscută sau nu poate fi la fel de precisă ca rezistența bobinei releului; În acest caz, este suficient să cunoașteți curentul necesar pentru pornirea releului.
Asigurați-vă că curentul de sarcină nu depășește curentul maxim de colector al tranzistorului.

3. Calculul curentului de bază necesar: Cunoscând curentul de colector, puteți calcula curentul de bază minim necesar pentru a obține acel curent de colector folosind următoarea formulă:

Din aceasta rezultă că:

4. Depășirea valorilor admisibile: După ce ați calculat curentul de bază și dacă se dovedește a fi mai mic decât cel specificat în documentație, atunci puteți supraîncărca tranzistorul înmulțind curentul de bază calculat, de exemplu, cu 10 ori. Astfel, comutatorul tranzistorului va fi mult mai stabil. Cu alte cuvinte, performanța tranzistorului va scădea dacă sarcina crește. Aveți grijă să nu depășiți curentul de bază maxim menționat în documentație.

5. Calculul valorii necesare a lui R b: Având în vedere o suprasarcină de 10 ori, rezistența Rb poate fi calculată folosind următoarea formulă:

unde V 1 este tensiunea de control a tranzistorului (vezi Figura 2.a)

Dar dacă emițătorul este conectat la masă și este cunoscută tensiunea bază-emițător (aproximativ 0,7V pentru majoritatea tranzistoarelor) și presupunând că V 1 = 5V, formula poate fi simplificată la următoarea:

Se poate observa că curentul de bază este înmulțit cu 10 ținând cont de suprasarcină.
Când se cunoaște valoarea lui Rb, tranzistorul este „setat” să funcționeze ca un comutator, numit și „modul de saturație și tăiere”, unde „saturația” este atunci când tranzistorul este complet deschis și conduce curent, iar „tăierea” este atunci când este inchis si nu conduc curent .

Notă: Când spunem , nu spunem că curentul colectorului trebuie să fie egal cu . Aceasta înseamnă pur și simplu că curentul de colector al tranzistorului poate crește la acest nivel. Curentul va urma legile lui Ohm, la fel ca orice curent electric.

Calculul sarcinii

Când am considerat că tranzistorul se află în modul de saturație, am presupus că unii dintre parametrii săi nu s-au modificat. Acest lucru nu este în întregime adevărat. De fapt, acești parametri au fost modificați în principal prin creșterea curentului de colector și, prin urmare, este mai sigur pentru suprasarcină. Documentația indică o modificare a parametrilor tranzistorului în timpul supraîncărcării. De exemplu, tabelul din Figura 2.B arată doi parametri care se modifică semnificativ:

H FE (β) variază în funcție de curentul și tensiunea colectorului V CEsat. Dar V CEsat în sine se modifică în funcție de colector și curent de bază, așa cum se arată în tabelul de mai jos.

Calculul poate fi foarte complex, deoarece toți parametrii sunt strâns și complex interrelaționați, deci este mai bine să luați cele mai proaste valori. Acestea. cel mai mic H FE, cel mai mare V CEsat și V CEsat.

Aplicație tipică a unui comutator tranzistor

În electronica modernă, un comutator tranzistor este utilizat pentru a controla releele electromagnetice, care consumă până la 200 mA. Dacă doriți să controlați un releu cu un cip logic sau un microcontroler, atunci un tranzistor este indispensabil. În Figura 3.A, rezistența rezistenței de bază este calculată în funcție de curentul necesar releului. Dioda D1 protejează tranzistorul de impulsurile pe care le generează bobina atunci când este oprită.

