Πώς λειτουργεί ένα διπολικό τρανζίστορ; Τρανζίστορ - λειτουργία κορεσμού

Ονομασία διπολικών τρανζίστορ στα διαγράμματα

διπολικό τρανζίστορ- μια συσκευή ημιαγωγών τριών ηλεκτροδίων, ένας από τους τύπους τρανζίστορ. Στη δομή ημιαγωγών, 2 διασταύρωση p-nκαι η μεταφορά φορτίου στη συσκευή πραγματοποιείται από φορείς 2 τύπων - ηλεκτρόνια και οπές. Γι' αυτό η συσκευή ονομάστηκε "διπολική".

Εφαρμόστηκε σε ηλεκτρονικές συσκευέςγια την ενίσχυση της παραγωγής ηλεκτρικών ταλαντώσεων και ως στοιχείο μεταγωγής ρεύματος, όπως στα λογικά ηλεκτρονικά κυκλώματα.

Τα ηλεκτρόδια συνδέονται με τρία διαδοχικά στρώματα ενός ημιαγωγού με εναλλασσόμενο τύπο αγωγιμότητας ακαθαρσιών. Σύμφωνα με αυτή τη μέθοδο εναλλαγής, n-p-nκαι p-n-pτρανζίστορ ( n (αρνητικός) - ηλεκτρονικός τύπος αγωγιμότητας ακαθαρσιών, Π (θετικός) - τρύπα).

Η λειτουργία ενός διπολικού τρανζίστορ, σε αντίθεση με ένα τρανζίστορ φαινομένου πεδίου, βασίζεται στη μεταφορά δύο τύπων φορτίων ταυτόχρονα, οι φορείς των οποίων είναι ηλεκτρόνια και τρύπες (από τη λέξη "bi" - "δύο"). Το σχηματικό διάγραμμα του τρανζίστορ φαίνεται στο δεύτερο σχήμα.

Το ηλεκτρόδιο που συνδέεται με το μεσαίο στρώμα ονομάζεται βάση, ονομάζονται τα ηλεκτρόδια που συνδέονται με τα εξωτερικά στρώματα εκπόμποςκαι συλλέκτης. Από την άποψη της αγωγιμότητας, τα στρώματα εκπομπού και συλλέκτη δεν διακρίνονται. Αλλά στην πράξη, στην κατασκευή τρανζίστορ, για τη βελτίωση των ηλεκτρικών παραμέτρων της συσκευής, διαφέρουν σημαντικά στον βαθμό ντόπινγκ με ακαθαρσίες. Το στρώμα εκπομπού είναι πολύ ντοπαρισμένο, το στρώμα συλλέκτη είναι ελαφρώς ντοπαρισμένο, γεγονός που αυξάνει την επιτρεπόμενη τάση συλλέκτη. Η τιμή της αντίστροφης τάσης διάσπασης της διασταύρωσης του εκπομπού δεν είναι κρίσιμη, καθώς συνήθως στα ηλεκτρονικά κυκλώματα τα τρανζίστορ λειτουργούν με μια διασταύρωση εκπομπού p-n με πόλωση προς τα εμπρός. , που αυξάνει τον συντελεστή μεταφοράς ρεύματος σε κυκλώματα με κοινή βάση . Επιπλέον, η περιοχή της διασταύρωσης συλλέκτη p-n κατά την κατασκευή γίνεται σημαντικά μεγαλύτερη από την περιοχή της διασταύρωσης εκπομπού, η οποία παρέχει καλύτερη συλλογή μειοψηφικών φορέων από το βασικό στρώμα και βελτιώνει τον συντελεστή μετάδοσης.

Για να αυξηθεί η ταχύτητα (παράμετροι συχνότητας) ενός διπολικού τρανζίστορ, το πάχος του στρώματος βάσης πρέπει να γίνει πιο λεπτό, καθώς το πάχος του στρώματος βάσης, μεταξύ άλλων, καθορίζει τον χρόνο "πτήσης" (διάχυση σε συσκευές χωρίς ολίσθηση ) των μειοψηφικών φορέων, αλλά, με μείωση του πάχους της βάσης, η περιοριστική τάση του συλλέκτη, επομένως το πάχος του στρώματος βάσης επιλέγεται με βάση έναν εύλογο συμβιβασμό.

Συσκευή και αρχή λειτουργίας

Τα πρώτα τρανζίστορ χρησιμοποιούσαν μεταλλικό γερμάνιο ως υλικό ημιαγωγών. Προς το παρόν (2015), κατασκευάζονται κυρίως από μονοκρυσταλλικό πυρίτιο και αρσενίδιο του γαλλίου μονοκρυστάλλου. Λόγω της πολύ υψηλής κινητικότητας των φορέων στο αρσενίδιο του γαλλίου, οι συσκευές που βασίζονται σε αυτό έχουν υψηλή ταχύτητα και χρησιμοποιούνται σε λογικά κυκλώματα εξαιρετικά υψηλής ταχύτητας και σε κυκλώματα ενισχυτών μικροκυμάτων.

Ένα διπολικό τρανζίστορ αποτελείται από τρία διαφορετικά ντοπαρισμένα στρώματα ημιαγωγών: έναν πομπό μι(Ε), βάσεις σι(Β) και συλλέκτης ντο(ΠΡΟΣ ΤΗΝ). Ανάλογα με την εναλλαγή του τύπου αγωγιμότητας αυτών των στρωμάτων, υπάρχουν n-p-n(εκπομπός − n-ημιαγωγός, βάση − Π- ημιαγωγός, συλλέκτης − n- ημιαγωγός) και p-n-pτρανζίστορ. Σε κάθε ένα από τα στρώματα συνδέονται αγώγιμες μη ανορθωτικές επαφές.

Το στρώμα βάσης βρίσκεται μεταξύ του στρώματος εκπομπού και συλλέκτη και είναι ελαφρώς ντοπαρισμένο, επομένως έχει υψηλή ηλεκτρική αντίσταση. συνολική έκτασηη επαφή βάσης-εκπομπού γίνεται πολύ μικρότερη από την επιφάνεια επαφής συλλέκτη-βάσης (αυτό γίνεται για δύο λόγους - η μεγάλη περιοχή διασταύρωσης συλλέκτη-βάσης αυξάνει την πιθανότητα σύλληψης δευτερευόντων φορέων φόρτισης από τη βάση στον συλλέκτη και, καθώς στο τρόπος λειτουργίας η διασταύρωση συλλέκτη-βάσης συνήθως ενεργοποιείται με αντίστροφη μετατόπιση, όταν εργάζεστε στη διασταύρωση συλλέκτη, το κύριο μέρος της θερμότητας που διαχέεται από τη συσκευή απελευθερώνεται, η αύξηση της επιφάνειας συμβάλλει στην καλύτερη απομάκρυνση θερμότητας από τη διασταύρωση συλλέκτη). Το αληθινό διπολικό τρανζίστορΗ γενική εφαρμογή είναι μια ασύμμετρη συσκευή (είναι τεχνικά μη πρακτικό να εναλλάσσουμε τον πομπό και τον συλλέκτη και να έχουμε ως αποτέλεσμα ένα διπολικό τρανζίστορ παρόμοιο με το αρχικό - αντίστροφη μεταγωγή).

Στον τρόπο λειτουργίας ενεργού ενίσχυσης, το τρανζίστορ είναι ενεργοποιημένο έτσι ώστε η διασταύρωση του εκπομπού του να είναι πολωμένη προς τα εμπρός (ανοιχτή) και η σύνδεση του συλλέκτη να είναι αντίστροφη (κλειστή).

Για βεβαιότητα, εξετάστε το έργο n-p-nτρανζίστορ, όλα τα ορίσματα επαναλαμβάνονται με τον ίδιο ακριβώς τρόπο για την περίπτωση p-n-pτρανζίστορ, με την αντικατάσταση της λέξης «ηλεκτρόνια» με «οπές», και αντίστροφα, καθώς και με την αντικατάσταση όλων των τάσεων με αντίθετα πρόσημα. ΣΤΟ n-p-nΣε ένα τρανζίστορ, τα ηλεκτρόνια, οι κύριοι φορείς φορτίου στον πομπό, διέρχονται μέσω μιας ανοικτής διασταύρωσης εκπομπού-βάσης (εγχέονται) στην περιοχή βάσης. Μερικά από αυτά τα ηλεκτρόνια ανασυνδυάζονται με τους περισσότερους φορείς φορτίου στη βάση (οπές). Ωστόσο, λόγω του γεγονότος ότι η βάση είναι πολύ λεπτή και σχετικά ελαφρά ντοπαρισμένη, τα περισσότερα από τα ηλεκτρόνια που εγχέονται από τον πομπό διαχέονται στην περιοχή του συλλέκτη, καθώς ο χρόνος ανασυνδυασμού είναι σχετικά μεγάλος. Ισχυρός ηλεκτρικό πεδίοΗ αντίστροφη πολωμένη διασταύρωση συλλέκτη συλλαμβάνει τους φορείς μειοψηφίας από τη βάση (ηλεκτρόνια) και τους μεταφέρει στο στρώμα συλλέκτη. Το ρεύμα συλλέκτη είναι επομένως πρακτικά ίσο με το ρεύμα εκπομπού, εκτός από μια μικρή απώλεια ανασυνδυασμού στη βάση, η οποία σχηματίζει το ρεύμα βάσης ( I e \u003d I b + I to).

Ο συντελεστής α που σχετίζεται με το ρεύμα εκπομπού και το ρεύμα συλλέκτη ( I k \u003d α I e) λέγεται συντελεστής μεταφοράς ρεύματος εκπομπού. Η αριθμητική τιμή του συντελεστή α είναι 0,9-0,999. Όσο μεγαλύτερος είναι ο συντελεστής, τόσο πιο αποτελεσματικά το τρανζίστορ μεταφέρει ρεύμα. Αυτός ο συντελεστής εξαρτάται ελάχιστα από τις τάσεις συλλέκτη-βάσης και βάσης-εκπομπού. Επομένως, σε ένα ευρύ φάσμα τάσεων λειτουργίας, το ρεύμα συλλέκτη είναι ανάλογο με το ρεύμα βάσης, ο συντελεστής αναλογικότητας είναι β = α / (1 - α), από 10 έως 1000. Έτσι, ένα μικρό ρεύμα βάσης μπορεί να ελεγχθεί από ένα πολύ μεγαλύτερο ρεύμα συλλέκτη.

Τρόποι λειτουργίας ενός διπολικού τρανζίστορ

Τάση στον πομπό βάση, συλλέκτης ()	Προκατάληψη μετάβαση βάση-εκπομπός Για τύπου n-p-n	Προκατάληψη μετάβαση βάση-συλλέκτης για τον τύπο n-p-n	Τρόπος για τον τύπο n-p-n
	απευθείας	ΑΝΤΙΣΤΡΟΦΗ	κανονικός ενεργή λειτουργία
	απευθείας	απευθείας	λειτουργία κορεσμού
	ΑΝΤΙΣΤΡΟΦΗ	ΑΝΤΙΣΤΡΟΦΗ	λειτουργία αποκοπής
	ΑΝΤΙΣΤΡΟΦΗ	απευθείας	αντίστροφος ενεργή λειτουργία
Τάση στον πομπό βάση, συλλέκτης ()	Προκατάληψη μετάβαση βάση-εκπομπός για τύπο p-n-p	Προκατάληψη μετάβαση βάση-συλλέκτης για τύπο p-n-p	Τρόπος για τύπο p-n-p
	ΑΝΤΙΣΤΡΟΦΗ	απευθείας	αντίστροφος ενεργή λειτουργία
	ΑΝΤΙΣΤΡΟΦΗ	ΑΝΤΙΣΤΡΟΦΗ	λειτουργία αποκοπής
	απευθείας	απευθείας	λειτουργία κορεσμού
	απευθείας	ΑΝΤΙΣΤΡΟΦΗ	κανονικός ενεργή λειτουργία

Κανονική ενεργή λειτουργία

Η διασταύρωση εκπομπού-βάσης είναι ενεργοποιημένη προς την εμπρός κατεύθυνση (ανοιχτή) και η σύνδεση συλλέκτη-βάσης είναι στην αντίστροφη κατεύθυνση (κλειστή):

U EB > 0; U KB< 0 (για τρανζίστορ n-p-nτύπου), για τρανζίστορ p-n-pκατάσταση τύπου θα μοιάζει U EB<0; U KB > 0.

Αντίστροφη ενεργή λειτουργία

Η διασταύρωση εκπομπού έχει αντίστροφη πόλωση και η διασταύρωση συλλέκτη είναι πολωμένη προς τα εμπρός: U KB > 0; U EB< 0 (για τρανζίστορ n-p-nτύπος).

Λειτουργία κορεσμού

Και τα δυο pnΟι μεταβάσεις είναι προκατειλημμένες (και οι δύο ανοιχτές). Αν πομπός και συλλέκτης περιοχή-Οι μεταβάσεις συνδέονται με εξωτερικές πηγές προς τα εμπρός, το τρανζίστορ θα είναι σε λειτουργία κορεσμού. Το ηλεκτρικό πεδίο διάχυσης των συνδέσεων εκπομπού και συλλέκτη θα εξασθενήσει μερικώς από το ηλεκτρικό πεδίο που δημιουργείται από εξωτερικές πηγές Ιστόςκαι Ukb. Ως αποτέλεσμα, το φράγμα δυναμικού που περιορίζει τη διάχυση των κύριων φορέων φορτίου θα μειωθεί και θα αρχίσει η διείσδυση (έγχυση) οπών από τον πομπό και τον συλλέκτη στη βάση, δηλαδή, τα ρεύματα θα ρέουν μέσω του πομπού και του συλλέκτη του το τρανζίστορ, που ονομάζεται ρεύματα κορεσμού εκπομπού ( ΕγώΕ. μας) και συλλέκτης ( ΕγώΚ. μας).

