BIPOLARNI TRAZISTORI

Bipolarni tranzistor je poluvodički uređaj koji se sastoji od tri regije s naizmjeničnim tipovima električne provodljivosti i dizajniran za pojačavanje signala.

Bipolarni tranzistori su poluvodički uređaji univerzalne namjene i naširoko se koriste u raznim pojačavačima, generatorima, impulsnim i sklopnim uređajima.

Bipolarni tranzistori može se klasifikovati po materijalu: germanijum i silicijum;po vrsti provodljivosti: p-tipn-r i n- str- n; u smislu snage: niska (Pswing< 0,3W), prosječno (R swing= 1,5W) i velike (strswing> 1.5W); po frekvenciji: niske frekvencije, srednje frekvencije, visoke frekvencije i mikrovalne.

U takvim tranzistorima struja je određena kretanjem dvaju nosača naboja: elektrona i rupa. Odatle dolazi njihovo ime: bipolarni.

Bipolarni tranzistorje ploča od germanija ili silicijuma u kojoj su stvorena tri područja različite električne provodljivosti. Za tip tranzistoran-R- nsrednji region ima provodljivost rupa, a najudaljeniji regioni imaju elektronsku provodljivost.

Tranzistori tipa p-n-p imaju srednju oblast sa elektronskom provodljivošću, a ekstremne sa provodljivošću rupa.

Srednji dio tranzistora naziva se baza, jedan ekstremni dio je emiter, a drugi kolektor. Dakle, tranzistor ima dva R- n- prelaz: emiter - između emitera i baze i kolektor - između baze i kolektora.

Emiter je područje tranzistora za ubrizgavanje nosača naboja u bazu. Kolektor - prostor čija je svrha izvlačenje nosača naboja iz baze. Baza je regija u koju emiter ubrizgava nosioce naboja koji nisu većina za ovu regiju.

Koncentracija većinskih nosilaca naboja u emiteru je višestruko veća od koncentracije većinskih nosilaca nabojanaboj u bazi, au kolektoru je nešto manji od koncentracije u emiteru. Stoga je provodljivost emitera mnogo veća od provodljivosti baze, a provodljivost kolektora je manja od provodljivosti emitera.

U zavisnosti od toga koji od terminala je zajednički za ulazna i izlazna kola, postoje tri kola za povezivanje tranzistora: sa zajedničkom bazom (CB), zajedničkim emiterom (CE) i zajedničkim kolektorom (CC).

Ulazno ili upravljačko kolo služi za kontrolu rada tranzistora. U izlaznom ili kontrolisanom kolu dobijaju se pojačane oscilacije. Izvor pojačanih oscilacija je uključen u ulazno kolo, a opterećenje se uključuje na izlazu.

Princip rada tranzistora na primjeru tranzistora p-n-p – tip uključen u kolo sa zajedničkom bazom (CB).

Vanjski naponi dva izvora napajanja EE i ETospojen na tranzistor na takav način da je emiterski spoj P1 pristrasan u smjeru naprijed, a kolektorski spoj P2 u suprotnom smjeru.

Ako se obrnuti napon dovede na kolektorski spoj i emiterski krug je otvoren, mala obrnuta struja teče u kolektorskom koluIco. Nastaje pod utjecajem obrnutog napona i nastaje usmjerenim kretanjem manjinskih nosilaca naboja, baznih rupa i kolektorskih elektrona kroz kolektorski spoj. Obrnuta struja teče kroz kolo: +ETo, baza-kolektor, −ETo.

Kada je konstantni napon EE spojen na emitersko kolo u smjeru naprijed, potencijalna barijera emiterskog spoja se smanjuje. Počinje ubrizgavanje rupa u bazu.

Ispostavilo se da se vanjski napon koji se primjenjuje na tranzistor primjenjuje uglavnom na prijelaze P1 i P2, jer imaju visoku otpornost u odnosu na otpor baze, emitera i kolektora. Stoga se rupe ubrizgane u bazu kreću kroz nju kroz difuziju. U ovom slučaju, rupe se rekombinuju sa elektronima baze. Pošto je koncentracija nosača u bazi mnogo niža nego u emiteru, vrlo malo rupa se rekombinuje. Uz malu debljinu baze, gotovo sve rupe će doći do kolektorskog spoja P2. Umjesto rekombinovanih elektrona, elektroni iz izvora energije E ulaze u bazuTo. Rupe koje se rekombinuju sa elektronima u bazi stvaraju baznu strujuI B.

Pod uticajem obrnutog napona Eza,potencijalna barijera kolektorskog spoja se povećava, a debljina spoja P2 se povećava. Rupe koje ulaze u područje kolektorskog spoja padaju u polje ubrzanja koje na spoju stvara napon kolektora i uvlači ih kolektor stvarajući struju kolektoraITo. Struja kolektora teče kroz kolo: +ETo, baza-kolektor, -ETo.

Dakle, u b ipolar Postoje tri vrste struje koje teče u tranzistoru: emiter, kolektor i baza.

U žici, koja je osnovni terminal, struje emitera i kolektora su usmjerene u suprotnim smjerovima. Struja baze jednaka je razlici između struja emitera i kolektora:I B = I E − I TO.

Fizički procesi u tranzistorskom tipun-R- npostupati slično procesima u tranzistoru p-tipan-R.

Ukupna struja emiteraIE je određen brojem glavnih nosača naboja koje je ubrizgao emiter. Glavni dio ovih nosača naboja koji dospijeva do kolektora stvara kolektorsku strujuITo. Mali dio nosača naboja ubrizganih u bazu se rekombinuje u bazi, stvarajući baznu strujuIB. Prema tome, struja emitera će se podijeliti na baznu i kolektorsku, tj.I E = I B + ITo.

Izlazna struja tranzistora ovisi o ulaznoj struji. Prema tome, tranzistor je uređaj kojim se upravlja strujom.

Promjene u struji emitera uzrokovane promjenama napona emiterskog spoja se u potpunosti prenose na kolektorsko kolo, uzrokujući promjenu struje kolektora. I zato napon napajanja kolektora EToznatno više od emitera Euh, zatim snaga potrošena u kolektorskom kolu PTo, bit će znatno veća snaga u krugu emitera Puh. Tako je moguće kontrolisati veliku snagu u kolektorskom kolu tranzistora sa malom snagom koja se troši u krugu emitera, tj. dolazi do povećanja snage.

Preklopna kola za bipolarne tranzistore

Tranzistor je uključen u kolo tako da je jedan od njegovih terminala ulaz, drugi je izlaz, a treći je zajednički za ulazna i izlazna kola. U zavisnosti od toga koja je elektroda uobičajena, postoje tri kruga za povezivanje tranzistora: OB, OE i OK. Za tranzistorn-R- nu sklopovima se mijenjaju samo polaritet napona i smjer struja. Za bilo koje tranzistorsko sklopno kolo, polaritet izvora napajanja mora biti odabran tako da se emiterski spoj uključi u smjeru naprijed, a kolektorski spoj u obrnutom smjeru.

Statičke karakteristike bipolarnih tranzistora

Statički način rada tranzistora je način kada nema opterećenja u izlaznom kolu.

Statičke karakteristike tranzistora su grafički izražene zavisnosti napona i struje ulaznog kola (ulazne strujno-naponske karakteristike) i izlaznog kola (izlazne strujno-naponske karakteristike). Vrsta karakteristika ovisi o načinu uključivanja tranzistora.

Karakteristike tranzistora spojenog prema OB kolu

I E = f(U EB) kod U KB = konst(A).

I K = f(U KB) at I E = konst(b).

Statičke karakteristike bipolarnog tranzistora spojenog prema OB kolu.Izlazne strujno-naponske karakteristike imaju tri karakteristična područja: 1 – jaka zavisnostITo od UKB; 2 – slaba zavisnostITo od UKB; 3 – kvar kolektorskog spoja.Karakteristika karakteristika u regionu 2 je njihovo blago povećanje sa povećanjem naponaU KB.