2. Conectarea unui tranzistor cu colector deschis:

Multe dispozitive, cum ar fi familia 8051 de microcontrolere, au porturi open-collector. Rezistența rezistenței de bază a tranzistorului extern este calculată așa cum este descris în acest articol. Rețineți că porturile pot fi mai complexe și folosesc adesea FET-uri în loc de cele bipolare și sunt numite ieșiri open-drain, dar totul rămâne exact la fel ca în Figura 3.B

3. Crearea unui element logic OR-NOT (NOR):

Uneori trebuie să utilizați o singură poartă într-un circuit și nu doriți să utilizați un cip cu 4 porți cu 14 pini, fie din cauza costului, fie din cauza spațiului pe placă. Poate fi înlocuit cu o pereche de tranzistori. Rețineți că caracteristicile de frecvență ale unor astfel de elemente depind de caracteristicile și tipul tranzistorilor, dar sunt de obicei sub 100 kHz. Reducerea rezistenței de ieșire (Ro) va crește consumul de energie, dar va crește curentul de ieșire.
Trebuie să găsiți un compromis între acești parametri.

Figura de mai sus prezintă o poartă NOR construită folosind 2 tranzistoare 2N2222. Acest lucru se poate face cu tranzistoare PNP 2N2907, cu mici modificări. Trebuie doar să luați în considerare că toți curenții electrici curg apoi în direcția opusă.

Găsirea erorilor în circuitele tranzistoarelor

Când apare o problemă în circuitele care conțin mulți tranzistori, poate fi destul de dificil să știi care dintre ele este proastă, mai ales când sunt toate lipite. Vă dau câteva sfaturi care vă vor ajuta să găsiți rapid problema într-o astfel de schemă:

1. Temperatura: Dacă tranzistorul devine foarte fierbinte, probabil că există o problemă pe undeva. Nu este necesar ca problema să fie un tranzistor fierbinte. De obicei, tranzistorul defect nici nu se încălzește. Această creștere a temperaturii poate fi cauzată de un alt tranzistor conectat la acesta.

2. Măsurarea V CE a tranzistorilor: Dacă toate sunt de același tip și funcționează, atunci ar trebui să aibă aproximativ același VCE. Găsirea tranzistoarelor care au V CE diferită este o modalitate rapidă de a detecta tranzistoarele defecte.

3. Măsurarea tensiunii pe rezistorul de bază: Tensiunea pe rezistorul de bază este destul de importantă (dacă tranzistorul este pornit). Pentru un driver de tranzistor NPN de 5V, căderea de tensiune pe rezistor ar trebui să fie mai mare de 3V. Dacă nu există nicio cădere de tensiune pe rezistor, atunci fie tranzistorul, fie dispozitivul de control al tranzistorului este defect. În ambele cazuri, curentul de bază este 0.

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.
• Tip de dispozitiv: 3 straturi de semiconductor cu ordinea secvenţială a tipului de conducţie.

Proiectare și exploatare

Straturile de tranzistori, atât interne cât și externe, 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. În timpul funcționării active, când semiconductorul este deschis, emițătorul este polarizat în direcția înainte. Pentru a înțelege pe deplin acest design, trebuie să conectați tensiunea de alimentare conform diagramei prezentate.

În acest caz, limita 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 minus al bateriei este conectat la emițător, tranziția de tip deschis permite electronilor să treacă la bază, unde se recombină cu găurile, care sunt purtătorii principali. 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 o 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 din oțel: container 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 sa 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 de 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 semnale de diferite tipuri în 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. Dacă este ales corect, valoarea tensiunii la ieșire va fi mult mai mare decât la 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 tranzistorilor în diferite circuite, care determină capacitățile lor de operare. Principalele circuite utilizate sunt circuitele de amplificare și de comutare.

Denumirea tranzistorului dispozitivului semiconductor este format din două cuvinte: transfer - transfer+ rezista - rezistenta. Pentru că poate fi într-adevăr reprezentată sub forma unei rezistențe, care va fi reglată de tensiunea unui electrod. Un tranzistor este uneori numit și triodă semiconductoare.

Primul tranzistor bipolar a fost creat în 1947, iar în 1956, trei oameni de știință au primit Premiul Nobel pentru fizică pentru invenția sa.