Τάση κορεσμού συλλέκτη-εκπομπού(U KE. us) είναι η πτώση τάσης σε ένα ανοιχτό τρανζίστορ (σημασιολογικό ανάλογο R SI. Άνοιξετρανζίστορ εφέ πεδίου). Ομοίως τάση κορεσμού βάσης-εκπομπού(U BE us) είναι η πτώση τάσης μεταξύ της βάσης και του πομπού σε ένα ανοιχτό τρανζίστορ.

Λειτουργία αποκοπής

ΣΤΟ αυτή τη λειτουργίακαι τα δυο pnοι μεταβάσεις αντιστρέφονται. Η λειτουργία αποκοπής αντιστοιχεί στην κατάσταση U EB<0, U KB<0.

καθεστώς φραγμού

Σε αυτή τη λειτουργία βάσητο τρανζίστορ είναι βραχυκυκλωμένο ή μέσω μιας μικρής αντίστασης μαζί του συλλέκτης, και στο συλλέκτηςή μέσα εκπόμποςτο κύκλωμα τρανζίστορ ενεργοποιεί μια αντίσταση που ρυθμίζει το ρεύμα μέσω του τρανζίστορ. Σε μια τέτοια συμπερίληψη, το τρανζίστορ είναι ένα είδος διόδου συνδεδεμένης σε σειρά με μια αντίσταση ρύθμισης ρεύματος. Τέτοια κυκλώματα καταρράκτη διακρίνονται από μικρό αριθμό εξαρτημάτων, καλή αποσύνδεση υψηλής συχνότητας, μεγάλο εύρος θερμοκρασίας λειτουργίας και αναισθησία στις παραμέτρους του τρανζίστορ.

Σχέδια μεταγωγής

Οποιοδήποτε κύκλωμα μεταγωγής τρανζίστορ χαρακτηρίζεται από δύο κύριους δείκτες:

• τρέχον κέρδος Εγώέξω / Εγώεισαγωγή
• Αντίσταση εισόδου Rσε = Uσε / Εγώεισαγωγή

Διάγραμμα καλωδίωσης με κοινή βάση

Σχέδιο εναλλαγής με κοινή βάση.

Ενισχυτής κοινής βάσης.

• Μεταξύ και των τριών διαμορφώσεων, έχει τη μικρότερη σύνθετη αντίσταση εισόδου και τη μεγαλύτερη αντίσταση εξόδου. Έχει κέρδος ρεύματος κοντά στη μονάδα και μεγάλο κέρδος τάσης. Δεν αναστρέφει τη φάση του σήματος.
• Εγώέξω / Εγώσε = Εγώπρος την / Εγώ e = α [α<1].
• Αντίσταση εισόδου Rσε = Uσε / Εγώσε = U eb / Εγώμι.

Η αντίσταση εισόδου (σύνθετη αντίσταση εισόδου) μιας βαθμίδας ενισχυτή με κοινή βάση είναι μικρή, εξαρτάται από το ρεύμα εκπομπού, με αύξηση του ρεύματος μειώνεται και δεν υπερβαίνει τις μονάδες - εκατοντάδες ohms για στάδια χαμηλής ισχύος, αφού το κύκλωμα εισόδου της σκηνής είναι μια ανοικτή διασταύρωση εκπομπού του τρανζίστορ.

Πλεονεκτήματα

• Καλή θερμοκρασία και μεγάλο εύρος συχνοτήτων, αφού το φαινόμενο Miller καταστέλλεται σε αυτό το κύκλωμα.
• Υψηλή επιτρεπόμενη τάση συλλέκτη.

Μειονεκτήματα του σχήματος κοινής βάσης

• Μικρό κέρδος ρεύματος ίσο με α, αφού το α είναι πάντα ελαφρώς μικρότερο από 1
• μικρό αντίσταση εισόδου

Κύκλωμα μεταγωγής με κοινό πομπό

Κύκλωμα μεταγωγής με κοινό πομπό.
Εγώέξω = Εγώπρος την
Εγώσε = Εγώσι
Uσε = U bae
Uέξω = U ke.

• Τρέχον κέρδος: Εγώέξω / Εγώσε = Εγώπρος την / Εγώβ = Εγώπρος την /( Εγώ e -I k) = α/(1-α) = β [β>>1].
• Αντίσταση εισόδου: Rσε = Uσε / Εγώσε = U bae / Εγώσι.

Πλεονεκτήματα

• Μεγάλο κέρδος ρεύματος.
• Μεγάλο κέρδος τάσης.
• Η μεγαλύτερη ενίσχυση ισχύος.
• Μπορείτε να τα βγάλετε πέρα ​​με ένα τροφοδοτικό.
• Η τάση AC εξόδου είναι ανεστραμμένη σε σχέση με την είσοδο.

Ελαττώματα

• Έχει μικρότερη σταθερότητα θερμοκρασίας. Οι ιδιότητες συχνότητας ενός τέτοιου εγκλεισμού είναι σημαντικά χειρότερες σε σύγκριση με ένα κύκλωμα με κοινή βάση, το οποίο οφείλεται στο φαινόμενο Miller.

Κοινό κύκλωμα συλλέκτη

Σχέδιο εναλλαγής με κοινό συλλέκτη.
Εγώέξω = Εγώε
Εγώσε = Εγώσι
Uσε = U bq
Uέξω = U ke.

• Τρέχον κέρδος: Εγώέξω / Εγώσε = Εγώμι/ Εγώβ = Εγώε /( Εγώ e -I k) = 1/(1-α) = β [β>>1].
• Αντίσταση εισόδου: Rσε = Uσε / Εγώσε = ( U bae + U ke)/ Εγώσι.

Πλεονεκτήματα

• Μεγάλη αντίσταση εισόδου.
• Χαμηλή αντίσταση εξόδου.

Ελαττώματα

• Το κέρδος τάσης είναι ελαφρώς μικρότερο από 1.

Ένα κύκλωμα με τέτοια συμπερίληψη ονομάζεται συχνά " εκπομπός οπαδός».

κύριες παραμέτρους

• Συντελεστής τρέχουσας μεταφοράς.
• αντίσταση εισόδου.
• αγωγιμότητα εξόδου.
• Αντίστροφο ρεύμα συλλέκτη-εκπομπού.
• Ώρα ενεργοποίησης.
• Η οριακή συχνότητα του βασικού λόγου μεταφοράς ρεύματος.
• Αντίστροφο ρεύμα συλλέκτη.
• Το μέγιστο επιτρεπόμενο ρεύμα.
• Η συχνότητα αποκοπής του συντελεστή μεταφοράς ρεύματος σε ένα κύκλωμα κοινού εκπομπού.

Οι παράμετροι τρανζίστορ χωρίζονται σε δικές (πρωτεύουσες) και δευτερεύουσες. Οι ίδιες οι παράμετροι χαρακτηρίζουν τις ιδιότητες του τρανζίστορ, ανεξάρτητα από το σχήμα της ένταξής του. Ως κύριες ίδιες παράμετροι γίνονται δεκτές οι ακόλουθες:

• κέρδος ρεύματος α;
• αντιστάσεις πομπού, συλλέκτη και βάσης AC rε, rπρος την, rβ, που είναι:
  • r e - το άθροισμα των αντιστάσεων της περιοχής εκπομπού και της διασταύρωσης εκπομπού.
  • r k είναι το άθροισμα των αντιστάσεων της περιοχής συλλέκτη και της διασταύρωσης συλλέκτη.
  • rβ - εγκάρσια αντίσταση της βάσης.

Διπολικό ισοδύναμο κύκλωμα τρανζίστορ με χρήση η-Παράμετροι.

Οι δευτερεύουσες παράμετροι είναι διαφορετικές για διάφορα σχήματαενεργοποίηση του τρανζίστορ και, λόγω της μη γραμμικότητάς του, ισχύουν μόνο για χαμηλές συχνότητες και μικρά πλάτη σήματος. Για δευτερεύουσες παραμέτρους, έχουν προταθεί διάφορα συστήματα παραμέτρων και τα αντίστοιχα ισοδύναμα κυκλώματα τους. Οι κύριες είναι μικτές (υβριδικές) παράμετροι, που υποδηλώνονται με το γράμμα " η».

Αντίσταση εισόδου- αντίσταση του τρανζίστορ στο εναλλασσόμενο ρεύμα εισόδου σε περίπτωση βραχυκυκλώματος στην έξοδο. Η αλλαγή στο ρεύμα εισόδου είναι το αποτέλεσμα της αλλαγής της τάσης εισόδου, χωρίς την επίδραση της ανάδρασης από την τάση εξόδου.

η 11 = U m1 / Εγώ m1, στο U m2 = 0.

Συντελεστής ανάδρασης τάσηςδείχνει ποιο ποσοστό της παραγωγής AC τάσημεταδίδεται στην είσοδο του τρανζίστορ λόγω ανάδρασης σε αυτό. Δεν υπάρχει τρανζίστορ στο κύκλωμα εισόδου εναλλασσόμενο ρεύμα, και η αλλαγή στην τάση εισόδου συμβαίνει μόνο ως αποτέλεσμα μιας αλλαγής στην τάση εξόδου.

η 12 = U m1 / U m2, στο Εγώ m1 = 0.

Τρέχουσα αναλογία μεταφοράς(κέρδος ρεύματος) δείχνει το κέρδος του ρεύματος AC σε μηδενική αντίσταση φορτίου. Το ρεύμα εξόδου εξαρτάται μόνο από το ρεύμα εισόδου χωρίς την επίδραση της τάσης εξόδου.

η 21 = Εγώ m2 / Εγώ m1, στο U m2 = 0.

Αγωγιμότητα εξόδου- εσωτερική αγωγιμότητα για εναλλασσόμενο ρεύμα μεταξύ των ακροδεκτών εξόδου. Το ρεύμα εξόδου αλλάζει υπό την επίδραση της τάσης εξόδου.

η 22 = Εγώ m2 / U m2, στο Εγώ m1 = 0.

Η σχέση μεταξύ εναλλασσόμενων ρευμάτων και τάσεων τρανζίστορ εκφράζεται με τις εξισώσεις:

U m1 = η 11 Εγώ m1 + η 12 U m2 ; Εγώ m2 = η 21 Εγώ m1 + η 22 U m2 .

Ανάλογα με το κύκλωμα μεταγωγής του τρανζίστορ, προστίθενται γράμματα στους ψηφιακούς δείκτες των παραμέτρων h: "e" - για το κύκλωμα OE, "b" - για το κύκλωμα OB, "k" - για το κύκλωμα OK.

Για το καθεστώς ΟΕ: Εγώ m1 = Εγώ mb, Εγώ m2 = Εγώ mk, U m1 = U mb-e, U m2 = U mk-e. Για παράδειγμα, για αυτό το σχήμα:

η 21e = Εγώ mk / Εγώ mb = β.

Για το σχήμα OB: Εγώ m1 = Εγώμου, Εγώ m2 = Εγώ mk, U m1 = Uμε-β, U m2 = U mk-b.

Οι εγγενείς παράμετροι του τρανζίστορ σχετίζονται με η-παράμετροι, για παράδειγμα για το σχήμα ΟΕ:

;

;

;

.

Με αυξανόμενη συχνότητα, η χωρητικότητα της διασταύρωσης συλλέκτη αρχίζει να έχει επιβλαβή επίδραση στη λειτουργία του τρανζίστορ ντοκ. Η αντίσταση χωρητικότητας μειώνεται, το ρεύμα διαμέσου της αντίστασης φορτίου μειώνεται και, κατά συνέπεια, τα κέρδη α και β. Αντοχή χωρητικότητας συνδέσμου εκπομπού ντοΤο e επίσης μειώνεται, ωστόσο, αποκλείεται από μια μικρή αντίσταση μετάβασης rκαι στις περισσότερες περιπτώσεις μπορεί να αγνοηθεί. Επιπλέον, με την αυξανόμενη συχνότητα, μια πρόσθετη μείωση του συντελεστή β εμφανίζεται ως αποτέλεσμα της υστέρησης της φάσης ρεύματος συλλέκτη από τη φάση ρεύματος εκπομπού, η οποία προκαλείται από την αδράνεια της διαδικασίας μετακίνησης φορέων μέσω της βάσης από τον πομπό διασταύρωση με τη διασταύρωση συλλέκτη και την αδράνεια των διεργασιών συσσώρευσης φορτίου και απορρόφησης στη βάση. Ονομάζονται οι συχνότητες στις οποίες οι συντελεστές α και β μειώνονται κατά 3 dB περιοριστικές συχνότητες του τρέχοντος συντελεστή μεταφοράςγια σχήματα ΟΒ και ΟΕ, αντίστοιχα.

Στον παλμικό τρόπο λειτουργίας, ο παλμός ρεύματος συλλέκτη ξεκινά με καθυστέρηση κατά το χρόνο καθυστέρησης τc σε σχέση με τον παλμό ρεύματος εισόδου, ο οποίος προκαλείται από τον πεπερασμένο χρόνο διέλευσης των φορέων μέσω της βάσης. Καθώς οι φορείς συσσωρεύονται στη βάση, το ρεύμα συλλέκτη αυξάνεται κατά τη διάρκεια του μπροστινού τ f. Στην ώρατρανζίστορ ονομάζεται τ on = τ c + τ f.

Τεχνολογίες Κατασκευής Τρανζίστορ

• Διάχυση-κράμα.

Εφαρμογή τρανζίστορ

• Ενισχυτές, στάδια ενίσχυσης
• Αποδιαμορφωτής (Ανιχνευτής)
• Μετατροπέας (στοιχείο καταγραφής)
• Μικροκυκλώματα στη λογική τρανζίστορ (βλ.

διπολικό τρανζίστορ.

διπολικό τρανζίστορ- μια ηλεκτρονική συσκευή ημιαγωγών, ένας από τους τύπους τρανζίστορ, σχεδιασμένη να ενισχύει, να παράγει και να μετατρέπει ηλεκτρικά σήματα. Το τρανζίστορ ονομάζεται διπολικός, αφού δύο τύποι φορέων φόρτισης συμμετέχουν ταυτόχρονα στη λειτουργία της συσκευής - ηλεκτρόνιακαι τρύπες. Σε αυτό διαφέρει από μονοπολικήτρανζίστορ (επίδρασης πεδίου), στο οποίο συμμετέχει μόνο ένας τύπος φορέων φορτίου.