Karakteristike tranzistora spojenog prema OE krugu:

Ulazna karakteristika je zavisnost:

I B = f(U BE) u U CE = konst(b).

Izlazna karakteristika je zavisnost:

I K = f(U CE) at I B = konst(A).

Način rada bipolarnog tranzistora

Tranzistor može raditi u tri načina rada ovisno o naponu na njegovim spojevima. Pri radu u aktivnom režimu napon na emiterskom spoju je direktan, a na kolektorskom spoju obrnut.

Režim prekida ili blokiranja postiže se primjenom obrnutog napona na oba spoja (oba p-n- prelazi su zatvoreni).

Ako je na oba spoja napon direktan (oba p-n- prijelazi su otvoreni), tada tranzistor radi u načinu zasićenja.U režimu prekida i režimu zasićenja, gotovo da nema kontrole nad tranzistorom. U aktivnom načinu rada takva se kontrola provodi najefikasnije, a tranzistor može obavljati funkcije aktivnog elementa električnog kruga - pojačanje, generiranje.

bipolarni tranzistorski pojačavač stepena

Najrasprostranjenije kolo je tranzistorsko sklopno kolo sa zajedničkim emiterom.Glavni elementi kola su napajanje ETo, upravljani element - tranzistorVT i otpornik RTo. Ovi elementi čine izlazno kolo pojačivača stepena, u kojem se zbog protoka kontrolirane struje na izlazu kola stvara pojačani naizmjenični napon.Ostali elementi kola igraju pomoćnu ulogu. Kondenzator CRje odvojena. U nedostatku ovog kondenzatora u krugu izvora ulaznog signala, jednosmjerna struja bi se stvorila iz izvora napajanja ETo.

Otpornik RB, uključen u osnovno kolo, osigurava rad tranzistora u nedostatku ulaznog signala. Režim mirovanja je obezbeđen baznom strujom mirovanjaI B = E To/ R B. Korištenje otpornikaRTostvara se izlazni napon.RToobavlja funkciju stvaranja promjenjivog napona u izlaznom kolu zbog protoka struje kontroliranog kroz osnovno kolo.

Za kolektorsko kolo stepena pojačala možemo napisati sljedeću jednačinu električnog stanja:

E To= Uke+ IToRTo,

zbir pada napona na otpornikuRk i napon kolektor-emiterUketranzistor je uvijek jednak konstantnoj vrijednosti - emf izvora napajanja ETo.

Proces pojačanja se zasniva na konverziji energije konstantnog naponskog izvora ETou energiju AC napon u izlaznom kolu promjenom otpora kontroliranog elementa (tranzistora) prema zakonu određenom ulaznim signalom.

Pozdrav dragi prijatelji! Danas ćemo govoriti o bipolarnim tranzistorima i informacije će biti korisne prvenstveno početnicima. Dakle, ako vas zanima šta je tranzistor, njegov princip rada i općenito čemu služi, uzmite udobniju stolicu i priđite bliže.

Nastavimo, a ovdje imamo sadržaj, bit će zgodnije kretati se po članku

Vrste tranzistora

Tranzistori su uglavnom dva tipa: bipolarni tranzistori i tranzistori sa efektom polja. Naravno, bilo je moguće razmotriti sve vrste tranzistora u jednom članku, ali ne želim kuhati kašu u vašoj glavi. Stoga ćemo se u ovom članku baviti isključivo bipolarnim tranzistorima, a o tranzistorima s efektom polja ću govoriti u jednom od sljedećih članaka. Nemojmo sve skupljati, nego obratimo pažnju na svakog pojedinačno.

Bipolarni tranzistor

Bipolarni tranzistor je potomak cijevnih trioda, onih koje su bile u televizorima 20. stoljeća. Triode su otišle u zaborav i ustupile mjesto funkcionalnijoj braći - tranzistorima, odnosno bipolarnim tranzistorima.

Uz rijetke izuzetke, triode se koriste u opremi za ljubitelje muzike.

Bipolarni tranzistori mogu izgledati ovako.

Kao što vidite, bipolarni tranzistori imaju tri terminala i strukturno mogu izgledati potpuno drugačije. Ali dalje električni dijagrami izgledaju jednostavno i uvijek isto. I sav ovaj grafički sjaj izgleda otprilike ovako.

Ova slika tranzistora se naziva i UGO (Konvencionalni grafički simbol).

Štaviše, bipolarni tranzistori mogu imati različite vrste provodljivosti. Postoje tranzistori tipa NPN i PNP tipa.

Razlika između n-p-n tranzistora i p-n-p tranzistora je samo u tome što je "nosač" električnog naboja (elektrona ili "rupa"). One. Za pnp tranzistor, elektroni se kreću od emitera do kolektora i pokreću ih baza. Za n-p-n tranzistor, elektroni idu od kolektora do emitera i kontrolira ih baza. Kao rezultat toga, dolazimo do zaključka da je za zamjenu tranzistora jedne vrste vodljivosti drugim u krugu dovoljno promijeniti polaritet primijenjenog napona. Ili glupo promijenite polaritet izvora napajanja.

Bipolarni tranzistori imaju tri terminala: kolektor, emiter i bazu. Mislim da će se biti teško zbuniti sa UGO-om, ali u pravom tranzistoru je lakše nego ikad.

Obično je ono što se određuje iz referentne knjige, ali možete jednostavno. Terminali tranzistora zvuče kao dvije diode spojene u zajedničkoj točki (u području baze tranzistora).

Na lijevoj strani je slika za tranzistor tipa p-n-p; prilikom testiranja imate osjećaj (preko očitavanja multimetra) da su ispred vas dvije diode koje su u jednoj tački povezane svojim katodama. Za tranzistor n-p-n tip Diode u baznoj tački povezane su svojim anodama. Mislim da će nakon eksperimentiranja s multimetrom biti jasnije.

Princip rada bipolarnog tranzistora

Sada ćemo pokušati shvatiti kako radi tranzistor. Neću ulaziti u detalje unutrašnje strukture tranzistora jer će ove informacije samo zbuniti. Bolje pogledajte ovaj crtež.

Ova slika najbolje objašnjava princip rada tranzistora. Na ovoj slici, osoba kontrolira struju kolektora pomoću reostata. On gleda na osnovnu struju; ako se bazna struja povećava, tada osoba također povećava struju kolektora, uzimajući u obzir pojačanje tranzistora h21E. Ako bazna struja padne, tada će se smanjiti i struja kolektora - osoba će to ispraviti pomoću reostata.

Ova analogija nema nikakve veze sa stvarnim radom tranzistora, ali olakšava razumijevanje principa njegovog rada.

Za tranzistore se mogu zabilježiti pravila kako bi se stvari lakše razumile. (Ova pravila su preuzeta iz knjige).

1. Kolektor ima pozitivniji potencijal od emitera
2. Kao što sam već rekao, krugovi baza-kolektor i baza-emiter rade kao diode
3. Svaki tranzistor karakteriziraju granične vrijednosti kao što su struja kolektora, struja baze i napon kolektor-emiter.
4. Ako se poštuju pravila 1-3, tada je struja kolektora Ik direktno proporcionalna struji baze Ib. Ovaj odnos se može napisati kao formula.

Iz ove formule možemo izraziti glavno svojstvo tranzistora - mala bazna struja kontrolira veliku struju kolektora.

Trenutni dobitak.