Un tranzistor bipolar este un dispozitiv semiconductor care constă din trei semiconductori cu tipuri alternative de conductivitate a impurităților. Un electrod este conectat și scos la fiecare strat. Un tranzistor bipolar folosește simultan sarcini ai căror purtători sunt electroni ( n - „negativ”) și găuri (p – „pozitiv "), adică purtători de două tipuri, de unde formarea prefixului numelui „bi” - doi.

Tranzistoarele diferă în ceea ce privește tipul de alternanță a stratului:

P n p -tranzistor (conductie directa);

Npn- tranzistor (conducție inversă).

Baza (B) este un electrod care este conectat la stratul central al tranzistorului bipolar. Electrozii din straturile exterioare se numesc emițător (E) și colector (K).

Figura 1 – Proiectarea tranzistorului bipolar

Diagramele indică „ VT „, în documentația veche în limba rusă puteți găsi denumirile „T”, „PP” și „PT”. Tranzistoarele bipolare sunt reprezentate pe circuitele electrice, în funcție de alternanța conductivității semiconductoarelor, după cum urmează:

Figura 2 – Desemnarea tranzistoarelor bipolare

În figura 1 de mai sus, diferența dintre colector și emițător nu este vizibilă. Dacă vă uitați la o reprezentare simplificată în secțiune transversală a unui tranzistor, puteți vedea că zona p-n Tranziția colectorului este mai mare decât cea a emițătorului.

Figura 3 – Secțiunea transversală a tranzistorului

Baza este realizată dintr-un semiconductor cu conductivitate slabă, adică rezistența materialului este mare. O condiție prealabilă este un strat de bază subțire pentru ca efectul tranzistorului să apară. Din zona de contact p-n Deoarece joncțiunile colectorului și emițătorului sunt diferite, polaritatea conexiunii nu poate fi schimbată. Această caracteristică clasifică tranzistorul ca un dispozitiv asimetric.

Un tranzistor bipolar are două caracteristici curent-tensiune (caracteristici volt-ampere): intrare și ieșire.

Caracteristica curent-tensiune de intrare este dependența curentului de bază ( eu B ) de la tensiunea bază-emițător ( U FI).

Figura 4 – Caracteristica curent-tensiune de intrare a unui tranzistor bipolar

Caracteristica curent-tensiune de ieșire este dependența de curentul colectorului ( eu K ) de la tensiunea colector-emițător ( U KE).

Figura 5 – Caracteristica curent-tensiune de ieșire a tranzistorului

Să ne uităm la principiul de funcționare al unui tranzistor bipolar. tip npn, pentru pnp în mod similar, numai că nu electronii sunt considerați, ci găurile.Tranzistorul are două joncțiuni p-n. În modul de funcționare activ, unul dintre ele este conectat cu polarizare directă, iar celălalt cu polarizare inversă. Când joncțiunea EB este deschisă, electronii de la emițător se deplasează cu ușurință la bază (are loc recombinarea). Dar, așa cum am menționat mai devreme, stratul de bază este subțire și conductivitatea sa este scăzută, astfel încât unii electroni au timp să se deplaseze la joncțiunea bază-colector. Câmpul electric ajută la depășirea (întărirea) barierei de tranziție a stratului, deoarece electronii sunt purtători minoritari aici. Pe măsură ce curentul de bază crește, joncțiunea emițător-bază se va deschide din ce în ce mai mulți electroni vor putea curge de la emițător la colector. Curentul colectorului este proporțional cu curentul de bază și cu o mică modificare a acestuia din urmă (control), curentul colectorului se modifică semnificativ. Acesta este modul în care are loc amplificarea semnalului într-un tranzistor bipolar.

Figura 6 – Modul activ de funcționare a tranzistorului

Privind poza, poți explica principiul de funcționare al unui tranzistor putin mai simplu. Imaginează-ți că KE este o conductă de apă, iar B este un robinet cu ajutorul căruia poți controla debitul de apă. Adică, cu cât aplicați mai mult curent la bază, cu atât veți obține mai mult la ieșire.