Η αρχή της λειτουργίας και των δύο τύπων τρανζίστορ είναι παρόμοια με τη λειτουργία μιας βαλβίδας νερού που ρυθμίζει τη ροή του νερού, μόνο η ροή των ηλεκτρονίων διέρχεται από το τρανζίστορ. Στα διπολικά τρανζίστορ, δύο ρεύματα διέρχονται από τη συσκευή - το κύριο "μεγάλο" ρεύμα και το "μικρό" ρεύμα ελέγχου. Η ισχύς του κύριου ρεύματος εξαρτάται από την ισχύ του χειριστηρίου. Στα τρανζίστορ φαινομένου πεδίου, μόνο ένα ρεύμα διέρχεται από τη συσκευή, η ισχύς του οποίου εξαρτάται από το ηλεκτρομαγνητικό πεδίο. Σε αυτό το άρθρο, θα εξετάσουμε λεπτομερέστερα τη λειτουργία ενός διπολικού τρανζίστορ.

Συσκευή διπολικού τρανζίστορ.

Το διπολικό τρανζίστορ αποτελείται από τρία στρώματα ημιαγωγών και δύο συνδέσεις PN. Διακρίνετε τα τρανζίστορ PNP και NPN ανά τύπο παρεμβολής αγωγιμότητα οπών και ηλεκτρονίων. Είναι σαν δύο δίοδοςσυνδεδεμένο πρόσωπο με πρόσωπο ή αντίστροφα.

Ένα διπολικό τρανζίστορ έχει τρεις επαφές (ηλεκτρόδια). Η επαφή που αναδύεται από το κεντρικό στρώμα ονομάζεται βάση (βάση).Τα τελικά ηλεκτρόδια ονομάζονται συλλέκτηςκαι εκπόμπος (συλλέκτηςκαι εκπόμπος). Το στρώμα βάσης είναι πολύ λεπτό σε σχέση με τον συλλέκτη και τον πομπό. Επιπλέον, οι περιοχές ημιαγωγών στα άκρα του τρανζίστορ δεν είναι συμμετρικές. Το στρώμα ημιαγωγού στην πλευρά του συλλέκτη είναι ελαφρώς παχύτερο από ό,τι στην πλευρά του εκπομπού. Αυτό είναι απαραίτητο για τη σωστή λειτουργία του τρανζίστορ.

Η λειτουργία ενός διπολικού τρανζίστορ.

Εξετάστε τις φυσικές διεργασίες που συμβαίνουν κατά τη λειτουργία ενός διπολικού τρανζίστορ. Ας πάρουμε ως παράδειγμα το μοντέλο NPN. Η αρχή λειτουργίας ενός τρανζίστορ PNP είναι παρόμοια, μόνο η πολικότητα τάσης μεταξύ του συλλέκτη και του πομπού θα είναι αντίθετη.

Όπως ήδη αναφέρθηκε στο άρθρο για τους τύπους αγωγιμότητας στους ημιαγωγούς, σε μια ουσία τύπου Ρ υπάρχουν θετικά φορτισμένα ιόντα - τρύπες. Μια ουσία τύπου Ν είναι κορεσμένη με αρνητικά φορτισμένα ηλεκτρόνια. Σε ένα τρανζίστορ, η συγκέντρωση των ηλεκτρονίων στην περιοχή Ν είναι πολύ μεγαλύτερη από τη συγκέντρωση των οπών στην περιοχή P.

Συνδέστε μια πηγή τάσης μεταξύ του συλλέκτη και του πομπού V CE (V CE). Κάτω από τη δράση του, τα ηλεκτρόνια από το ανώτερο τμήμα N θα αρχίσουν να έλκονται στο συν και θα συγκεντρώνονται κοντά στον συλλέκτη. Ωστόσο, το ρεύμα δεν μπορεί να ρέει επειδή το ηλεκτρικό πεδίο της πηγής τάσης δεν φτάνει στον πομπό. Αυτό αποτρέπεται από ένα παχύ στρώμα ημιαγωγού συλλέκτη συν ένα στρώμα ημιαγωγού βάσης.

Συνδέστε τώρα την τάση μεταξύ της βάσης και του πομπού V BE , αλλά πολύ χαμηλότερη από την V CE (για τρανζίστορ πυριτίου, το ελάχιστο απαιτούμενο V BE είναι 0,6V). Δεδομένου ότι το στρώμα P είναι πολύ λεπτό, συν μια πηγή τάσης συνδεδεμένη με τη βάση θα μπορεί να "απλώσει" με το ηλεκτρικό της πεδίο στην περιοχή Ν του πομπού. Κάτω από τη δράση του, τα ηλεκτρόνια θα πάνε στη βάση. Μερικά από αυτά θα αρχίσουν να γεμίζουν τις τρύπες που βρίσκονται εκεί (ανασυνδυάζονται). Το άλλο μέρος δεν θα βρει μια ελεύθερη τρύπα για τον εαυτό του, επειδή η συγκέντρωση των οπών στη βάση είναι πολύ χαμηλότερη από τη συγκέντρωση των ηλεκτρονίων στον πομπό.

Ως αποτέλεσμα, το κεντρικό στρώμα της βάσης εμπλουτίζεται με ελεύθερα ηλεκτρόνια. Τα περισσότερα από αυτά θα πάνε προς τον συλλέκτη, αφού εκεί η τάση είναι πολύ μεγαλύτερη. Αυτό διευκολύνεται επίσης από ένα πολύ μικρό πάχος του κεντρικού στρώματος. Κάποιο μέρος των ηλεκτρονίων, αν και πολύ μικρότερο, θα εξακολουθεί να ρέει προς το συν της βάσης.

Ως αποτέλεσμα, παίρνουμε δύο ρεύματα: ένα μικρό - από τη βάση στον εκπομπό I BE και ένα μεγάλο - από τον συλλέκτη στον πομπό I CE.

Εάν η τάση βάσης αυξηθεί, τότε ακόμη περισσότερα ηλεκτρόνια θα συσσωρευτούν στο στρώμα P. Ως αποτέλεσμα, το ρεύμα βάσης θα αυξηθεί ελαφρώς και το ρεύμα συλλέκτη θα αυξηθεί σημαντικά. Με αυτόν τον τρόπο, με μια μικρή αλλαγή στο ρεύμα βάσης I σι , το ρεύμα συλλέκτη I αλλάζει έντονα ΑΠΟ. Έτσι πάει ενίσχυση σήματος σε διπολικό τρανζίστορ. Ο λόγος του ρεύματος συλλέκτη I C προς το ρεύμα βάσης I B ονομάζεται κέρδος ρεύματος. Σημειώνεται β , hfeή h21e, ανάλογα με τις ιδιαιτερότητες των υπολογισμών που πραγματοποιούνται με το τρανζίστορ.

Ο απλούστερος ενισχυτής διπολικού τρανζίστορ

Ας εξετάσουμε λεπτομερέστερα την αρχή της ενίσχυσης του σήματος στο ηλεκτρικό επίπεδο χρησιμοποιώντας το κύκλωμα ως παράδειγμα. Θα κάνω επιφύλαξη εκ των προτέρων ότι ένα τέτοιο σχέδιο δεν είναι απολύτως σωστό. Κανείς δεν συνδέει μια πηγή τάσης DC απευθείας σε μια πηγή AC. Αλλά σε αυτή την περίπτωση, θα είναι ευκολότερο και σαφέστερο να κατανοήσουμε τον ίδιο τον μηχανισμό ενίσχυσης χρησιμοποιώντας ένα διπολικό τρανζίστορ. Επίσης, η ίδια η τεχνική υπολογισμού στο παρακάτω παράδειγμα είναι κάπως απλοποιημένη.

1. Περιγραφή των κύριων στοιχείων της αλυσίδας

Ας υποθέσουμε λοιπόν ότι έχουμε ένα τρανζίστορ με κέρδος 200 (β = 200). Από την πλευρά του συλλέκτη, συνδέουμε μια σχετικά ισχυρή πηγή ισχύος 20 V, λόγω της ενέργειας της οποίας θα προκύψει ενίσχυση. Από την πλευρά της βάσης του τρανζίστορ, συνδέουμε μια ασθενή πηγή ισχύος 2V. Σε αυτό συνδέουμε σε σειρά μια πηγή εναλλασσόμενης τάσης σε μορφή ημιτονοειδούς, με πλάτος ταλάντωσης 0,1V. Αυτό θα είναι το σήμα που θα ενισχυθεί. Η αντίσταση Rb κοντά στη βάση χρειάζεται για να περιοριστεί το ρεύμα που προέρχεται από την πηγή σήματος, η οποία είναι συνήθως χαμηλής ισχύος.

2. Υπολογισμός ρεύματος βάσης εισόδου I σι

Τώρα ας υπολογίσουμε το ρεύμα βάσης I b. Δεδομένου ότι έχουμε να κάνουμε με εναλλασσόμενη τάση, πρέπει να υπολογίσουμε δύο τιμές ρεύματος - στη μέγιστη τάση (V max) και στην ελάχιστη (V min). Ας ονομάσουμε αυτές τις τρέχουσες τιμές, αντίστοιχα - I bmax και I bmin.

Επίσης, για να υπολογίσετε το ρεύμα βάσης, πρέπει να γνωρίζετε την τάση βάσης-εκπομπού V BE. Υπάρχει μία διασταύρωση PN μεταξύ της βάσης και του πομπού. Αποδεικνύεται ότι το ρεύμα βάσης "συναντά" μια δίοδο ημιαγωγών στο δρόμο του. Η τάση στην οποία μια δίοδος ημιαγωγών αρχίζει να αγώγει είναι περίπου 0,6 V. Δεν θα μπούμε σε λεπτομέρειες χαρακτηριστικά ρεύματος-τάσης της διόδου, και για απλότητα των υπολογισμών, παίρνουμε ένα κατά προσέγγιση μοντέλο, σύμφωνα με το οποίο η τάση στη δίοδο αγωγιμότητας ρεύματος είναι πάντα 0,6V. Αυτό σημαίνει ότι η τάση μεταξύ της βάσης και του πομπού είναι V BE = 0,6V. Και δεδομένου ότι ο πομπός είναι συνδεδεμένος στη γείωση (V E = 0), η τάση από τη βάση στη γείωση είναι επίσης 0,6V (V B = 0,6V).

Ας υπολογίσουμε τα I bmax και I bmin χρησιμοποιώντας το νόμο του Ohm:

2. Υπολογισμός ρεύματος εξόδου συλλέκτη I ΑΠΟ

Τώρα, γνωρίζοντας το κέρδος (β = 200), μπορούμε εύκολα να υπολογίσουμε τις μέγιστες και ελάχιστες τιμές του ρεύματος συλλέκτη (I cmax και I cmin).

3. Υπολογισμός τάσης εξόδου V έξω

Το ρεύμα συλλέκτη ρέει μέσω της αντίστασης Rc, την οποία έχουμε ήδη υπολογίσει. Απομένει να αντικαταστήσουμε τις τιμές:

4. Ανάλυση αποτελεσμάτων

Όπως φαίνεται από τα αποτελέσματα, το V Cmax αποδείχθηκε μικρότερο από το V Cmin. Αυτό συμβαίνει επειδή η τάση κατά μήκος του V Rc αφαιρείται από την τάση τροφοδοσίας VCC. Ωστόσο, στις περισσότερες περιπτώσεις αυτό δεν έχει σημασία, αφού μας ενδιαφέρει η μεταβλητή συνιστώσα του σήματος - το πλάτος, το οποίο αυξήθηκε από 0,1V σε 1V. Η συχνότητα και η ημιτονοειδής κυματομορφή δεν έχουν αλλάξει. Φυσικά, η αναλογία V out / V σε δέκα φορές απέχει πολύ από τον καλύτερο δείκτη για έναν ενισχυτή, αλλά είναι αρκετά κατάλληλο για την απεικόνιση της διαδικασίας ενίσχυσης.

Λοιπόν, ας συνοψίσουμε την αρχή λειτουργίας ενός ενισχυτή σε ένα διπολικό τρανζίστορ. Ένα ρεύμα I b ρέει μέσα από τη βάση, μεταφέροντας μια σταθερή και μια μεταβλητή συνιστώσα. Το σταθερό εξάρτημα χρειάζεται έτσι ώστε η διασταύρωση PN μεταξύ της βάσης και του πομπού να αρχίσει να διεξάγει - "ανοίγει". Το μεταβλητό στοιχείο είναι, στην πραγματικότητα, το ίδιο το σήμα (χρήσιμες πληροφορίες). Η ισχύς ρεύματος συλλέκτη-εκπομπού μέσα στο τρανζίστορ είναι το αποτέλεσμα πολλαπλασιασμού του ρεύματος βάσης με το κέρδος β. Με τη σειρά του, η τάση στην αντίσταση Rc πάνω από τον συλλέκτη είναι το αποτέλεσμα του πολλαπλασιασμού του ενισχυμένου ρεύματος συλλέκτη με την τιμή της αντίστασης.

Έτσι, η έξοδος V λαμβάνει ένα σήμα με αυξημένο πλάτος ταλαντώσεων, αλλά με διατηρημένο σχήμα και συχνότητα. Είναι σημαντικό να τονιστεί ότι το τρανζίστορ παίρνει ενέργεια για ενίσχυση από το τροφοδοτικό VCC. Εάν η τάση τροφοδοσίας δεν είναι αρκετή, το τρανζίστορ δεν θα μπορεί να λειτουργήσει πλήρως και το σήμα εξόδου μπορεί να παραμορφωθεί.

Τρόποι λειτουργίας ενός διπολικού τρανζίστορ

Σύμφωνα με τα επίπεδα τάσης στα ηλεκτρόδια του τρανζίστορ, υπάρχουν τέσσερις τρόποι λειτουργίας του:

Λειτουργία αποκοπής.