Takođe se označava kao

Na osnovu navedenog, tranzistor može raditi u četiri načina:

1. Tranzistor cut-off mod— u ovom načinu rada spoj baza-emiter je zatvoren, to se može dogoditi kada je napon baza-emiter nedovoljan. Kao rezultat toga, nema bazne struje, pa stoga neće biti ni struje kolektora.
2. Tranzistor aktivan mod- ovo je normalan način rada tranzistora. U ovom načinu rada, napon baza-emiter je dovoljan da izazove otvaranje spoja baza-emiter. Struja baze je dovoljna i struja kolektora je također dostupna. Struja kolektora jednaka je baznoj struji pomnoženoj sa pojačanjem.
3. Način zasićenja tranzistora - Tranzistor prelazi u ovaj način rada kada struja baze postane tolika da snaga izvora napajanja jednostavno nije dovoljna za daljnje povećanje struje kolektora. U ovom načinu rada, struja kolektora se ne može povećati nakon povećanja struje baze.
4. Inverzni tranzistorski način rada— ovaj način rada se koristi izuzetno rijetko. U ovom načinu rada, kolektor i emiter tranzistora se zamjenjuju. Kao rezultat takvih manipulacija, pojačanje tranzistora uvelike pati. Tranzistor nije prvobitno dizajniran da radi u tako posebnom režimu.

Da biste razumjeli kako tranzistor radi, morate pogledati konkretne primjere kola, pa pogledajmo neke od njih.

Tranzistor u prekidačkom režimu

Tranzistor u prekidačkom režimu je jedan od slučajeva tranzistorskih kola sa zajedničkim emiterom. Tranzistorsko kolo u komutacijskom načinu se koristi vrlo često. Ovaj tranzistorski krug se koristi, na primjer, kada je potrebno kontrolirati snažno opterećenje pomoću mikrokontrolera. Noga kontrolera nije sposobna povući snažno opterećenje, ali tranzistor može. Ispostavilo se da kontroler kontrolira tranzistor, a tranzistor kontrolira snažno opterećenje. Pa, prvo prvo.

Glavna ideja ovog načina rada je da struja baze kontrolira struju kolektora. Štaviše, struja kolektora je mnogo veća od struje baze. Ovdje možete vidjeti golim okom da je trenutni signal pojačan. Ovo pojačanje se izvodi pomoću energije izvora energije.

Na slici je prikazan dijagram rada tranzistora u prekidačkom režimu.

Za tranzistorska kola naponi ne igraju veliku ulogu, bitne su samo struje. Stoga, ako je omjer struje kolektora i struje baze manji od pojačanja tranzistora, onda je sve u redu.

U ovom slučaju, čak i ako imamo napon od 5 volti primijenjen na bazu i 500 volti u krugu kolektora, onda se ništa loše neće dogoditi, tranzistor će poslušno prebaciti visokonaponsko opterećenje.

Glavna stvar je da ovi naponi ne prelaze granične vrijednosti za određeni tranzistor (postavljene u karakteristikama tranzistora).

Koliko znamo, trenutna vrijednost je karakteristika opterećenja.

Ne znamo otpor sijalice, ali znamo da je radna struja sijalice 100 mA. Da bi se tranzistor otvorio i dozvolio takvoj struji da teče, potrebno je odabrati odgovarajuću baznu struju. Struju baze možemo podesiti promjenom vrijednosti baznog otpornika.

Pošto je minimalna vrijednost pojačanja tranzistora 10, onda da bi se tranzistor otvorio, struja baze mora postati 10 mA.

Poznata je struja koja nam je potrebna. Napon na baznom otporniku će biti Ova vrijednost napona na otporniku je zbog činjenice da 0,6V-0,7V pada na spoju baza-emiter i to ne smijemo zaboraviti uzeti u obzir.

Kao rezultat toga, lako možemo pronaći otpor otpornika

Ostaje samo da odaberete određenu vrijednost od većeg broja otpornika i gotovo je.

Sada vjerovatno mislite da će tranzistorski prekidač raditi kako treba? Da kad se bazni otpornik spoji na +5 V sijalica svijetli, kad se ugasi sijalica se gasi? Odgovor može biti da, ali ne mora.

Stvar je u tome što ovdje postoji mala nijansa.

Sijalica će se ugasiti kada je potencijal otpornika jednak potencijalu zemlje. Ako se otpornik jednostavno odvoji od izvora napona, onda sve nije tako jednostavno. Napon na baznom otporniku može čudom nastati kao rezultat smetnji ili nekog drugog zlog duha sa drugog svijeta

Da biste spriječili ovaj efekat, učinite sljedeće. Drugi otpornik Rbe je povezan između baze i emitera. Ovaj otpornik je odabran s vrijednošću najmanje 10 puta većom od osnovnog otpornika Rb (u našem slučaju uzeli smo otpornik od 4,3 kOhm).

Kada je baza spojena na bilo koji napon, tranzistor radi kako treba, otpornik Rbe ga ne ometa. Ovaj otpornik troši samo mali dio struje baze.

U slučaju kada na bazu nije doveden napon, baza se povlači do potencijala zemlje, što nas spašava od svih vrsta smetnji.

Dakle, u principu smo shvatili rad tranzistora u ključnom modu, a kao što vidite, ključni način rada je svojevrsno naponsko pojačanje signala. Na kraju krajeva, kontrolirali smo napon od 12 V koristeći niski napon od 5 V.

Emitter follower

Emiterski sljedbenik je poseban slučaj tranzistorskih kola sa zajedničkim kolektorom.

Posebnost kola sa zajedničkim kolektorom od kola sa zajedničkim emiterom (opcija s tranzistorskim prekidačem) je da ovaj krug ne pojačava naponski signal. Ono što je ušlo kroz bazu izašlo je kroz emiter, sa istim naponom.

Zaista, recimo da smo primijenili 10 volti na bazu, dok znamo da na spoju baza-emiter pada negdje oko 0,6-0,7V. Ispada da će na izlazu (na emiteru, na opterećenju Rn) postojati osnovni napon od minus 0,6V.

Ispalo je 9,4V, jednom riječju, skoro onoliko koliko je ulazilo i izlazilo. Uvjerili smo se da nam ovaj krug neće povećati napon.

"Koja je onda svrha ovakvog uključivanja tranzistora?", pitate. Ali ispostavilo se da ova šema ima još jedno vrlo važno svojstvo. Krug za povezivanje tranzistora sa zajedničkim kolektorom pojačava signal u smislu snage. Snaga je proizvod struje i napona, ali pošto se napon ne mijenja, snaga se povećava samo zbog struje! Struja opterećenja je zbir struje baze plus struja kolektora. Ali ako uporedite struju baze i struju kolektora, struja baze je vrlo mala u poređenju sa strujom kolektora. Ispada da je struja opterećenja jednaka struji kolektora. A rezultat je ova formula.

Sada mislim da je jasno šta je suština emiterskog sljedbenog kola, ali to nije sve.

Emiterski sljedbenik ima još jednu vrlo vrijednu kvalitetu - visoku ulazna impedansa. To znači da ovaj tranzistorski krug ne troši gotovo nikakvu ulaznu struju i ne stvara opterećenje na krugu izvora signala.

Za razumijevanje principa rada tranzistora, ova dva tranzistorska kruga bit će sasvim dovoljna. A ako eksperimentišete sa lemilom u rukama, onda vas bogojavljenje jednostavno neće naterati da čekate, jer teorija je teorija, a praksa je lično iskustvo stotine puta vrednije!

Gdje mogu kupiti tranzistore?

Kao i sve ostale radio komponente, tranzistori se mogu kupiti u bilo kojoj obližnjoj radnji radio dijelova. Ako živite negdje na periferiji i niste čuli za takve trgovine (kao što sam ja prije), onda ostaje posljednja opcija - naručite tranzistore iz online trgovine. I sam često naručujem radio komponente preko internetskih trgovina, jer nešto jednostavno nije dostupno u običnoj offline trgovini.

Međutim, ako sastavljate uređaj isključivo za sebe, onda ne možete brinuti o tome, već ga izvući iz starog i, da tako kažem, udahnuti novi život staroj radio komponenti.

Pa prijatelji, to je sve za mene. Rekao sam ti sve što sam danas planirao. Ako imate pitanja, onda ih postavite u komentarima, ako nemate pitanja, onda napišite komentare svejedno, vaše mišljenje mi je uvijek važno. Inače, ne zaboravite da će svako ko prvi put ostavi komentar dobiti poklon.