Valoarea curentului de colector este aproape egală cu curentul emițătorului, excluzând pierderile de recombinare în bază, care formează curentul de bază, deci formula este valabilă:

I E = I B + I K.

Parametrii de bază ai tranzistorului:

Câștigul de curent este raportul dintre valoarea efectivă a curentului de colector și curentul de bază.

Rezistența de intrare - urmând legea lui Ohm, va fi egală cu raportul de tensiune emițător-bază U EB pentru a controla curentul I B .

Câștig de tensiune – parametrul este determinat de raportul tensiunii de ieșire U EC pentru a introduce U BE.

Răspunsul în frecvență descrie capacitatea unui tranzistor de a funcționa până la o anumită frecvență limită a semnalului de intrare. După depășirea frecvenței maxime, procesele fizice din tranzistor nu vor avea timp să apară, iar abilitățile sale de amplificare se vor reduce la nimic.

Circuite de comutare pentru tranzistoare bipolare

Pentru a conecta tranzistorul, avem la dispoziție doar cele trei terminale ale sale (electrozi). Prin urmare, pentru funcționarea sa normală, sunt necesare două surse de alimentare. Un electrod al tranzistorului se va conecta la două surse simultan. În consecință, există 3 scheme de conectare pentru un tranzistor bipolar: OE - cu un emițător comun, OB - o bază comună, OK - un colector comun. Fiecare are atât avantaje, cât și dezavantaje în funcție de aplicație și de caracteristicile necesare, alegerea conexiunii se face.

Circuitul de conectare cu un emițător comun (CE) este caracterizat de cea mai mare amplificare a curentului și tensiunii și, în consecință, a puterii. Cu această conexiune, tensiunea alternativă de ieșire este deplasată cu 180 de grade electrice față de intrare. Principalul dezavantaj este răspunsul la frecvență joasă, adică valoarea scăzută a frecvenței de tăiere, care nu face posibilă utilizarea acestuia cu un semnal de intrare de înaltă frecvență.

(OB) oferă un răspuns în frecvență excelent. Dar nu oferă un câștig de tensiune a semnalului atât de mare ca în cazul OE. Dar amplificarea curentului nu are loc deloc, așa că acest circuit este adesea numit adept de curent, deoarece are proprietatea de stabilizare a curentului.

Circuitul cu un colector comun (CC) are aproape același câștig de curent ca și cu OE, dar câștigul de tensiune este aproape egal cu 1 (puțin mai mic). Decalajul de tensiune nu este tipic pentru această diagramă de conectare. De asemenea, îl numesc un adept emițător, deoarece tensiunea de ieșire ( U EB ) corespund tensiunii de intrare.

Aplicarea tranzistorilor:

Circuite amplificatoare;

Generatoare de semnal;

Chei electronice.

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 diferite tipuri de conductivitate electrică. O regiune extremă se numește emițător (E), cealaltă - colector (K), mijlocul - baza (B). Cablurile metalice sunt lipite de fiecare zonă pentru a conecta tranzistorul la circuitul electric.
Conductivitatea electrică a emițătorului și colectorului este opusă conductivității electrice a bazei. În funcție de ordinea de alternanță a regiunilor p și n, se disting tranzistoarele cu structuri p-n-p și n-p-n. Simbolurile grafice convenționale pentru tranzistoarele p-n-p și n-p-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.
Joncțiunea electron-gaură formată de emițător și bază se numește emițător, iar colectorul și bază se numește 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 circuitele de comutare (comutarea surselor de alimentare, treptele de ieșire cu 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 p-n emițător și colector 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 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 surse externe U EBȘi 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 U EB injectează găuri 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 (difuzează) 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 Kp nu poate fi mai mare decât curentul emițătorului, deoarece unele dintre găuri se recombină în bază. De aceea eu Kp = 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 KBO, 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
eu La = h 21B eu uh +I BWC
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, - ieșire. 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”.

K I– câștig de curent

KU– câștig de tensiune

KP– câștig de putere

Pagina anterioară – Pagina următoare