Ενεργή λειτουργία (ενεργή λειτουργία).

Λειτουργία κορεσμού.

Αντίστροφη λειτουργία.

Λειτουργία αποκοπής

Όταν η τάση βάσης-εκπομπού είναι χαμηλότερη από 0,6V - 0,7V, η διασταύρωση PN μεταξύ βάσης και εκπομπού είναι κλειστή. Σε αυτή την κατάσταση, το τρανζίστορ δεν έχει ρεύμα βάσης. Ως αποτέλεσμα, δεν θα υπάρχει επίσης ρεύμα συλλέκτη, καθώς δεν υπάρχουν ελεύθερα ηλεκτρόνια στη βάση έτοιμα να κινηθούν προς την τάση συλλέκτη. Αποδεικνύεται ότι το τρανζίστορ είναι, σαν να λέγαμε, κλειδωμένο και λένε ότι είναι μέσα λειτουργία αποκοπής.

Ενεργή λειτουργία

ΣΤΟ ενεργή λειτουργίαη τάση στη βάση είναι επαρκής για να ανοίξει η διασταύρωση PN μεταξύ της βάσης και του πομπού. Σε αυτή την κατάσταση, το τρανζίστορ έχει ρεύματα βάσης και συλλέκτη. Το ρεύμα συλλέκτη ισούται με το ρεύμα βάσης πολλαπλασιασμένο με το κέρδος. Δηλαδή, ο ενεργός τρόπος είναι ο κανονικός τρόπος λειτουργίας του τρανζίστορ, ο οποίος χρησιμοποιείται για ενίσχυση.

Λειτουργία κορεσμού

Μερικές φορές το ρεύμα βάσης μπορεί να είναι πολύ μεγάλο. Ως αποτέλεσμα, η ισχύς τροφοδοσίας απλά δεν είναι αρκετή για να παρέχει ένα τέτοιο ρεύμα συλλέκτη που θα αντιστοιχεί στο κέρδος του τρανζίστορ. Στη λειτουργία κορεσμού, το ρεύμα συλλέκτη θα είναι το μέγιστο που μπορεί να παρέχει το τροφοδοτικό και δεν θα επηρεαστεί από το ρεύμα βάσης. Σε αυτή την κατάσταση, το τρανζίστορ δεν είναι σε θέση να ενισχύσει το σήμα, καθώς το ρεύμα συλλέκτη δεν ανταποκρίνεται στις αλλαγές του ρεύματος βάσης.

Στη λειτουργία κορεσμού, η αγωγιμότητα του τρανζίστορ είναι μέγιστη και είναι πιο κατάλληλη για τη λειτουργία του διακόπτη (κλειδί) στην κατάσταση "on". Ομοίως, στη λειτουργία αποκοπής, η αγωγιμότητα του τρανζίστορ είναι ελάχιστη, και αυτό αντιστοιχεί στον διακόπτη στην κατάσταση "off".

Αντίστροφη λειτουργία

Σε αυτήν τη λειτουργία, οι ρόλοι του συλλέκτη και του διακόπτη εκπομπού: η διασταύρωση PN συλλέκτη είναι πολωμένη προς τα εμπρός και η διασταύρωση εκπομπού είναι αντίστροφη πόλωση. Ως αποτέλεσμα, το ρεύμα ρέει από τη βάση στον συλλέκτη. Η περιοχή του ημιαγωγού συλλέκτη δεν είναι συμμετρική με τον πομπό και το κέρδος στον αντίστροφο τρόπο λειτουργίας είναι χαμηλότερο από τον κανονικό ενεργό τρόπο λειτουργίας. Ο σχεδιασμός του τρανζίστορ είναι κατασκευασμένος με τέτοιο τρόπο ώστε να λειτουργεί όσο το δυνατόν πιο αποτελεσματικά στην ενεργή λειτουργία. Επομένως, στην αντίστροφη λειτουργία, το τρανζίστορ πρακτικά δεν χρησιμοποιείται.

Βασικές παράμετροι ενός διπολικού τρανζίστορ.

τρέχον κέρδος- ο λόγος του ρεύματος συλλέκτη I C προς το ρεύμα βάσης I B . Σημειώνεται β , hfeή h21e, ανάλογα με τις ιδιαιτερότητες των υπολογισμών που πραγματοποιούνται με τρανζίστορ.

Το β είναι μια σταθερή τιμή για ένα τρανζίστορ και εξαρτάται από τη φυσική δομή της συσκευής. Το υψηλό κέρδος υπολογίζεται σε εκατοντάδες μονάδες, το χαμηλό - σε δεκάδες. Για δύο ξεχωριστά τρανζίστορ του ίδιου τύπου, ακόμα κι αν ήταν «γείτονες κατά μήκος του αγωγού» κατά την παραγωγή, το β μπορεί να διαφέρει ελαφρώς. Αυτό το χαρακτηριστικό του διπολικού τρανζίστορ είναι ίσως το πιο σημαντικό. Εάν άλλες παράμετροι της συσκευής μπορούν συχνά να παραμεληθούν στους υπολογισμούς, τότε το κέρδος ρεύματος είναι σχεδόν αδύνατο.

Αντίσταση εισόδου- αντίσταση στο τρανζίστορ, που «συναντά» το ρεύμα βάσης. Σημειώνεται R σε (R σε). Όσο μεγαλύτερο είναι, τόσο το καλύτερο για τα χαρακτηριστικά ενίσχυσης της συσκευής, αφού συνήθως υπάρχει μια αδύναμη πηγή σήματος στην πλευρά της βάσης, από την οποία πρέπει να καταναλώνετε όσο το δυνατόν λιγότερο ρεύμα. Η ιδανική επιλογή είναι όταν η αντίσταση εισόδου είναι ίση με το άπειρο.

Το R in για ένα μέσο διπολικό τρανζίστορ είναι αρκετές εκατοντάδες KΩ (kilo-ohms). Εδώ, το διπολικό τρανζίστορ χάνει πάρα πολύ από το τρανζίστορ φαινομένου πεδίου, όπου η αντίσταση εισόδου φθάνει τις εκατοντάδες GΩ (gigaohms).

Αγωγιμότητα εξόδου- την αγωγιμότητα του τρανζίστορ μεταξύ του συλλέκτη και του πομπού. Όσο μεγαλύτερη είναι η αγωγιμότητα εξόδου, τόσο περισσότερο ρεύμα συλλέκτη-εκπομπού θα μπορεί να περάσει μέσα από το τρανζίστορ με λιγότερη ισχύ.

Επίσης, με αύξηση της αγωγιμότητας εξόδου (ή μείωση της σύνθετης αντίστασης εξόδου), αυξάνεται το μέγιστο φορτίο που μπορεί να αντέξει ο ενισχυτής με μικρή απώλεια στο συνολικό κέρδος. Για παράδειγμα, εάν ένα τρανζίστορ με χαμηλή αγωγιμότητα εξόδου ενισχύει ένα σήμα 100 φορές χωρίς φορτίο, τότε όταν είναι συνδεδεμένο ένα φορτίο 1KΩ, θα ενισχυθεί ήδη μόνο 50 φορές. Ένα τρανζίστορ με το ίδιο κέρδος αλλά υψηλότερη αγωγιμότητα εξόδου θα έχει μικρότερη πτώση απολαβής. Η ιδανική επιλογή είναι όταν η αγωγιμότητα εξόδου είναι ίση με το άπειρο (ή η αντίσταση εξόδου R out \u003d 0 (R out \u003d 0)).

Είναι μια συσκευή ημιαγωγών με τρία ηλεκτρόδια, αποτελείται από δύο συνδέσεις p-n, η μεταφορά ηλεκτρικών φορτίων σε αυτά πραγματοποιείται από δύο τύπους φορέων - αυτά είναι ηλεκτρόνια και τρύπες. Δεδομένου ότι η συσκευή έχει 2 συνδέσεις p-n, ονομάζεται "διπολική".

Έχει βρει ευρεία εφαρμογή σε διάφορες ηλεκτρονικές συσκευές σχεδιασμένες για παραγωγή, ενίσχυση ή μεταγωγή (για παράδειγμα, σε λογικά κυκλώματα).

Το τρανζίστορ έχει 3 εξόδους που ονομάζονται ως εξής:

• βάση;
• συλλέκτης;
• εκπόμπος.

Αυτά τα τρία ηλεκτρόδια συνδέονται με διαδοχικά στρώματα ενός ημιαγωγού με διαφορετικού τύπουαγωγιμότητα ακαθαρσιών. Ανάλογα με το πώς συμβαίνει αυτή η εναλλαγή, διακρίνονται τα τρανζίστορ τύπου npn και pnp. Η συντομογραφία n - σημαίνει αρνητικός ηλεκτρονικός τύπος αγωγιμότητας και p σημαίνει θετική οπή.

Σύμφωνα με την αρχή της λειτουργίας, ένα διπολικό τρανζίστορ διαφέρει από ένα πεδίο στο ότι η μεταφορά φορτίου πραγματοποιείται από φορείς δύο τύπων ταυτόχρονα, δηλαδή ηλεκτρόνια και οπές. Εξ ου και το όνομα "διπολικό" προέρχεται από τη λέξη "bi" - "δύο".

;

Το ηλεκτρόδιο που συνδέεται με το στρώμα που βρίσκεται στο κέντρο ονομάζεται «βάση» και τα ηλεκτρόδια που συνδέονται με τα εξωτερικά στρώματα ονομάζονται «εκπομπός» και «συλλέκτης». Από τον τύπο της αγωγιμότητας, αυτά τα στρώματα εκπομπών και συλλέκτη δεν διαφέρουν σε τίποτα. Αλλά κατά τη διαδικασία κατασκευής τρανζίστορ για τη βελτίωση των ηλεκτρικών παραμέτρων, διακρίνονται από το βαθμό ντόπινγκ με ακαθαρσίες.

Ο πομπός είναι πολύ ντοπαρισμένος και ο συλλέκτης είναι ασθενώς ντοπαρισμένος, γεγονός που συμβάλλει στην αύξηση της επιτρεπόμενης τάσης συλλέκτη. Η τιμή της αντίστροφης τάσης διάσπασης της διασταύρωσης εκπομπού δεν είναι κρίσιμη, καθώς στα κυκλώματα τα τρανζίστορ συνήθως ενεργοποιούνται με μια διασταύρωση πομπού p-n με πόλωση προς τα εμπρός.

Εφόσον ο εκπομπός είναι πιο ισχυρός ντοπαρισμένος, θα συμβεί ισχυρότερη έγχυση μειοψηφικών φορέων στο βασικό στρώμα. Τι συμβάλλει στην αύξηση του συντελεστή μεταφοράς ρεύματος όταν το τρανζίστορ είναι ενεργοποιημένο σε ένα κύκλωμα με κοινή βάση.

Η περιοχή της διασταύρωσης συλλέκτη γίνεται πολύ μεγαλύτερη από τη διασταύρωση εκπομπού, με αποτέλεσμα να επιτυγχάνεται καλύτερη εισροή μειοψηφικών φορέων από το βασικό στρώμα και να βελτιώνονται οι συντελεστές μεταφοράς.

Προσπαθούν να κάνουν το πάχος του στρώματος βάσης όσο το δυνατόν μικρότερο για να αυξήσουν τις παραμέτρους συχνότητας ενός είδους ταχύτητας ενός διπολικού τρανζίστορ. Αλλά υπάρχει μια άλλη πλευρά της κιμωλίας - με μείωση του πάχους του στρώματος βάσης, η μέγιστη (περιοριστική) τιμή της τάσης σύνδεσης συλλέκτη μειώνεται. Ως εκ τούτου, η τιμή του πάχους της βάσης επιλέγεται ως η βέλτιστη.

Η αρχή της λειτουργίας και η συσκευή ενός διπολικού τρανζίστορ

Αρχικά, το μεταλλικό γερμάνιο χρησιμοποιήθηκε κυρίως σε τρανζίστορ και τώρα κατασκευάζονται από μονοκρυσταλλικό πυρίτιο και αρσενίδιο του γαλλίου, οι συσκευές που κατασκευάζονται με βάση το αρσενίδιο του γαλλίου έχουν υψηλή ταχύτητα και χρησιμοποιούνται σε κυκλώματα ενισχυτών μικροκυμάτων, σε λογικά κυκλώματα υψηλής ταχύτητας. Η ταχύτητά τους εξηγείται από την υψηλή κινητικότητα των φορέων στο αρσενίδιο του γαλλίου.

Το διπολικό τρανζίστορ έχει 3 στρώματα ημιαγωγών, τα οποία ντοπάρονται με διάφορους τρόπους: βάση (Β), πομπός (Ε), συλλέκτης (Κ). Ανάλογα με τη σειρά των στρωμάτων αγωγιμότητας, διατίθενται τρανζίστορ με αγωγιμότητα pnp και npn.

Το στρώμα βάσης βρίσκεται ανάμεσα στα άλλα δύο στρώματα και είναι ελαφρώς ντοπαρισμένο, με αποτέλεσμα να έχει υψηλή αντίσταση. Η περιοχή επαφής βάσης-εκπομπού είναι μικρότερη από την περιοχή συλλέκτη-βάσης. Αυτό γίνεται για τους εξής λόγους:

• Η αύξηση της περιοχής διασταύρωσης συλλέκτη-βάσης συμβάλλει στο γεγονός ότι οι μειοψηφικοί φορείς από τη βάση είναι πιο πιθανό να συλληφθούν από τον συλλέκτη· σε κατάσταση λειτουργίας, η διασταύρωση συλλέκτη είναι ενεργοποιημένη με αντίστροφη πόλωση.
• Επίσης, μια μεγάλη περιοχή συμβάλλει στη μεγαλύτερη απαγωγή θερμότητας κατά τη λειτουργία.