Također, obavezno se pretplatite na nove članke, jer vas dalje očekuje puno zanimljivih i korisnih stvari.

Želim vam puno sreće, uspjeha i sunčanog raspoloženja!

Od n/a Vladimir Vasiliev

P.S. Prijatelji, obavezno se pretplatite na ažuriranja! Pretplatom ćete primati nove materijale direktno na svoju e-poštu! I usput, svi koji se prijave dobiće koristan poklon!

TEMA 4. BIPOLARNI TRANZISTORI

4.1 Dizajn i princip rada

Bipolarni tranzistor je poluvodički uređaj koji se sastoji od tri regije s naizmjeničnim tipovima električne provodljivosti i pogodan je za pojačanje snage.

Trenutno proizvedeni bipolarni tranzistori mogu se klasificirati prema sljedećim kriterijima:

Po materijalu: germanijum i silicijum;

Prema vrsti provodljivosti područja: p-n-p i n-p-n tipovi;

Po snazi: niska (Pmax £ 0,3W), srednja (Pmax £ 1,5W) i velike snage(Rmax > 1,5W);

Po frekvenciji: niske frekvencije, srednje frekvencije, visoke frekvencije i mikrovalne.

U bipolarnim tranzistorima struja je određena kretanjem nosilaca naboja dva tipa: elektrona i rupa (ili većinskih i manjinskih). Otuda i njihov naziv - bipolarni.

Trenutno samo tranzistori sa planarnim pn spoj mi.

Struktura planarnog bipolarnog tranzistora je shematski prikazana na Sl. 4.1.

To je ploča od germanija ili silicijuma u kojoj su stvorena tri područja različite električne provodljivosti. Za tip tranzistora n-r-n prosjek region ima rupu, a spoljni regioni imaju elektronsku provodljivost.

Tranzistori pnp tipa imaju srednju oblast sa elektronskom provodljivošću i spoljašnja područja sa elektroprovodljivošću rupa.

Srednji dio tranzistora naziva se baza, jedan ekstremni dio je emiter, a drugi kolektor. Dakle, tranzistor ima dva p-n spoja: emiter - između emitera i baze i kolektor - između baze i kolektora. Površina emiterskog spoja je manja od površine kolektorskog spoja.

Emiter je područje tranzistora čija je svrha da ubrizgava nosioce naboja u bazu. Kolektor je područje čija je svrha da izvuče nosioce naboja iz baze. Baza je regija u koju emiter ubrizgava nosioce naboja koji nisu većina za ovu regiju.

Koncentracija glavnih nosilaca naboja u emiteru je višestruko veća od koncentracije glavnih nosilaca naboja u bazi, a njihova koncentracija u kolektoru je nešto manja od koncentracije u emiteru. Stoga je provodljivost emitera nekoliko redova veličine veća od vodljivosti baze, a vodljivost kolektora nešto manja od provodljivosti emitera.

Zaključci se izvode iz baze, emitera i kolektora. U zavisnosti od toga koji od terminala je zajednički za ulazna i izlazna kola, postoje tri kola za povezivanje tranzistora: sa zajedničkom bazom (CB), zajedničkim emiterom (CE) i zajedničkim kolektorom (CC).

Ulazno ili upravljačko kolo služi za kontrolu rada tranzistora. U izlaznom ili kontrolisanom kolu dobijaju se pojačane oscilacije. Izvor pojačanih oscilacija uključen je u ulazni krug, a opterećenje je spojeno na izlazno kolo.

Razmotrimo princip rada tranzistora na primjeru tranzistora pnp tipa spojenog u kolo sa zajedničkom bazom (slika 4.2).

Slika 4.2 – Princip rada bipolarnog tranzistora (pnp tip)

Vanjski naponi dva izvora napajanja EE i Ek su povezani na tranzistor na način da je emiterski spoj P1 prednapon (napon naprijed), a kolektorski spoj P2 u obrnutom smjeru (obrnuti napon) .

Ako se na spoj kolektora dovede obrnuti napon i emiterski krug je otvoren, tada u krugu kolektora teče mala reverzna struja Iko (jedinice mikroampera). Ova struja nastaje pod uticajem obrnutog napona i stvara se usmerenim kretanjem manjinskih nosilaca naboja, baznih rupa i kolektorskih elektrona kroz kolektorski spoj. Obrnuta struja teče kroz kolo: +Ek, baza-kolektor, -Ek. Veličina reverzne kolektorske struje ne zavisi od napona kolektora, već zavisi od temperature poluprovodnika.

Kada je konstantni napon EE spojen na emitersko kolo u smjeru naprijed, potencijalna barijera emiterskog spoja se smanjuje. Počinje ubrizgavanje rupa u bazu.

Ispostavilo se da se vanjski napon koji se primjenjuje na tranzistor primjenjuje uglavnom na prijelaze P1 i P2, jer imaju visoku otpornost u odnosu na otpor baze, emitera i kolektora. Stoga se rupe ubrizgane u bazu kreću kroz nju kroz difuziju. U ovom slučaju, rupe se rekombinuju sa elektronima baze. Pošto je koncentracija nosača u bazi mnogo niža nego u emiteru, vrlo malo rupa se rekombinuje. Uz malu debljinu baze, gotovo sve rupe će doći do kolektorskog spoja P2. Umjesto rekombinovanih elektrona, elektroni iz izvora energije Ek ulaze u bazu. Rupe koje se rekombinuju sa elektronima u bazi stvaraju baznu struju IB.

Pod uticajem obrnutog napona Ek potencijalna barijera kolektorskog spoja se povećava, a debljina spoja P2 se povećava. Ali potencijalna barijera kolektorskog spoja ne sprječava da rupe prolaze kroz njega. Rupe koje ulaze u područje kolektorskog spoja padaju u jako ubrzavajuće polje koje na spoju stvara napon kolektora, te se izvlači (uvlači) kolektorom, stvarajući kolektorsku struju Ik. Struja kolektora teče kroz kolo: +Ek, baza-kolektor, -Ek.

Dakle, u tranzistoru teku tri struje: emiterska, kolektorska i bazna struja.

U žici, koja je osnovni terminal, struje emitera i kolektora su usmjerene u suprotnim smjerovima. Dakle, bazna struja je jednaka razlici između struja emitera i kolektora: IB = IE - IK.

Fizički procesi u tranzistoru n-p-n tip postupati slično procesima u pnp tranzistoru.

Ukupna struja emitera IE određena je brojem glavnih nosilaca naboja koje emiter ubrizgava. Glavni dio ovih nosača naboja koji dospijeva do kolektora stvara kolektorsku struju Ik. Mali dio nosača naboja ubrizganih u bazu se rekombinuje u bazi, stvarajući baznu struju IB. Shodno tome, struja emitera će se podijeliti na baznu i kolektorsku, tj. IE = IB + Ik.

Struja emitera je ulazna struja, struja kolektora je izlazna struja. Izlazna struja je dio ulazne struje, tj.

(4.1)

gdje je a koeficijent prijenosa struje za OB kolo;

Kako je izlazna struja manja od ulazne struje, koeficijent a<1. Он показывает, какая часть инжектированных в базу носителей заряда достигает коллектора. Обычно величина a составляет 0,95¸0,995.

U kolu zajedničkog emitera, izlazna struja je struja kolektora, a ulazna struja je struja baze. Strujni dobitak za OE kolo:

(4.2) (4.3)

Posljedično, strujni dobitak za OE kolo je desetine jedinica.

Izlazna struja tranzistora ovisi o ulaznoj struji. Prema tome, tranzistor je uređaj kojim se upravlja strujom.

Promjene u struji emitera uzrokovane promjenama napona emiterskog spoja se u potpunosti prenose na kolektorsko kolo, uzrokujući promjenu struje kolektora. I zato Napon kolektorskog izvora napajanja Ek je znatno veći od emitera Ee, tada će snaga potrošena u kolektorskom kolu Pk biti znatno veća od snage u kolu emitera Re. Tako je moguće kontrolisati veliku snagu u kolektorskom kolu tranzistora sa malom snagom koja se troši u krugu emitera, tj. dolazi do povećanja snage.

4.2 Krugovi za povezivanje bipolarnih tranzistora

Tranzistor je spojen na električni krug na način da je jedan od njegovih terminala (elektroda) ulaz, drugi je izlaz, a treći je zajednički za ulazna i izlazna kola. Ovisno o tome koja je elektroda uobičajena, postoje tri sklopna kruga tranzistora: OB, OE i OK. Ova kola za pnp tranzistor su prikazana na Sl. 4.3. Za n-p-n tranzistor u sklopnim krugovima mijenja se samo polaritet napona i smjer struja. Za bilo koje tranzistorsko sklopno kolo (u aktivnom načinu rada), polaritet izvora napajanja mora biti odabran tako da emiterski spoj bude uključen u smjeru naprijed, a kolektorski spoj u obrnutom smjeru.

Slika 4.3 – Priključna kola za bipolarne tranzistore: a) OB; b) OE; c) OK

4.3 Statičke karakteristike bipolarnih tranzistora

Statički način rada tranzistora je način kada nema opterećenja u izlaznom kolu.

Statičke karakteristike tranzistora su grafički izražene zavisnosti napona i struje ulaznog kola (ulazne strujno-naponske karakteristike) i izlaznog kola (izlazne strujno-naponske karakteristike). Vrsta karakteristika ovisi o načinu uključivanja tranzistora.

4.3.1 Karakteristike tranzistora spojenog prema OB kolu

IE = f(UEB) sa UKB = const (slika 4.4, a).

IK = f(UKB) sa IE = const (slika 4.4, b).

Slika 4.4 – Statičke karakteristike bipolarnog tranzistora spojenog prema OB kolu

Izlazne strujno-naponske karakteristike imaju tri karakteristična područja: 1 – jaka zavisnost Ik od UKB (nelinearna početna oblast); 2 – slaba zavisnost Ik od UKB (linearna oblast); 3 – kvar kolektorskog spoja.

Karakteristika karakteristika u regionu 2 je njihovo blago povećanje sa povećanjem napona UKB.

4.3.2 Karakteristike tranzistora spojenog prema OE krugu:

Ulazna karakteristika je zavisnost:

IB = f(UBE) sa UKE = const (slika 4.5, b).

Izlazna karakteristika je zavisnost:

IK = f(UKE) sa IB = const (slika 4.5, a).

Slika 4.5 – Statičke karakteristike bipolarnog tranzistora spojenog prema OE kolu

Tranzistor u OE kolu osigurava strujno pojačanje. Strujni dobitak u OE kolu:

Ako je koeficijent a za tranzistore a = 0,9¸0,99, tada je koeficijent b = 9¸99. Ovo je najvažnija prednost komutacije tranzistora prema OE kolu, što posebno određuje širu praktičnu primjenu ovog sklopnog kola u odnosu na OB kolo.

Iz principa rada tranzistora poznato je da dvije strujne komponente teku kroz bazni terminal u suprotnom smjeru (slika 4.6): reverzna struja kolektorskog spoja IKO i dio struje emitera (1 - a) IE. S tim u vezi, nulta vrijednost struje baze (IB = 0) određena je jednakošću navedenih komponenti struje, tj. (1 − a)IE = IKO. Nulta ulazna struja odgovara struji emitera IE=IKO/(1−a)=(1+b)IKO i struji kolektora

. Drugim riječima, pri nultoj baznoj struji (IB = 0), struja teče kroz tranzistor u OE kolu, nazvana početna ili prolazna struja IKO(E) i jednaka (1+ b) IKO.

Slika 4.6 – Priključni krug za tranzistor sa zajedničkim emiterom (OE kolo)

4.4 Osnovni parametri

Za analizu i proračun kola sa bipolarnim tranzistorima koriste se takozvani h - parametri tranzistora spojenog prema OE kolu.

Električno stanje tranzistora povezanog prema OE krugu karakteriziraju vrijednosti IB, IBE, IK, UKE.

Sistem h − parametara uključuje sljedeće veličine:

1. Ulazna impedansa

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

predstavlja otpor tranzistora na izmjeničnu ulaznu struju pri kojoj dolazi do kratkog spoja na izlazu, tj. u nedostatku AC izlaznog napona.

2. Koeficijent povratne veze napona:

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

pokazuje koliki se udio ulaznog AC napona prenosi na ulaz tranzistora zbog povratne sprege u njemu.

3. Koeficijent trenutne sile (koeficijent prijenosa struje):

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

prikazuje pojačanje naizmjenične struje od strane tranzistora u načinu rada bez opterećenja.

4. Izlazna provodljivost:

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

predstavlja provodljivost za naizmjeničnu struju između izlaznih terminala tranzistora.

Izlazni otpor Rout = 1/h22.

Za kolo zajedničkog emitera važe sljedeće jednadžbe:

(4.8)

Da bi se spriječilo pregrijavanje kolektorskog spoja, potrebno je da snaga koja se u njemu oslobađa tokom prolaska kolektorske struje ne prelazi određenu maksimalnu vrijednost:

(4.9)

Osim toga, postoje ograničenja na napon kolektora:

i struja kolektora:

4.5 Načini rada bipolarnih tranzistora

Tranzistor može raditi u tri načina rada ovisno o naponu na njegovim spojevima. Pri radu u aktivnom režimu napon na emiterskom spoju je direktan, a na kolektorskom spoju obrnut.

Režim prekida ili blokiranja postiže se primjenom obrnutih napona na oba spoja (oba p-n spoja su zatvorena).

Ako je napon na oba spoja direktan (oba p-n spoja su otvorena), tada tranzistor radi u načinu zasićenja.

U režimu prekida i režimu zasićenja, gotovo da nema kontrole nad tranzistorom. U aktivnom načinu rada takva se kontrola provodi najefikasnije, a tranzistor može obavljati funkcije aktivnog elementa električnog kruga (pojačavanje, generiranje, itd.).

4.6 Područje primjene

Bipolarni tranzistori su poluvodički uređaji univerzalne namjene i naširoko se koriste u raznim pojačavačima, generatorima, impulsnim i sklopnim uređajima.

4.7 Najjednostavniji stepen pojačala koji koristi bipolarni tranzistor

Najrasprostranjenije kolo je za uključivanje tranzistora pomoću kola sa zajedničkim emiterom (slika 4.7)

Glavni elementi kola su napajanje Ek, upravljani element - tranzistor VT i otpornik Rk. Ovi elementi čine glavni (izlazni) krug pojačivača, u kojem se zbog protoka kontrolirane struje na izlazu kola stvara pojačani naizmjenični napon.

Preostali elementi igraju pomoćnu ulogu. Kondenzator Cp je razdjelni kondenzator. U nedostatku ovog kondenzatora u krugu izvora ulaznog signala, jednosmjerna struja bi se stvorila iz izvora energije Ek.

Slika 4.7 – Dijagram najjednostavnijeg pojačavačkog stepena na bipolarnom tranzistoru prema kolu zajedničkog emitera

Otpornik RB, spojen na osnovno kolo, osigurava rad tranzistora u mirovanju, tj. u nedostatku ulaznog signala. Mirni način rada je osiguran baznom strujom u mirovanju IB » Ek/RB.

Uz pomoć otpornika Rk stvara se izlazni napon, tj. Rk obavlja funkciju stvaranja promjenjivog napona u izlaznom kolu zbog protoka struje u njemu, kontroliranog kroz osnovno kolo.

Za kolektorsko kolo stepena pojačala možemo napisati sljedeću jednačinu električnog stanja:

Ek = Uke + IkRk, (4.10)

odnosno zbir pada napona na otporniku Rk i napona kolektor-emiter Uke tranzistora uvijek je jednak konstantnoj vrijednosti - emf izvora napajanja Ek.