Η διασταύρωση εκπομπού είναι συνήθως ενεργοποιημένη προς την εμπρός κατεύθυνση (ανοιχτή) και η διασταύρωση συλλέκτη στην αντίστροφη κατεύθυνση (κλειστή).

Ας δούμε τη λειτουργία ενός τρανζίστορ τύπου n-p-n, ένα τρανζίστορ τύπου p-n-p λειτουργεί με τον ίδιο τρόπο, μόνο που σε αυτό οι κύριοι φορείς φορτίου δεν είναι ηλεκτρόνια αλλά τρύπες. Σε ένα τρανζίστορ τύπου npn, τα ηλεκτρόνια διέρχονται από μια διασταύρωση εκπομπού-βάσης, ή με άλλα λόγια, εγχέονται. Ένα κλάσμα αυτών των «νεοαφιχθέντων» ηλεκτρονίων ανασυνδυάζεται με οπές, τους κύριους φορείς φορτίου της βάσης. Αλλά λόγω του ότι η βάση μας είναι λεπτή και ελαφρά κραματοποιημένη, δηλ. υπάρχουν λίγες οπές, τότε η κύρια μάζα ηλεκτρονίων περνά (διαχέεται) στην περιοχή του συλλέκτη, αυτή η μετάβαση οφείλεται στο γεγονός ότι τα ηλεκτρόνια ανασυνδυάζονται με οπές στη βάση για μεγάλο χρονικό διάστημα και το ηλεκτρικό πεδίο του συλλέκτη είναι μεγάλο, έτσι τα ηλεκτρόνια δεσμεύονται στον συλλέκτη. Αποδεικνύεται ότι το ρεύμα συλλέκτη είναι σχεδόν ίσο με το ρεύμα εκπομπού μείον μικρές απώλειες ανασυνδυασμού στη βάση. Ik \u003d Ib-Ie.

Η βάση λειτουργεί απλώς ως βαλβίδα που εμποδίζει τη ροή των ηλεκτρονίων μέσω του τρανζίστορ. Για να ξεκινήσετε τον έλεγχο, πρέπει να εφαρμόσετε ρεύμα στην έξοδο της βάσης του τρανζίστορ. Ονομάζεται ρεύμα βάσης. Και η τάση που εφαρμόζεται στους ακροδέκτες του πομπού και της βάσης ονομάζεται "τάση πόλωσης". Αλλάζοντας αυτό το ρεύμα (βάση), αλλάζουμε έτσι το κύριο ρεύμα (συλλέκτη) μέσω του τρανζίστορ.

Θέρμανση τρανζίστορ

Τα ηλεκτρόνια που ρέουν μέσα από το τρανζίστορ αντιστέκονται έντονα από τους κόμβους του κρυσταλλικού πλέγματος των ημιαγωγών. Που το κάνει να ζεσταθεί. Στα διπολικά τρανζίστορ χαμηλής ισχύος, αυτή η θέρμανση δεν είναι σημαντική και σε καμία περίπτωση δεν επηρεάζει τη λειτουργία του. Αλλά σε ισχυρά τρανζίστορ μέσω των οποίων ρέουν μεγάλα ρεύματα, αυτή η θέρμανση μπορεί να οδηγήσει στη διάσπασή του. Για να αποφευχθεί αυτό, χρησιμοποιούνται θερμαντικά σώματα.

Τα θερμαντικά σώματα χρειάζονται για την απομάκρυνση της θερμότητας από το τρανζίστορ. Μερικές φορές χρησιμοποιείται θερμική πάστα για τη βελτίωση της απαγωγής θερμότητας. Μερικά καλοριφέρ έχουν πτερύγια στην επιφάνεια. Αυτές οι νευρώσεις αυξάνουν τη συνολική επιφάνεια. Μερικά καλοριφέρ είναι εξοπλισμένα με ανεμιστήρες, οι οποίοι παρέχουν συνεχή ροή αέρα και ως εκ τούτου αυξάνεται η απομάκρυνση της θερμότητας.

Διαγράμματα καλωδίωσης τρανζίστορ

Το τρανζίστορ μπορεί να συνδεθεί σε 3 διαφορετικά κυκλώματα:

• κύκλωμα εκπομπού?
• βασικό σύστημα·
• κύκλωμα συλλέκτη.

Η λειτουργία του τρανζίστορ σε αυτά τα κυκλώματα είναι διαφορετική.

Κύκλωμα μεταγωγής εκπομπού

Το πιο συχνά χρησιμοποιούμενο κύκλωμα μεταγωγής είναι το κύκλωμα εκπομπού. Η ενεργοποίηση του τρανζίστορ σύμφωνα με αυτό το σχήμα παρέχει ενίσχυση τάσης και ρεύματος. Η σύνθετη αντίσταση εισόδου αυτού του κυκλώματος είναι χαμηλή (της τάξης των εκατοντάδων ohms) και η σύνθετη αντίσταση εξόδου είναι υψηλή (δεκάδες kΩ).

Κύκλωμα μεταγωγής συλλέκτη

Αυτό το κύκλωμα έχει μια αξιοπρεπή αντίσταση εισόδου και μια μικρή αντίσταση εξόδου. Η σύνθετη αντίσταση εισόδου αυτού του κυκλώματος εξαρτάται από το φορτίο που έχουμε ενεργοποιήσει στην έξοδο και περισσότερο από αυτή την αντίσταση από τον συντελεστή ενίσχυσης. Συνιστάται η χρήση πηγής σήματος εισόδου με υψηλή σύνθετη αντίσταση εξόδου, όπως πυκνωτικό μικρόφωνο ή πιεζοηλεκτρικό pickup.

Βασικό κύκλωμα μεταγωγής

Αυτό το κύκλωμα χρησιμοποιείται μόνο για την ενίσχυση της τάσης. Το κέρδος ρεύματος, ή μάλλον ο λόγος της εξόδου προς το ρεύμα εισόδου, είναι πάντα μικρότερο από ένα. Χρησιμοποιείται για την ενίσχυση υψηλών συχνοτήτων και έχει ελάχιστα επίπεδα θορύβου σήματος εξόδου, για παράδειγμα, σε ενισχυτές κεραίας, όπου η αντίσταση είναι της τάξης των εκατοντάδων ohms.

Η λειτουργία ενός διπολικού τρανζίστορ σε διάφορους τρόπους λειτουργίας

τρανζίστορ μέσα ηλεκτρικά διαγράμματασυνδέεται με διαφορετικούς τρόπους και έχει 4 βασικούς τρόπους λειτουργίας. Η κύρια διαφορά τους είναι στην κατεύθυνση του ρεύματος που διαρρέει τη διασταύρωση ή στην απουσία του. ηλεκτρικό ρεύμα. Μια διασταύρωση εδώ εννοείται ότι είναι η περιοχή μεταξύ δύο p και n ημιαγωγών.

Ενεργή λειτουργία

Στη μετάβαση B - E; (βάση-εκπομπός); η άμεση τάση είναι συνδεδεμένη και Μεταφορά E-CΈχει συνδεθεί αντίστροφη τάση (εκπομπός-συλλέκτης) Η ενίσχυση του σήματος σε αυτή τη λειτουργία είναι μέγιστη. Αυτή η λειτουργία είναι η πιο συχνά χρησιμοποιούμενη.

Κορεσμένη λειτουργία

Στη μετάβαση Β - Ε και μετάβαση Β-Κεφαρμόζονται άμεσες τάσεις, οι μεταβάσεις είναι πλήρως ανοιχτές.

Λειτουργία αποκοπής

Τρόπος λειτουργίας ενός κλειστού τρανζίστορ όταν εφαρμόζεται αντίστροφη τάση στις μεταβάσεις. Χρησιμοποιείται σε κυκλώματα όπου χρειάζονται δύο καταστάσεις του τρανζίστορ: "ανοιχτό" ή "κλειστό". Τέτοια σχήματα ονομάζονται κλειδί.

Αντιστροφή λειτουργίας

Εφαρμόζεται μια τάση προς τα εμπρός στη διασταύρωση E-K (διασταύρωση συλλέκτη) και η αντίστροφη τάση εφαρμόζεται στη διασταύρωση B - E. Ένας μάλλον σπάνιος τρόπος λειτουργίας ενός διπολικού τρανζίστορ.

Βίντεο σχετικά με τη λειτουργία ενός διπολικού τρανζίστορ

Ένα τρανζίστορ είναι μια συσκευή ημιαγωγών που μπορεί να ενισχύσει, να μετατρέψει και να παράγει ηλεκτρικά σήματα. Το πρώτο λειτουργικό διπολικό τρανζίστορ εφευρέθηκε το 1947. Το γερμάνιο χρησίμευε ως υλικό για την κατασκευή του. Και ήδη το 1956, γεννήθηκε το τρανζίστορ πυριτίου.

Σε ένα διπολικό τρανζίστορ, χρησιμοποιούνται δύο τύποι φορέων φορτίου - ηλεκτρόνια και οπές, γι 'αυτό τέτοια τρανζίστορ ονομάζονται διπολικά. Εκτός από τα διπολικά, υπάρχουν μονοπολικά τρανζίστορ (πεδίου), τα οποία χρησιμοποιούν μόνο έναν τύπο φορέα - ηλεκτρόνια ή οπές. Αυτό το άρθρο θα συζητήσει τα διπολικά τρανζίστορ.

Τα περισσότερα τρανζίστορ πυριτίου έχουν δομή n-p-n, η οποία εξηγείται επίσης από την τεχνολογία παραγωγής, αν και υπάρχουν επίσης τρανζίστορ πυριτίου p-n-p, αλλά υπάρχουν κάπως λιγότερα από αυτά n-p-n δομές. Τέτοια τρανζίστορ χρησιμοποιούνται ως μέρος συμπληρωματικών ζευγών (τρανζίστορ διαφορετικής αγωγιμότητας με τις ίδιες ηλεκτρικές παραμέτρους). Για παράδειγμα, KT315 και KT361, KT815 και KT814, και στα στάδια εξόδου του τρανζίστορ UMZCH KT819 και KT818. Σε εισαγόμενους ενισχυτές, χρησιμοποιείται πολύ συχνά ένα ισχυρό συμπληρωματικό ζεύγος 2SA1943 και 2SC5200.

Συχνά, τα τρανζίστορ δομής p-n-p ονομάζονται τρανζίστορ άμεσης αγωγιμότητας και δομές n-p-n αντίστροφη. Για κάποιο λόγο, αυτό το όνομα δεν βρίσκεται σχεδόν ποτέ στη βιβλιογραφία, αλλά στον κύκλο των μηχανικών ραδιοφώνου και των ραδιοερασιτέχνων χρησιμοποιείται παντού, όλοι καταλαβαίνουν αμέσως περί τίνος πρόκειται. Το σχήμα 1 δείχνει μια σχηματική διάταξη τρανζίστορ και τα συμβατικά γραφικά τους σύμβολα.

Εικόνα 1.

Εκτός από τις διαφορές στον τύπο της αγωγιμότητας και του υλικού, τα διπολικά τρανζίστορ ταξινομούνται με βάση την ισχύ και τη συχνότητα λειτουργίας. Εάν η διαρροή ισχύος στο τρανζίστορ δεν υπερβαίνει τα 0,3 W, ένα τέτοιο τρανζίστορ θεωρείται χαμηλής ισχύος. Σε ισχύ 0,3 ... 3 W, το τρανζίστορ ονομάζεται τρανζίστορ μέσης ισχύος και σε ισχύ μεγαλύτερη από 3 W, η ισχύς θεωρείται υψηλή. Τα σύγχρονα τρανζίστορ είναι σε θέση να διαχέουν ισχύ πολλών δεκάδων και ακόμη και εκατοντάδων watt.

Τα τρανζίστορ ενισχύουν τα ηλεκτρικά σήματα όχι εξίσου καλά: με την αύξηση της συχνότητας, η ενίσχυση της βαθμίδας του τρανζίστορ πέφτει και σε μια ορισμένη συχνότητα σταματάει εντελώς. Επομένως, για να λειτουργούν σε ένα ευρύ φάσμα συχνοτήτων, παράγονται τρανζίστορ με διαφορετικές ιδιότητες συχνότητας.

Σύμφωνα με τη συχνότητα λειτουργίας, τα τρανζίστορ χωρίζονται σε χαμηλής συχνότητας - η συχνότητα λειτουργίας δεν είναι μεγαλύτερη από 3 MHz, μεσαία συχνότητα - 3 ... 30 MHz, υψηλή συχνότητα - πάνω από 30 MHz. Εάν η συχνότητα λειτουργίας υπερβαίνει τα 300 MHz, τότε αυτά είναι ήδη τρανζίστορ μικροκυμάτων.

Γενικά, περισσότερες από 100 διαφορετικές παράμετροι τρανζίστορ δίνονται σε σοβαρά παχιά βιβλία αναφοράς, γεγονός που υποδεικνύει επίσης έναν τεράστιο αριθμό μοντέλων. Και ο αριθμός των σύγχρονων τρανζίστορ είναι τέτοιος που δεν είναι πλέον δυνατό να τοποθετηθούν πλήρως σε κανένα βιβλίο αναφοράς. Και η παράταξηαυξάνεται συνεχώς, επιτρέποντας την επίλυση σχεδόν όλων των εργασιών που έχουν οριστεί από τους προγραμματιστές.

Υπάρχουν πολλά κυκλώματα τρανζίστορ (απλώς θυμηθείτε τον αριθμό τουλάχιστον του οικιακού εξοπλισμού) για την ενίσχυση και τη μετατροπή ηλεκτρικών σημάτων, αλλά, παρ' όλη την ποικιλομορφία τους, αυτά τα κυκλώματα αποτελούνται από ξεχωριστούς καταρράκτες, οι οποίοι βασίζονται σε τρανζίστορ. Για να επιτευχθεί η απαιτούμενη ενίσχυση σήματος, είναι απαραίτητο να χρησιμοποιηθούν πολλά στάδια ενίσχυσης συνδεδεμένα σε σειρά. Για να κατανοήσετε πώς λειτουργούν τα στάδια ενίσχυσης, πρέπει να εξοικειωθείτε περισσότερο με τα κυκλώματα μεταγωγής τρανζίστορ.