Proces pojačanja zasniva se na pretvaranju energije izvora konstantnog napona Ek u energiju naizmjeničnog napona u izlaznom kolu promjenom otpora upravljanog elementa (tranzistora) prema zakonu određenom ulaznim signalom.

Kada se naizmenični napon uin primeni na ulaz stepena pojačala, komponenta naizmenične struje IB~ se stvara u osnovnom kolu tranzistora, što znači da će se bazna struja promeniti. Promjena struje baze dovodi do promjene vrijednosti struje kolektora (IK = bIB), a samim tim i do promjene vrijednosti napona na otporu Rk i Uke. Mogućnosti pojačanja su posljedica činjenice da je promjena vrijednosti struje kolektora b puta veća od osnovne struje.

4.8 Proračun električnih kola sa bipolarnim tranzistorima

Za kolektorsko kolo stepena pojačala (slika 4.7), u skladu sa drugim Kirchhoffovim zakonom, vrijedi jednačina (4.10).

Volt-amperska karakteristika kolektorskog otpornika RK je linearna, a volt-amperska karakteristika tranzistora su nelinearne karakteristike kolektora tranzistora (slika 4.5, a) spojenog prema OE kolu.

Proračun takvog nelinearnog kola, odnosno određivanje IK, URK i UKE za različite vrijednosti baznih struja IB i otpora otpornika RK, može se provesti grafički. Da biste to učinili, na porodici karakteristika kolektora (slika 4.5, a) potrebno je iz tačke EK na osi apscise povući volt-amper karakteristiku otpornika RK, zadovoljavajući jednačinu:

Uke = Ek − RkIk. (4.11)

Ova karakteristika je izgrađena u dvije tačke:

Uke = Ek sa Ik = 0 na apscisi i Ik = Ek/Rk sa Uke = 0 na ordinati. Ovako konstruisana I-V karakteristika kolektorskog otpornika Rk naziva se linija opterećenja. Tačke u kojima se siječe sa karakteristikama kolektora daju grafičko rješenje jednačine (4.11) za dati otpor Rk i različite vrijednosti bazne struje IB. Iz ovih tačaka možete odrediti struju kolektora Ik, koja je ista za tranzistor i otpornik Rk, kao i napon UKE i URK.

Tačka presjeka linije opterećenja sa jednom od statičkih strujno-naponskih karakteristika naziva se radna tačka tranzistora. Promjenom IB-a možete ga pomicati duž linije opterećenja. Početna pozicija ove tačke u odsustvu ulaznog naizmjeničnog signala naziva se tačka mirovanja - T0.

a) b)

Slika 4.8 – Grafičko-analitički proračun načina rada tranzistora korištenjem izlaznih i ulaznih karakteristika.

Tačka mirovanja (radna točka) T0 određuje trenutni ICP i napon UCP u mirovanju. Koristeći ove vrijednosti, možete pronaći RKP snagu koja se oslobađa u tranzistoru u mirovanju, koja ne bi trebala prelaziti maksimalnu RK snagu max, što je jedan od parametara tranzistora:

RKP = IKP ×UKEP £ RK max. (4.12)

Priručnici obično ne daju porodicu ulaznih karakteristika, već samo karakteristike za UKE = 0 i za neke UKE > 0.

Ulazne karakteristike za različite UCE-ove veće od 1V nalaze se vrlo blizu jedna drugoj. Stoga se proračun ulaznih struja i napona može približno izvršiti korištenjem ulazne karakteristike za UCE > 0, preuzete iz priručnika.

Tačke A, To i B se prenose na ovu krivu karakteristike performansi, i dobiju se tačke A1, T1 i B1 (slika 4.8, b). Radna točka T1 određuje DC bazni napon UBES i konstantna struja IBP baze.

Otpor otpornika RB (osigurava rad tranzistora u mirovanju), kroz koji će se od izvora EK do baze dovoditi konstantni napon:

(4.13)

U aktivnom (pojačavajućem) načinu rada, točka mirovanja tranzistora To nalazi se približno na sredini dijela AB linije opterećenja, a radna tačka se ne proteže dalje od AB sekcije.

Stranica 1 od 2

Dizajn i princip rada bipolarnog tranzistora

Bipolarni tranzistor je poluvodički uređaj koji ima dva spoja elektron-rupa formirana u jednom poluvodičkom monokristalu. Ovi prelazi formiraju tri regiona u poluprovodniku sa razne vrste električna provodljivost. Jedna krajnja oblast se naziva emiter (E), druga - kolektor (K), srednja - baza (B). Metalni vodovi su zalemljeni u svako područje kako bi se tranzistor spojio na električni krug.
Električna provodljivost emitera i kolektora je suprotna električnoj provodljivosti baze. U zavisnosti od redosleda smenjivanja p- i n-područja, tranzistori sa pnp struktura i n-p-n. Uslovno grafičkih simbola pnp tranzistori i n-r-n razlikuju se samo u pravcu strelice na elektrodi koja pokazuje emiter.

Principi rada p-n-p i n-p-n tranzistora su isti, pa ćemo u budućnosti razmatrati samo rad tranzistora sa p-n-p strukturom.
Spoj elektron-rupa formiran od emitera i baze naziva se emiterski spoj, a spoj kolektora i baze naziva se kolektorski spoj. Udaljenost između spojeva je vrlo mala: za visokofrekventne tranzistore je manja od 10 mikrometara (1 μm = 0,001 mm), a za niskofrekventne tranzistore ne prelazi 50 μm.
Kada tranzistor radi, njegovi spojevi primaju vanjski napon iz izvora napajanja. U zavisnosti od polariteta ovih napona, svaki spoj se može uključiti u smjeru naprijed ili nazad. Postoje tri načina rada tranzistora: 1) režim prekida - oba prijelaza i, shodno tome, tranzistor su potpuno zatvoreni; 2) režim zasićenja - tranzistor je potpuno otvoren; 3) aktivni režim - ovo je način rada koji je srednji između prva dva. Režim prekida i zasićenja se koriste zajedno u ključnim fazama, kada je tranzistor naizmjenično potpuno otvoren ili potpuno zatvoren s frekvencijom impulsa koji dolaze u njegovu bazu. Kaskade koje rade u prekidačkom režimu koriste se u impulsnim krugovima (preklopni izvori napajanja, horizontalni skani izlazni stupnjevi televizora, itd.). Izlazni stupnjevi pojačavača snage mogu djelomično raditi u prekidnom režimu.
Tranzistori se najčešće koriste u aktivnom načinu rada. Ovaj način rada se određuje primjenom malog napona na bazu tranzistora, koji se naziva prednapon (U cm).Tranzistor se lagano otvara i struja počinje da teče kroz njegove prijelaze. Princip rada tranzistora zasniva se na činjenici da relativno mala struja koja teče kroz emiterski spoj (bazna struja) kontrolira veću struju u kolu kolektora. Struja emitera je zbir bazne i kolektorske struje.

Načini rada bipolarnog tranzistora

Režim isključenja tranzistor se dobija kada se p-n spojevi emitera i kolektora spoje na vanjske izvore u suprotnom smjeru. U ovom slučaju, vrlo male struje reverznog emitera teku kroz oba pn spoja ( I EBO) I kolekcionar ( I KBO). Osnovna struja jednaka je zbiru ovih struja i, ovisno o vrsti tranzistora, kreće se od jedinica mikroampera - µA (za silikonske tranzistore) do jedinica miliampera - mA (za germanijeve tranzistore).

Ako su p-n spojevi emitera i kolektora povezani na vanjske izvore u smjeru naprijed, tranzistor će biti u način zasićenja . Difuzija električno polje emiterski i kolektorski spojevi će biti djelomično oslabljeni električnim poljem koje stvaraju vanjski izvori U EB I U KB. Kao rezultat toga, potencijalna barijera koja je ograničavala difuziju glavnih nosilaca naboja će se smanjiti, a počeće prodiranje (ubrizgavanje) rupa iz emitera i kolektora u bazu, odnosno struje koje se nazivaju struje zasićenja emitera će teći kroz emiter i kolektor tranzistora ( I E.us) i kolekcionar ( I K.us).