Από μόνο του, το τρανζίστορ δεν θα μπορεί να ενισχύσει τίποτα. Οι ενισχυτικές του ιδιότητες έγκεινται στο γεγονός ότι μικρές αλλαγές στο σήμα εισόδου (ρεύμα ή τάση) οδηγούν σε σημαντικές αλλαγές στην τάση ή το ρεύμα στην έξοδο του σταδίου λόγω της κατανάλωσης ενέργειας από εξωτερική πηγή. Είναι αυτή η ιδιότητα που χρησιμοποιείται ευρέως σε αναλογικά κυκλώματα - ενισχυτές, τηλεόραση, ραδιόφωνο, επικοινωνίες κ.λπ.

Για να απλοποιηθεί η παρουσίαση, θα εξεταστούν εδώ κυκλώματα που βασίζονται σε τρανζίστορ της δομής n-p-n. Όλα όσα θα ειπωθούν για αυτά τα τρανζίστορ ισχύουν εξίσου τρανζίστορ p-n-p. Αρκεί απλώς να αντιστρέψετε την πολικότητα των τροφοδοτικών και, εάν υπάρχει, να δημιουργήσετε ένα κύκλωμα λειτουργίας.

Συνολικά, υπάρχουν τρία τέτοια κυκλώματα: ένα κύκλωμα με κοινό πομπό (CE), ένα κύκλωμα με κοινό συλλέκτη (OC) και ένα κύκλωμα με κοινή βάση (OB). Όλα αυτά τα σχήματα φαίνονται στο σχήμα 2.

Σχήμα 2.

Αλλά προτού προχωρήσετε στην εξέταση αυτών των κυκλωμάτων, θα πρέπει να εξοικειωθείτε με τον τρόπο λειτουργίας του τρανζίστορ στη λειτουργία κλειδιού. Αυτή η εισαγωγή θα διευκολύνει την κατανόηση στη λειτουργία ενίσχυσης. Κατά μία έννοια, το κύκλωμα κλειδιού μπορεί να θεωρηθεί ως ένα είδος κυκλώματος με MA.

Λειτουργία τρανζίστορ σε λειτουργία κλειδιού

Πριν μελετήσετε τη λειτουργία ενός τρανζίστορ σε λειτουργία ενίσχυσης σήματος, αξίζει να θυμάστε ότι τα τρανζίστορ χρησιμοποιούνται συχνά σε λειτουργία κλειδιού.

Αυτός ο τρόπος λειτουργίας του τρανζίστορ έχει εξεταστεί εδώ και πολύ καιρό. Στο τεύχος Αυγούστου του περιοδικού «Ράδιο» το 1959 δημοσιεύτηκε άρθρο του Γ. Λαβρόφ «Ημιαγωγική τρίοδος σε λειτουργία κλειδιού». Ο συγγραφέας του άρθρου πρότεινε την αλλαγή της διάρκειας των παλμών στην περιέλιξη ελέγχου (OC). Τώρα αυτή η μέθοδος ρύθμισης ονομάζεται PWM και χρησιμοποιείται αρκετά συχνά. Το διάγραμμα από το περιοδικό εκείνης της εποχής φαίνεται στο Σχήμα 3.

Εικόνα 3

Αλλά η λειτουργία κλειδιού χρησιμοποιείται όχι μόνο σε συστήματα PWM. Συχνά ένα τρανζίστορ απλά ενεργοποιεί και απενεργοποιεί κάτι.

Σε αυτήν την περίπτωση, ένα ρελέ μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως φορτίο: εφαρμόζεται ένα σήμα εισόδου - το ρελέ είναι ενεργοποιημένο, όχι - το σήμα του ρελέ είναι απενεργοποιημένο. Συχνά χρησιμοποιούνται λαμπτήρες αντί για ρελέ στη λειτουργία κλειδιού. Συνήθως αυτό γίνεται για να δείξει: η λάμπα είναι είτε αναμμένη είτε σβηστή. Ένα διάγραμμα ενός τέτοιου σταδίου κλειδιού φαίνεται στο Σχήμα 4. Τα βασικά στάδια χρησιμοποιούνται επίσης για εργασία με LED ή με οπτικούς συζεύκτες.

Εικόνα 4

Στο σχήμα, ο καταρράκτης ελέγχεται από μια συμβατική επαφή, αν και μπορεί να είναι ψηφιακό μικροκύκλωμα ή αντ' αυτού. Μια λάμπα αυτοκινήτου, που χρησιμοποιείται για να φωτίζει το ταμπλό στο Zhiguli. Πρέπει να δοθεί προσοχή στο γεγονός ότι χρησιμοποιούνται 5V για έλεγχο και η τάση συλλέκτη μεταγωγής είναι 12V.

Δεν υπάρχει τίποτα περίεργο σε αυτό, αφού οι τάσεις σε αυτό το κύκλωμα δεν παίζουν κανένα ρόλο, μόνο τα ρεύματα έχουν σημασία. Επομένως, ο λαμπτήρας μπορεί να είναι τουλάχιστον 220 V, εάν το τρανζίστορ είναι σχεδιασμένο να λειτουργεί σε τέτοιες τάσεις. Η τάση της πηγής συλλέκτη πρέπει επίσης να ταιριάζει με την τάση λειτουργίας του φορτίου. Με τη βοήθεια τέτοιων καταρρακτών, το φορτίο συνδέεται με ψηφιακά μικροκυκλώματα ή μικροελεγκτές.

Σε αυτό το σχήμα, το ρεύμα βάσης ελέγχει το ρεύμα συλλέκτη, το οποίο, λόγω της ενέργειας της πηγής ισχύος, είναι αρκετές δεκάδες ή και εκατοντάδες φορές περισσότερο (ανάλογα με το φορτίο του συλλέκτη) από το ρεύμα βάσης. Είναι εύκολο να δούμε ότι υπάρχει αύξηση του ρεύματος. Όταν το τρανζίστορ λειτουργεί στη λειτουργία κλειδιού, χρησιμοποιείται συνήθως για τον υπολογισμό του καταρράκτη με την τιμή που ονομάζεται στα βιβλία αναφοράς "κέρδος ρεύματος στη λειτουργία μεγάλου σήματος" - στα βιβλία αναφοράς σημειώνεται με το γράμμα β. Αυτή είναι η αναλογία του ρεύματος συλλέκτη, που καθορίζεται από το φορτίο, προς το ελάχιστο δυνατό ρεύμα βάσης. Με τη μορφή μαθηματικού τύπου, μοιάζει με αυτό: β = Ik / Ib.

Για τα περισσότερα σύγχρονα τρανζίστορ, ο συντελεστής β είναι αρκετά μεγάλος, κατά κανόνα, από 50 και πάνω, επομένως, κατά τον υπολογισμό της βαθμίδας κλειδιού, μπορεί να ληφθεί ίσος με μόνο 10. και λειτουργία κλειδιού.

Για να ανάψετε τη λάμπα που φαίνεται στο σχήμα 3, Ib \u003d Ik / β \u003d 100mA / 10 \u003d 10mA, αυτό είναι τουλάχιστον. Με τάση ελέγχου 5V στη βασική αντίσταση Rb, μείον την πτώση τάσης στο τμήμα B-E, θα παραμείνει 5V - 0,6V = 4,4V. Η αντίσταση της βασικής αντίστασης θα είναι: 4,4V / 10mA = 440 ohms. Από την τυπική σειρά επιλέγεται μια αντίσταση με αντίσταση 430 ohms. Η τάση των 0,6 V είναι η τάση στη διασταύρωση B-E και δεν πρέπει να το ξεχνάτε κατά τον υπολογισμό!

Προκειμένου η βάση του τρανζίστορ να μην παραμένει «κρεμασμένη στον αέρα» όταν ανοίγει η επαφή ελέγχου, η διασταύρωση B-E συνήθως διακλαδίζεται με μια αντίσταση Rbe, η οποία κλείνει αξιόπιστα το τρανζίστορ. Αυτή η αντίσταση δεν πρέπει να ξεχαστεί, αν και για κάποιο λόγο δεν βρίσκεται σε ορισμένα κυκλώματα, γεγονός που μπορεί να οδηγήσει σε εσφαλμένη λειτουργία του σταδίου θορύβου. Στην πραγματικότητα, όλοι ήξεραν για αυτήν την αντίσταση, αλλά για κάποιο λόγο ξέχασαν και πάτησαν για άλλη μια φορά στη "τσάντα".

Η τιμή αυτής της αντίστασης πρέπει να είναι τέτοια ώστε όταν ανοίξει η επαφή, η τάση στη βάση να μην είναι μικρότερη από 0,6 V, διαφορετικά ο καταρράκτης θα είναι ανεξέλεγκτη, σαν να τμήμα Β-Εαπλά βραχυκυκλώθηκε. Στην πράξη, η αντίσταση Rbe ρυθμίζεται με ονομαστική τιμή περίπου δέκα φορές μεγαλύτερη από την Rb. Αλλά ακόμα κι αν η τιμή του Rb είναι 10K, το κύκλωμα θα λειτουργήσει αρκετά αξιόπιστα: τα δυναμικά της βάσης και του πομπού θα είναι ίσα, γεγονός που θα οδηγήσει στο κλείσιμο του τρανζίστορ.

Ένας τέτοιος καταρράκτης κλειδιών, εάν είναι σε καλή κατάσταση, μπορεί να ανάψει τη λάμπα σε πλήρη πυράκτωση ή να την απενεργοποιήσει εντελώς. Σε αυτή την περίπτωση, το τρανζίστορ μπορεί να είναι πλήρως ενεργοποιημένο (κατάσταση κορεσμού) ή πλήρως κλειστό (κατάσταση αποκοπής). Αμέσως, από μόνο του, το συμπέρασμα υποδηλώνει από μόνο του ότι ανάμεσα σε αυτές τις «οριακές» καταστάσεις υπάρχει κάτι τέτοιο όταν η λάμπα φωτίζει με μισή καρδιά. Είναι το τρανζίστορ μισάνοιχτο ή μισόκλειστο σε αυτή την περίπτωση; Είναι σαν να γεμίζεις ένα ποτήρι: ένας αισιόδοξος βλέπει το ποτήρι μισογεμάτο, ενώ ένας απαισιόδοξος το βλέπει μισοάδειο. Αυτός ο τρόπος λειτουργίας του τρανζίστορ ονομάζεται ενισχυτικός ή γραμμικός.

Λειτουργία τρανζίστορ σε λειτουργία ενίσχυσης σήματος

Σχεδόν όλος ο σύγχρονος ηλεκτρονικός εξοπλισμός αποτελείται από μικροκυκλώματα στα οποία είναι «κρυμμένα» τα τρανζίστορ. Αρκεί μόνο να επιλέξετε τον τρόπο λειτουργίας τελεστικος ΕΝΙΣΧΥΤΗΣγια να αποκτήσετε το επιθυμητό κέρδος ή εύρος ζώνης. Ωστόσο, παρά το γεγονός αυτό, συχνά χρησιμοποιούνται καταρράκτες σε διακριτά ("χαλαρά") τρανζίστορ και επομένως η κατανόηση της λειτουργίας του καταρράκτη ενίσχυσης είναι απλώς απαραίτητη.

Η πιο κοινή σύνδεση τρανζίστορ σε σύγκριση με το OK και το OB είναι το κύκλωμα κοινού εκπομπού (CE). Ο λόγος αυτής της επικράτησης, πρώτα απ 'όλα, είναι το κέρδος υψηλής τάσης και ρεύματος. Το υψηλότερο κέρδος του καταρράκτη OE παρέχεται όταν η μισή τάση του τροφοδοτικού Epit/2 πέσει στο φορτίο του συλλέκτη. Κατά συνέπεια, το δεύτερο μισό πέφτει στην πλοκή Τρανζίστορ K-E. Αυτό επιτυγχάνεται με τη ρύθμιση του καταρράκτη, ο οποίος θα συζητηθεί παρακάτω. Αυτός ο τρόπος ενίσχυσης ονομάζεται κλάση Α.

Όταν το τρανζίστορ με ΟΕ είναι ενεργοποιημένο, το σήμα εξόδου στον συλλέκτη βρίσκεται σε αντιφάση με το σήμα εισόδου. Ως μειονεκτήματα, μπορεί να σημειωθεί ότι η αντίσταση εισόδου του OE είναι μικρή (όχι μεγαλύτερη από μερικές εκατοντάδες ohms) και η αντίσταση εξόδου είναι μέσα σε δεκάδες kΩ.

Εάν στη λειτουργία κλειδιού το τρανζίστορ χαρακτηρίζεται από κέρδος ρεύματος στη λειτουργία μεγάλου σήματος β, τότε στη λειτουργία ενίσχυσης χρησιμοποιείται το "κέρδος ρεύματος στη λειτουργία μικρού σήματος", που υποδηλώνεται στα βιβλία αναφοράς h21e. Αυτός ο χαρακτηρισμός προήλθε από την αναπαράσταση του τρανζίστορ με τη μορφή τετραπόλου. Το γράμμα "e" υποδεικνύει ότι οι μετρήσεις έγιναν όταν το τρανζίστορ με κοινό πομπό ήταν ενεργοποιημένο.

Ο συντελεστής h21e, κατά κανόνα, είναι κάπως μεγαλύτερος από το β, αν και μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί σε υπολογισμούς στην πρώτη προσέγγιση. Παρόλα αυτά, η εξάπλωση των παραμέτρων β και h21e είναι τόσο μεγάλη ακόμη και για έναν τύπο τρανζίστορ που οι υπολογισμοί είναι μόνο κατά προσέγγιση. Μετά από τέτοιους υπολογισμούς, κατά κανόνα, απαιτείται προσαρμογή του σχήματος.