Koristi se za pojačavanje signala aktivni način rada tranzistora .
Kada tranzistor radi u aktivnom načinu rada, njegov emiterski spoj se uključuje u smjeru naprijed, a kolektorski spoj se uključuje u obrnutom smjeru.

Pod jednosmjernim naponom UEB rupe se ubrizgavaju iz emitera u bazu. Jednom u bazi n-tipa, rupe postaju manjinski nosioci naboja u njoj i pod uticajem difuzijskih sila se kreću (difuzuju) do kolektorskog p-n spoja. Neke od rupa u bazi su popunjene (rekombinovane) slobodnim elektronima prisutnim u njoj. Međutim, širina baze je mala - od nekoliko jedinica do 10 mikrona. Dakle, glavni dio rupa dospijeva do kolektorskog p-n spoja i svojim električnim poljem se prenosi na kolektor. Očigledno, struja kolektora I K p ne može biti više emiterske struje, jer se neke od rupa rekombinuju u bazi. Zbog toga I K p = h 21B I uh
Magnituda h 21B naziva se statički koeficijent prijenosa struje emitera. Za moderne tranzistore h 21B= 0,90...0,998. Budući da je kolektorski spoj prebačen u suprotnom smjeru (često se kaže - pristrasan u suprotnom smjeru), kroz njega teče i obrnuta struja I BWC , formiran od manjinskih nosilaca baze (rupe) i kolektora (elektrona). Dakle, ukupna struja kolektora tranzistora spojenog prema krugu sa zajedničkom bazom

ITo = h 21B I uh +IBWC
Rupe koje nisu došle do kolektorskog spoja i rekombinovane (popunjene) u bazi daju joj pozitivan naboj. Da bi se uspostavila električna neutralnost baze, isti broj elektrona joj se dovodi iz vanjskog kola. Kretanje elektrona od vanjskog kola do baze stvara struju rekombinacije u njoj I B.rec. Pored struje rekombinacije, struja reverznog kolektora teče kroz bazu u suprotnom smjeru i puna bazna struja
I B = I B.rek - I KBO
U aktivnom načinu rada, struja baze je desetine i stotine puta manja od struje kolektora i struje emitera.

Bipolarni tranzistorski spojni krugovi

U prethodnom dijagramu električni krug, formiran od izvora U EB, emiter i baza tranzistora, naziva se ulaz, a kolo formirano od izvora U KB, kolektor i baza istog tranzistora, je izlaz. Baza je zajednička elektroda tranzistora za ulazna i izlazna kola, pa se takvo njeno uključivanje naziva kolo sa zajedničkom bazom, ili skraćeno "OB shema".

Sljedeća slika prikazuje krug u kojem je emiter zajednička elektroda za ulazna i izlazna kola. Ovo je kolo zajedničkog emitera, ili "OE dijagram".

U njemu je izlazna struja, kao u OB kolu, struja kolektora I K, malo se razlikuje od struje emitera I e, a ulaz je bazna struja I B, znatno manja od struje kolektora. Komunikacija između struja I B I I K u OE shemi je određen jednadžbom: I K= h 21 E I B + I KEO
Faktor proporcionalnosti h 21 E se naziva statički bazni koeficijent prijenosa struje. Može se izraziti u smislu statičkog koeficijenta prijenosa struje emitera h 21B
h 21 E = h 21B / (1 —h 21B )
Ako h 21B je unutar opsega od 0,9...0,998, odgovarajućih vrijednosti h 21 E će biti unutar 9...499.
Komponenta I keo se naziva reverzna struja kolektora u OE kolu. Njegova vrijednost je 1+ h 21 E puta više od I BWC, tj. I KEO =(1+ h 21 E ) I KBO. Reverzne struje I BWC i I Direktori ne ovise o ulaznim naponima U EB I U BE i kao rezultat se nazivaju nekontrolisane komponente kolektorske struje. Ove struje su veoma zavisne od temperature okruženje i odrediti temperaturna svojstva tranzistora. Utvrđeno je da je vrijednost obrnute struje I BER se udvostručuje sa povećanjem temperature od 10 °C za germanijum i 8 °C za silicijumske tranzistore. U OE kolu, promjene temperature u nekontroliranoj obrnutoj struji I KEO može biti desetine i stotine puta veći od temperaturnih promjena nekontrolirane reverzne struje I BWC i potpuno poremete rad tranzistora. Stoga se u tranzistorskim krugovima koriste posebne mjere za termičku stabilizaciju tranzistorskih kaskada, pomažući da se smanji utjecaj temperaturnih promjena u strujama na rad tranzistora.
U praksi često postoje krugovi u kojima je zajednička elektroda za ulazne i izlazne krugove tranzistora kolektor. Ovo je spojni krug sa zajedničkim kolektorom, ili “OK kolo” (sljedbenik emitera) .

Bez obzira na spojno kolo tranzistora, za njega uvijek vrijedi jednadžba koja se odnosi na struje njegovih elektroda:
I e = I k + I B.

Komparativna procjena bipolarnih tranzistorskih kola

K I- strujni dobitak

K U- pojačanje napona

K P- dobitak snage

Danas je možda teško zamisliti savremeni svijet bez tranzistora; u gotovo svakoj elektronici, od radija i televizora, do automobila, telefona i kompjutera, oni se koriste na ovaj ili onaj način.

Postoje dvije vrste tranzistora: bipolarni I polje. Bipolarni tranzistori se kontroliraju strujom, a ne naponom. Postoje velike i male snage, visokofrekventne i niskofrekventne, p-n-p i n-p-n strukture... Tranzistori dolaze u različitim paketima i veličinama, u rasponu od SMD čipova (zapravo mnogo manjih od čipa) koji su dizajnirani za površinsku montažu, do tranzistora vrlo velike snage. Na osnovu rasipanja snage razlikuju se tranzistori male snage do 100 mW, tranzistori srednje snage od 0,1 do 1 W i tranzistori velike snage veće od 1 W.

Kada ljudi govore o tranzistorima, obično misle na bipolarne tranzistori. Bipolarni tranzistori su napravljeni od silicijuma ili germanijuma. Nazivaju se bipolarnim jer se njihov rad zasniva na korištenju i elektrona i rupa kao nosilaca naboja. Tranzistori na dijagramima su označeni na sljedeći način:

Jedna od najudaljenijih regija strukture tranzistora naziva se emiter. Srednji region se naziva baza, a drugi ekstremni region se zove kolektor. Ove tri elektrode čine dvije p-n spoj: između baze i kolektora - kolektora i između baze i emitera - emitera. Kao i obični prekidač, tranzistor može biti u dva stanja - "uključeno" i "isključeno". Ali to ne znači da imaju pokretne ili mehaničke dijelove; oni se prebacuju iz isključenog na uključenje i natrag pomoću električnih signala.

Tranzistori su dizajnirani da pojačavaju, pretvaraju i stvaraju električne oscilacije. Rad tranzistora može se ilustrirati na primjeru vodovodnog sistema. Zamislite slavinu u kupatilu, jedna elektroda tranzistora je cijev prije slavine (mješalice), druga (druga) je cijev iza slavine, odakle voda istječe, a treća kontrolna elektroda je slavina sa kojom uključićemo vodu.
Tranzistor se može zamisliti kao dvije diode povezane u seriju, u slučaju NPN anode su spojene zajedno, a u slučaju PNP katode su spojene zajedno.

Postoje tranzistori tipa PNP i NPN, PNP tranzistori se otvaraju naponom negativnog polariteta, NPN - pozitivnim. U NPN tranzistorima glavni nosioci naboja su elektroni, dok su u PNP rupe, koje su manje pokretne, pa se prema tome NPN tranzistori brže mijenjaju.