Το κέρδος του τρανζίστορ εξαρτάται από το πάχος της βάσης, επομένως δεν μπορεί να αλλάξει. Εξ ου και η μεγάλη διακύμανση στο κέρδος των τρανζίστορ που λαμβάνονται ακόμη και από ένα κουτί (διαβάστε μια παρτίδα). Για τρανζίστορ χαμηλής ισχύος, αυτός ο συντελεστής κυμαίνεται από 100 ... 1000 και για ισχυρά είναι 5 ... 200. Όσο πιο λεπτή είναι η βάση, τόσο μεγαλύτερος είναι ο συντελεστής.

Το απλούστερο κύκλωμα για την ενεργοποίηση ενός τρανζίστορ OE φαίνεται στο Σχήμα 5. Αυτό είναι μόνο ένα μικρό κομμάτι από το Σχήμα 2, που φαίνεται στο δεύτερο μέρος του άρθρου. Ένα τέτοιο κύκλωμα ονομάζεται κύκλωμα σταθερού ρεύματος βάσης.

Εικόνα 5

Το σχέδιο είναι εξαιρετικά απλό. Το σήμα εισόδου εφαρμόζεται στη βάση του τρανζίστορ μέσω του πυκνωτή αποσύνδεσης C1 και, ενισχύοντας, λαμβάνεται από τον συλλέκτη του τρανζίστορ μέσω του πυκνωτή C2. Ο σκοπός των πυκνωτών είναι η προστασία κυκλώματα εισόδουαπό τη σταθερή συνιστώσα του σήματος εισόδου (απλώς θυμηθείτε ένα μικρόφωνο άνθρακα ή ηλεκτρικού) και παρέχετε το απαραίτητο εύρος ζώνης του καταρράκτη.

Η αντίσταση R2 είναι το φορτίο συλλέκτη της σκηνής και το R1 παρέχει μια πόλωση DC στη βάση. Με τη βοήθεια αυτής της αντίστασης, προσπαθούν να κάνουν την τάση στον συλλέκτη να είναι Epit / 2. Αυτή η κατάσταση ονομάζεται σημείο λειτουργίας του τρανζίστορ, στην περίπτωση αυτή το κέρδος του καταρράκτη είναι το μέγιστο.

Κατά προσέγγιση η αντίσταση της αντίστασης R1 μπορεί να προσδιοριστεί με έναν απλό τύπο R1 ≈ R2 * h21e / 1,5 ... 1,8. Ο συντελεστής 1,5…1,8 αντικαθίσταται ανάλογα με την τάση τροφοδοσίας: σε χαμηλή τάση (όχι περισσότερο από 9V), η τιμή του συντελεστή δεν είναι μεγαλύτερη από 1,5 και ξεκινώντας από τα 50V, πλησιάζει το 1,8…2,0. Αλλά, πράγματι, ο τύπος είναι τόσο προσεγγιστικός που η αντίσταση R1 πρέπει να επιλέγεται συχνότερα, διαφορετικά δεν θα ληφθεί η απαιτούμενη τιμή του Epit / 2 στον συλλέκτη.

Η αντίσταση συλλέκτη R2 ορίζεται ως προϋπόθεση του προβλήματος, καθώς το ρεύμα συλλέκτη και το κέρδος του καταρράκτη στο σύνολό του εξαρτώνται από την τιμή του: όσο μεγαλύτερη είναι η αντίσταση της αντίστασης R2, τόσο υψηλότερο είναι το κέρδος. Αλλά με αυτήν την αντίσταση πρέπει να είστε προσεκτικοί, το ρεύμα συλλέκτη πρέπει να είναι μικρότερο από το μέγιστο επιτρεπόμενο για αυτόν τον τύπο τρανζίστορ.

Το σχήμα είναι πολύ απλό, αλλά αυτή η απλότητα του δίνει αρνητικές ιδιότητες και αυτή η απλότητα έχει κόστος. Πρώτον, η ενίσχυση του καταρράκτη εξαρτάται από τη συγκεκριμένη περίπτωση του τρανζίστορ: Αντικατέστησα το τρανζίστορ κατά την επισκευή, - επιλέξτε ξανά τη μετατόπιση, φέρτε το στο σημείο λειτουργίας.

Δεύτερον, στη θερμοκρασία περιβάλλον, - με αύξηση της θερμοκρασίας, το αντίστροφο ρεύμα συλλέκτη Ico αυξάνεται, γεγονός που οδηγεί σε αύξηση του ρεύματος συλλέκτη. Και πού είναι, λοιπόν, η μισή τάση τροφοδοσίας στον συλλέκτη Epit / 2, στο ίδιο σημείο λειτουργίας; Ως αποτέλεσμα, το τρανζίστορ θερμαίνεται ακόμη περισσότερο, μετά το οποίο αποτυγχάνει. Για να απαλλαγείτε από αυτήν την εξάρτηση ή τουλάχιστον να τη μειώσετε στο ελάχιστο, εισάγονται πρόσθετα στοιχεία αρνητικής ανάδρασης στον καταρράκτη τρανζίστορ - OOS.

Το σχήμα 6 δείχνει ένα κύκλωμα με σταθερή τάση πόλωσης.

Εικόνα 6

Φαίνεται ότι ο διαιρέτης τάσης Rb-k, Rb-e θα παρέχει την απαιτούμενη αρχική πόλωση του καταρράκτη, αλλά στην πραγματικότητα, ένας τέτοιος καταρράκτης έχει όλα τα μειονεκτήματα ενός κυκλώματος σταθερού ρεύματος. Έτσι, το κύκλωμα που φαίνεται είναι απλώς μια παραλλαγή του κυκλώματος σταθερού ρεύματος που φαίνεται στο Σχήμα 5.

Κυκλώματα με θερμική σταθεροποίηση

Η κατάσταση είναι κάπως καλύτερη στην περίπτωση εφαρμογής των σχημάτων που φαίνονται στο Σχήμα 7.

Εικόνα 7

Σε ένα κύκλωμα σταθεροποιημένο από συλλέκτη, η αντίσταση πόλωσης R1 δεν συνδέεται με την παροχή ρεύματος, αλλά με τον συλλέκτη του τρανζίστορ. Σε αυτή την περίπτωση, εάν το αντίστροφο ρεύμα αυξάνεται με την αύξηση της θερμοκρασίας, το τρανζίστορ ανοίγει πιο έντονα, η τάση του συλλέκτη μειώνεται. Αυτή η μείωση οδηγεί σε μείωση της τάσης πόλωσης που εφαρμόζεται στη βάση μέσω του R1. Το τρανζίστορ αρχίζει να κλείνει, το ρεύμα συλλέκτη μειώνεται σε μια αποδεκτή τιμή, η θέση του σημείου λειτουργίας αποκαθίσταται.

Είναι προφανές ότι ένα τέτοιο μέτρο σταθεροποίησης οδηγεί σε κάποια μείωση του κέρδους του καταρράκτη, αλλά αυτό δεν έχει σημασία. Η ενίσχυση που λείπει, κατά κανόνα, προστίθεται αυξάνοντας τον αριθμό των σταδίων ενίσχυσης. Αλλά μια τέτοια προστασία του περιβάλλοντος σας επιτρέπει να επεκτείνετε σημαντικά το εύρος θερμοκρασίας λειτουργίας του καταρράκτη.

Το κύκλωμα του καταρράκτη με σταθεροποίηση εκπομπού είναι κάπως πιο περίπλοκο. Οι ιδιότητες ενίσχυσης τέτοιων καταρρακτών παραμένουν αμετάβλητες σε ένα ακόμη μεγαλύτερο εύρος θερμοκρασίας από αυτό ενός κυκλώματος σταθεροποιημένου από συλλέκτη. Και ένα ακόμη αδιαμφισβήτητο πλεονέκτημα - κατά την αντικατάσταση του τρανζίστορ, δεν χρειάζεται να επιλέξετε ξανά τους τρόπους λειτουργίας του καταρράκτη.

Η αντίσταση εκπομπού R4, που παρέχει σταθεροποίηση της θερμοκρασίας, μειώνει επίσης το κέρδος του καταρράκτη. Είναι για συνεχές ρεύμα. Προκειμένου να αποκλειστεί η επίδραση της αντίστασης R4 στην ενίσχυση του εναλλασσόμενου ρεύματος, η αντίσταση R4 απομονώνεται από τον πυκνωτή Ce, ο οποίος παρουσιάζει μικρή αντίσταση στο εναλλασσόμενο ρεύμα. Η τιμή του καθορίζεται από το εύρος συχνοτήτων του ενισχυτή. Εάν αυτές οι συχνότητες βρίσκονται στο εύρος ήχου, τότε η χωρητικότητα του πυκνωτή μπορεί να είναι από μονάδες έως δεκάδες, ακόμη και εκατοντάδες μικροφαράντ. Για τις ραδιοσυχνότητες, αυτό είναι ήδη εκατοστά ή χιλιοστά, αλλά σε ορισμένες περιπτώσεις το κύκλωμα λειτουργεί καλά ακόμη και χωρίς αυτόν τον πυκνωτή.

Για να κατανοήσουμε καλύτερα πώς λειτουργεί η σταθεροποίηση του εκπομπού, είναι απαραίτητο να εξετάσουμε το κύκλωμα για την ενεργοποίηση ενός τρανζίστορ με κοινό συλλέκτη ΟΚ.

Το κοινό κύκλωμα συλλέκτη (CC) φαίνεται στο Σχήμα 8. Αυτό το κύκλωμα είναι ένα κομμάτι του Σχήματος 2, από το δεύτερο μέρος του άρθρου, το οποίο δείχνει και τα τρία κυκλώματα μεταγωγής τρανζίστορ.

Εικόνα 8

Το φορτίο της βαθμίδας είναι η αντίσταση εκπομπού R2, το σήμα εισόδου τροφοδοτείται μέσω του πυκνωτή C1 και το σήμα εξόδου λαμβάνεται μέσω του πυκνωτή C2. Εδώ μπορείτε να ρωτήσετε γιατί αυτό το σχήμα ονομάζεται ΟΚ; Άλλωστε, αν θυμηθούμε το κύκλωμα ΟΕ, τότε φαίνεται καθαρά ότι ο πομπός είναι συνδεδεμένος στο κοινό καλώδιο του κυκλώματος, σε σχέση με το οποίο εφαρμόζεται το σήμα εισόδου και αφαιρείται το σήμα εξόδου.

Στο κύκλωμα ΟΚ, ο συλλέκτης είναι απλά συνδεδεμένος με την πηγή ρεύματος και με την πρώτη ματιά φαίνεται ότι δεν έχει καμία σχέση με το σήμα εισόδου και εξόδου. Αλλά στην πραγματικότητα, η πηγή EMF (μπαταρία ισχύος) έχει πολύ μικρή εσωτερική αντίσταση· για ένα σήμα, αυτό είναι πρακτικά ένα σημείο, η ίδια επαφή.

Πιο αναλυτικά, η λειτουργία του κυκλώματος ΟΚ φαίνεται στο Σχήμα 9.

Εικόνα 9

Είναι γνωστό ότι για τα τρανζίστορ πυριτίου η τάση διακλάδωσης b-e κυμαίνεται από 0,5 ... 0,7 V, επομένως μπορείτε να την πάρετε κατά μέσο όρο 0,6 V, εάν δεν σκοπεύετε να πραγματοποιήσετε υπολογισμούς με ακρίβεια δέκατων του τοις εκατό . Επομένως, όπως φαίνεται στο σχήμα 9, τάση εξόδουθα είναι πάντα μικρότερη από την είσοδο κατά την τιμή του Ub-e, δηλαδή από τα ίδια 0,6V. Σε αντίθεση με το κύκλωμα OE, αυτό το κύκλωμα δεν αναστρέφει το σήμα εισόδου, απλώς το επαναλαμβάνει, ακόμη και το μειώνει κατά 0,6 V. Αυτό το κύκλωμα ονομάζεται επίσης ακόλουθος εκπομπού. Γιατί χρειάζεται ένα τέτοιο σχήμα, ποια είναι η χρήση του;

Το κύκλωμα OK ενισχύει το σήμα ρεύματος κατά h21e φορές, πράγμα που σημαίνει ότι η σύνθετη αντίσταση εισόδου του κυκλώματος είναι h21e φορές μεγαλύτερη από την αντίσταση στο κύκλωμα εκπομπού. Με άλλα λόγια, χωρίς φόβο να κάψετε το τρανζίστορ, εφαρμόστε τάση απευθείας στη βάση (χωρίς περιοριστική αντίσταση). Απλώς πάρτε τον πείρο βάσης και συνδέστε τον στη ράγα ισχύος +U.

Η υψηλή σύνθετη αντίσταση εισόδου σάς επιτρέπει να συνδέσετε μια πηγή εισόδου υψηλής σύνθετης αντίστασης ( σύνθετη αντίσταση), όπως ένα πιεζοηλεκτρικό pickup. Εάν ένα τέτοιο pickup συνδέεται με τον καταρράκτη σύμφωνα με το σχήμα OE, τότε η χαμηλή αντίσταση εισόδου αυτού του καταρράκτη απλώς θα "προσγειώσει" το σήμα λήψης - "το ραδιόφωνο δεν θα παίξει".

Ένα χαρακτηριστικό γνώρισμα του κυκλώματος ΟΚ είναι ότι το ρεύμα συλλέκτη Ik εξαρτάται μόνο από την αντίσταση φορτίου και την τάση της πηγής σήματος εισόδου. Σε αυτή την περίπτωση, οι παράμετροι του τρανζίστορ δεν παίζουν κανένα ρόλο εδώ. Τέτοια κυκλώματα λέγεται ότι καλύπτονται από 100% ανάδραση τάσης.

Όπως φαίνεται στο Σχήμα 9, το ρεύμα στο φορτίο του εκπομπού (γνωστός και ως το ρεύμα εκπομπού) In = Ik + Ib. Λαμβάνοντας υπόψη ότι το ρεύμα βάσης Ib είναι αμελητέο σε σύγκριση με το ρεύμα συλλέκτη Ik, μπορεί να υποτεθεί ότι το ρεύμα φορτίου είναι ίσο με το ρεύμα συλλέκτη In = Ik. Το ρεύμα στο φορτίο θα είναι (Uin - Ube) / Rn. Σε αυτήν την περίπτωση, θα υποθέσουμε ότι το Ube είναι γνωστό και είναι πάντα ίσο με 0,6V.