Uke = napon kolektor-emiter
Ube = napon baza-emiter
Ic = struja kolektora
Ib = bazna struja

Ovisno o stanjima u kojima se nalaze prijelazi tranzistora, razlikuju se njegovi načini rada. Budući da tranzistor ima dva prijelaza (emiter i kolektor), a svaki od njih može biti u dva stanja: 1) otvoren 2) zatvoren. Postoje četiri načina rada tranzistora. Glavni način rada je aktivni režim, u kojem je kolektorski spoj u zatvorenom stanju, a emiterski spoj je u otvorenom stanju. Tranzistori koji rade u aktivnom režimu koriste se u krugovima za pojačavanje. Pored aktivnog režima, postoji inverzni režim, u kojem je emiterski spoj zatvoren, a kolektorski spoj otvoren, režim zasićenja, u kojem su oba spoja otvorena, i režim isključenja, u kojem su oba spoja zatvorena.

Kada tranzistor radi sa visokofrekventnim signalima, vrijeme nastanka glavnih procesa (vrijeme kretanja nosilaca od emitera do kolektora) postaje srazmjerno periodu promjene ulaznog signala. Kao rezultat toga, sposobnost tranzistora da pojača električne signale opada kako se frekvencija povećava.

Neki parametri bipolarnih tranzistora

Kolektor konstantnog/pulsnog napona - emiter.
Konstantan napon kolektor-baza.
Emiter konstantnog napona - baza.
Granična frekvencija koeficijenta prijenosa bazne struje
Konstantna/pulsna struja kolektora.
Koeficijent prijenosa struje
Maksimalna dozvoljena struja
Ulazna impedansa
Rasipanje snage.
Temperatura p-n spoja.
Temperatura okoline itd...

Granični napon Ukeo gr. je maksimalni dozvoljeni napon između kolektora i emitera, sa otvorenim krugom baze i strujom kolektora. Napon na kolektoru je manji od Ukeo gr. karakteristika impulsnih načina rada tranzistora pri baznim strujama koje nisu nule i odgovarajućim baznim strujama (za npn tranzistori bazna struja >0, a za p-n-p obrnuto, Ib<0).

Bipolarni tranzistori mogu uključivati ​​jednospojni tranzistori, kao što je KT117. Takav tranzistor je troelektrodni poluvodički uređaj s jednim p-n spojem. Jednospojni tranzistor se sastoji od dvije baze i emitera.

U novije vrijeme u strujnim krugovima se često koriste kompozitni tranzistori, nazivaju se par ili Darlington tranzistori, imaju vrlo visok koeficijent prijenosa struje, sastoje se od dva ili više bipolarnih tranzistora, ali i gotovi tranzistori se proizvode u jednom paketu, kao što je TIP140. Uključeni su sa zajedničkim kolektorom, ako spojite dva tranzistora, radit će kao jedan, veza je prikazana na slici ispod. Upotreba otpornika opterećenja R1 omogućava vam da poboljšate neke karakteristike kompozitnog tranzistora.

Neki nedostaci složenog tranzistora: niske performanse, posebno prijelaz iz otvorenog u zatvoreno stanje. Pad napona naprijed na spoju baza-emiter je skoro dvostruko veći od konvencionalnog tranzistora. Pa, naravno, trebat će vam više prostora na ploči.

Provjera bipolarnih tranzistora

Budući da se tranzistor sastoji od dva spoja, od kojih je svaki poluvodička dioda, možete testirati tranzistor na isti način kao što testirate diodu. Tranzistor se obično provjerava ommetrom; provjeravaju se oba p-n spoja tranzistora: kolektor - baza i emiter - baza. Za provjeru direktnog otpora p-n-p prijelaza tranzistora, negativni terminal ohmmetra je spojen na bazu, a pozitivni terminal ohmmetra je naizmjenično povezan na kolektor i emiter. Za provjeru obrnutog otpora spojeva, pozitivni terminal ohmmetra spojen je na bazu. Prilikom provjere n-p-n tranzistora, veza se vrši obrnuto: otpor naprijed se mjeri kada je spojen na bazu pozitivnog terminala ohmmetra, a obrnuti otpor se mjeri kada je spojen na bazu negativnog terminala. Tranzistori se također mogu testirati digitalnim multimetrom u načinu testiranja dioda. Za NPN, povezujemo crvenu “+” sondu uređaja na bazu tranzistora i naizmjenično dodirujemo crnu “-” sondu na kolektor i emiter. Uređaj bi trebao pokazati otpor, otprilike od 600 do 1200. Zatim mijenjamo polaritet povezivanja sondi, u ovom slučaju uređaj ne bi trebao ništa pokazati. Za PNP strukturu, redoslijed provjere će biti obrnut.

Želim reći nekoliko riječi o MOSFET tranzistorima (metal-oxide-semiconductor field-effect tranzistor), (Metal Oxide Semiconductor (MOS)) - ovo su tranzistori s efektom polja, ne treba ih brkati sa običnim tranzistorima sa efektom polja! Tranzistori sa efektom polja imaju tri terminala: G - kapija, D - odvod, S - izvor. Postoje N kanal i P kanal; u oznaci ovih tranzistora nalazi se Šotkijeva dioda, ona propušta struju od izvora do drena i ograničava napon drejn-izvor.

Uglavnom se koriste za prebacivanje velikih struja; njima se upravlja ne strujom, kao bipolarni tranzistori, već naponom i, po pravilu, imaju vrlo mali otpor otvorenog kanala; otpor kanala je konstantan i ne zavisi od struja. MOSFET tranzistori su posebno dizajnirani za ključna kola, moglo bi se reći kao zamjena za relej, ali u nekim slučajevima se mogu i pojačati; koriste se u snažnim niskofrekventnim pojačivačima.

Prednosti ovih tranzistora su sljedeće:
Minimalna kontrolna snaga i veliko pojačanje struje
Bolje karakteristike, kao što je veća brzina prebacivanja.
Otporan na velike napone.
Krugovi u kojima se koriste takvi tranzistori obično su jednostavniji.

minusi:
Oni su skuplji od bipolarnih tranzistora.
Plaše se statičkog elektriciteta.
Najčešće se MOSFET-ovi s N-kanalom koriste za prebacivanje strujnih krugova. Kontrolni napon mora premašiti prag od 4V, općenito je potrebno 10-12V za pouzdano uključivanje MOSFET-a. Kontrolni napon je napon koji se primjenjuje između gejta i izvora za uključivanje MOSFET tranzistora.

Vrijednosti većine parametara tranzistora ovise o stvarnom načinu rada i temperaturi, a s povećanjem temperature, parametri tranzistora se mogu promijeniti. Priručnik sadrži, po pravilu, tipične (prosječne) zavisnosti parametara tranzistora o struji, naponu, temperaturi, frekvenciji itd.

Da bi se osigurao pouzdan rad tranzistora, potrebno je poduzeti mjere koje isključuju dugotrajna električna opterećenja blizu maksimalno dozvoljenog, na primjer, ne isplati se zamjena tranzistora sličnim, ali manje snage, to se ne odnosi samo na snage, ali i na druge parametre tranzistora. U nekim slučajevima, radi povećanja snage, tranzistori se mogu povezati paralelno, pri čemu je emiter spojen na emiter, kolektor na kolektor i baza na bazu. Preopterećenja mogu biti uzrokovana raznim razlozima, na primjer prenaponom; diode velike brzine se često koriste za zaštitu od prenapona.

Što se tiče zagrijavanja i pregrijavanja tranzistora, temperaturni režim tranzistora ne samo da utječe na vrijednost parametara, već određuje i pouzdanost njihovog rada. Trebate nastojati osigurati da se tranzistor ne pregrije tokom rada; u izlaznim stupnjevima pojačala tranzistori se moraju postaviti na velike radijatore. Tranzistori moraju biti zaštićeni od pregrijavanja ne samo tokom rada, već i tokom lemljenja. Prilikom kalajisanja i lemljenja treba poduzeti mjere za sprječavanje pregrijavanja tranzistora; preporučljivo je da tranzistore za vrijeme lemljenja držite pincetom kako biste ih zaštitili od pregrijavanja.