Επομένως, το ρεύμα συλλέκτη Ik = (Uin - Ube) / Rn εξαρτάται μόνο από την τάση εισόδου και την αντίσταση φορτίου. Η αντίσταση φορτίου μπορεί να αλλάξει σε μεγάλο εύρος, ωστόσο, δεν είναι απαραίτητο να είστε ιδιαίτερα ζήλοι. Εξάλλου, αν αντί για Rn βάλετε ένα καρφί - ένα εκατοστό, τότε κανένα τρανζίστορ δεν θα επιβιώσει!

Το κύκλωμα ΟΚ διευκολύνει τη μέτρηση του συντελεστή μεταφοράς στατικού ρεύματος h21e. Πώς να το κάνετε αυτό φαίνεται στο Σχήμα 10.

Εικόνα 10.

Αρχικά, μετρήστε το ρεύμα φορτίου όπως φαίνεται στο Σχήμα 10α. Σε αυτή την περίπτωση, η βάση του τρανζίστορ δεν χρειάζεται να συνδεθεί πουθενά, όπως φαίνεται στο σχήμα. Μετά από αυτό, το ρεύμα βάσης μετράται σύμφωνα με το σχήμα 10β. Οι μετρήσεις πρέπει και στις δύο περιπτώσεις να γίνονται στις ίδιες ποσότητες: είτε σε αμπέρ είτε σε milliamp. Η τάση τροφοδοσίας και το φορτίο πρέπει να παραμένουν ίδια και για τις δύο μετρήσεις. Για να μάθετε τον συντελεστή μεταφοράς στατικού ρεύματος, αρκεί να διαιρέσετε το ρεύμα φορτίου με το ρεύμα βάσης: h21e ≈ In / Ib.

Πρέπει να σημειωθεί ότι με αύξηση του ρεύματος φορτίου, το h21e μειώνεται κάπως και με αύξηση της τάσης τροφοδοσίας αυξάνεται. Οι ακόλουθοι πομπού είναι συχνά κατασκευασμένοι σε διαμόρφωση push-pull χρησιμοποιώντας συμπληρωματικά ζεύγη τρανζίστορ για την αύξηση της ισχύος εξόδου της συσκευής. Ένας τέτοιος ακολουθητής εκπομπού φαίνεται στο Σχήμα 11.

Εικόνα 11.

Εικόνα 12.

Η συμπερίληψη τρανζίστορ σύμφωνα με το σχήμα με κοινή βάση ΠΕΡΙΠΟΥ

Ένα τέτοιο κύκλωμα παρέχει μόνο κέρδος τάσης, αλλά έχει καλύτερες ιδιότητες συχνότητας σε σύγκριση με το κύκλωμα OE: τα ίδια τρανζίστορ μπορούν να λειτουργήσουν σε υψηλότερες συχνότητες. Η κύρια εφαρμογή του κυκλώματος OB είναι οι ενισχυτές κεραίας των σειρών UHF. Το κύκλωμα του ενισχυτή κεραίας φαίνεται στο Σχήμα 12.

Είναι διπολικά τρανζίστορ. Τα κυκλώματα μεταγωγής εξαρτώνται από την αγωγιμότητά τους (οπή ή ηλεκτρονική) και τις λειτουργίες που εκτελούν.

Ταξινόμηση

Τα τρανζίστορ χωρίζονται σε ομάδες:

1. Σύμφωνα με υλικά: το αρσενίδιο του γαλλίου και το πυρίτιο χρησιμοποιούνται συχνότερα.
2. Ανά συχνότητα σήματος: χαμηλή (έως 3 MHz), μεσαία (έως 30 MHz), υψηλή (έως 300 MHz), εξαιρετικά υψηλή (πάνω από 300 MHz).
3. Σύμφωνα με τη μέγιστη διασπορά ισχύος: έως 0,3 W, έως 3 W, περισσότερα από 3 W.
4. Ανά τύπο συσκευής: τρία συνδεδεμένα στρώματα ημιαγωγού με εναλλασσόμενες μεθόδους άμεσης και αντίστροφης αγωγής ακαθαρσιών.

Πώς λειτουργούν τα τρανζίστορ;

Το εξωτερικό και το εσωτερικό στρώμα του τρανζίστορ συνδέονται με τα ηλεκτρόδια τροφοδοσίας, που ονομάζονται αντίστοιχα πομπός, συλλέκτης και βάση.

Ο εκπομπός και ο συλλέκτης δεν διαφέρουν μεταξύ τους ως προς τους τύπους αγωγιμότητας, αλλά ο βαθμός ντόπινγκ με ακαθαρσίες στο τελευταίο είναι πολύ χαμηλότερος. Αυτό εξασφαλίζει αύξηση της επιτρεπόμενης τάσης εξόδου.

Η βάση, που είναι η μεσαία στρώση, έχει υψηλή αντίσταση, αφού είναι κατασκευασμένη από ελαφρώς ντοπαρισμένο ημιαγωγό. Έχει μια σημαντική περιοχή επαφής με τον συλλέκτη, η οποία βελτιώνει την απομάκρυνση της θερμότητας που παράγεται λόγω της αντίστροφης πόλωσης της διασταύρωσης και επίσης διευκολύνει τη διέλευση των μειοψηφικών φορέων - ηλεκτρονίων. Παρά το γεγονός ότι τα στρώματα μετάβασης βασίζονται στην ίδια αρχή, το τρανζίστορ είναι μια συσκευή με ένα άκρο. Κατά την αλλαγή των θέσεων των ακραίων στρωμάτων με την ίδια αγωγιμότητα, είναι αδύνατο να ληφθούν παρόμοιες παραμέτρους μιας συσκευής ημιαγωγών.

Τα κυκλώματα μεταγωγής μπορούν να το διατηρήσουν σε δύο καταστάσεις: μπορεί να είναι ανοιχτό ή κλειστό. Στην ενεργή λειτουργία, όταν το τρανζίστορ είναι ενεργοποιημένο, η πόλωση εκπομπού της διασταύρωσης γίνεται προς την εμπρός κατεύθυνση. Για να το εξετάσετε οπτικά αυτό, για παράδειγμα, σε μια τρίοδο ημιαγωγού τύπου n-p-n, θα πρέπει να εφαρμοστεί τάση σε αυτό από πηγές, όπως φαίνεται στο παρακάτω σχήμα.

Το όριο στη δεύτερη διασταύρωση συλλέκτη είναι τότε κλειστό και δεν πρέπει να διαρρέει ρεύμα. Αλλά στην πράξη, το αντίθετο συμβαίνει λόγω της εγγύτητας των μεταβάσεων μεταξύ τους και της αμοιβαίας επιρροής τους. Δεδομένου ότι το "μείον" της μπαταρίας συνδέεται με τον πομπό, η ανοιχτή διασταύρωση επιτρέπει στα ηλεκτρόνια να εισέλθουν στη ζώνη βάσης, όπου εν μέρει ανασυνδυάζονται με οπές - τους κύριους φορείς. Σχηματίζεται το ρεύμα βάσης I b. Όσο ισχυρότερο είναι, τόσο περισσότερο ρεύμα εξέρχεται αναλογικά. Οι ενισχυτές που βασίζονται σε διπολικά τρανζίστορ λειτουργούν βάσει αυτής της αρχής.

Μόνο η κίνηση διάχυσης των ηλεκτρονίων συμβαίνει μέσω της βάσης, καθώς δεν υπάρχει δράση ηλεκτρικού πεδίου εκεί. Λόγω του ασήμαντου πάχους του στρώματος (μικρά) και του μεγάλου μεγέθους των αρνητικά φορτισμένων σωματιδίων, σχεδόν όλα πέφτουν στην περιοχή του συλλέκτη, αν και η αντίσταση της βάσης είναι αρκετά μεγάλη. Εκεί έλκονται από το ηλεκτρικό πεδίο της μετάβασης, το οποίο συμβάλλει στην ενεργό μεταφορά τους. Τα ρεύματα συλλέκτη και εκπομπού είναι σχεδόν ίσα μεταξύ τους, αν παραμελήσουμε την ελαφρά απώλεια φορτίων που προκαλείται από τον ανασυνδυασμό στη βάση: I e \u003d I b + I k.

Παράμετροι τρανζίστορ

1. Κέρδος τάσης U eq / U be και ρεύμα: β = I k / I b (πραγματικές τιμές). Τυπικά, ο συντελεστής β δεν υπερβαίνει την τιμή του 300, αλλά μπορεί να φτάσει σε τιμή 800 και άνω.
2. αντίσταση εισόδου.
3. Απόκριση συχνότητας - η απόδοση ενός τρανζίστορ μέχρι μια δεδομένη συχνότητα, πάνω από την οποία τα μεταβατικά σε αυτό δεν συμβαδίζουν με τις αλλαγές στο εφαρμοζόμενο σήμα.

Διπολικό τρανζίστορ: κυκλώματα μεταγωγής, τρόποι λειτουργίας

Οι τρόποι λειτουργίας διαφέρουν ανάλογα με τον τρόπο συναρμολόγησης του κυκλώματος. Το σήμα πρέπει να εφαρμόζεται και να αφαιρείται σε δύο σημεία για κάθε περίπτωση, και υπάρχουν μόνο τρεις διαθέσιμες έξοδοι. Από αυτό προκύπτει ότι ένα ηλεκτρόδιο πρέπει να ανήκει ταυτόχρονα στην είσοδο και στην έξοδο. Έτσι ανάβουν όλα τα διπολικά τρανζίστορ. Σχέδια συμπερίληψης: ABOUT, OE και OK.

1. Σχεδιάστε με OK

Κύκλωμα μεταγωγής με κοινό συλλέκτη: το σήμα πηγαίνει στην αντίσταση R L, η οποία περιλαμβάνεται επίσης στο κύκλωμα συλλέκτη. Μια τέτοια σύνδεση ονομάζεται κοινό κύκλωμα συλλέκτη.

Αυτή η επιλογή δημιουργεί μόνο τρέχον κέρδος. Το πλεονέκτημα του ακολούθου εκπομπού είναι η δημιουργία μεγάλης αντίστασης εισόδου (10-500 kOhm), η οποία καθιστά δυνατή την εύκολη αντιστοίχιση των καταρρακτών.

2. Σχέδιο με ΟΒ

Σχέδιο για την ενεργοποίηση ενός διπολικού τρανζίστορ με κοινή βάση: το σήμα εισόδου εισέρχεται μέσω του C 1 και μετά την ενίσχυση αφαιρείται στο κύκλωμα συλλέκτη εξόδου, όπου το ηλεκτρόδιο βάσης είναι κοινό. Σε αυτή την περίπτωση, δημιουργείται ένα κέρδος τάσης παρόμοιο με την εργασία με ΟΕ.

Το μειονέκτημα είναι μια μικρή αντίσταση εισόδου (30-100 ohms) και το κύκλωμα OB χρησιμοποιείται ως ταλαντωτής.

3. Σχέδιο με Ο.Ε

Σε πολλές περιπτώσεις, όταν χρησιμοποιούνται διπολικά τρανζίστορ, τα κυκλώματα μεταγωγής κατασκευάζονται κυρίως με έναν κοινό πομπό. Η τάση τροφοδοσίας τροφοδοτείται μέσω της αντίστασης φορτίου R L και ο αρνητικός πόλος της εξωτερικής τροφοδοσίας συνδέεται με τον πομπό.

Ένα εναλλασσόμενο σήμα από την είσοδο πηγαίνει στον πομπό και τα ηλεκτρόδια βάσης (V in) και στο κύκλωμα συλλέκτη γίνεται ήδη μεγαλύτερο (V CE). Τα κύρια στοιχεία του κυκλώματος: ένα τρανζίστορ, μια αντίσταση R L και ένα κύκλωμα εξόδου ενισχυτή με εξωτερική τροφοδοσία. Βοηθητικό: πυκνωτής C 1, ο οποίος εμποδίζει τη διέλευση συνεχούς ρεύματος στο κύκλωμα σήματος εισόδου και αντίσταση R 1, μέσω του οποίου ανοίγει το τρανζίστορ.

Στο κύκλωμα συλλέκτη, οι τάσεις στην έξοδο του τρανζίστορ και κατά μήκος της αντίστασης R L είναι μαζί ίσες με την τιμή EMF: V CC \u003d I C R L + V CE.

Έτσι, ένα μικρό σήμα V στην είσοδο θέτει το νόμο της αλλαγής της τάσης τροφοδοσίας DC σε AC στην έξοδο του ελεγχόμενου μετατροπέα τρανζίστορ. Το κύκλωμα παρέχει αύξηση του ρεύματος εισόδου κατά 20-100 φορές και της τάσης - κατά 10-200 φορές. Αντίστοιχα, αυξάνεται και η ισχύς.

Το μειονέκτημα του κυκλώματος: μια μικρή αντίσταση εισόδου (500-1000 ohms). Για το λόγο αυτό προκύπτουν προβλήματα στο σχηματισμό σταδίων ενίσχυσης. Η αντίσταση εξόδου είναι 2-20 kOhm.

Τα παρακάτω διαγράμματα δείχνουν πώς λειτουργεί ένα διπολικό τρανζίστορ. Εάν δεν λάβετε πρόσθετα μέτρα, η απόδοσή τους θα επηρεαστεί σε μεγάλο βαθμό από εξωτερικές επιρροές, όπως η υπερθέρμανση και η συχνότητα σήματος. Επίσης η γείωση του πομπού δημιουργεί μη γραμμική παραμόρφωση στην έξοδο. Για να αυξηθεί η αξιοπιστία της λειτουργίας, στο κύκλωμα συνδέονται ανατροφοδοτήσεις, φίλτρα κ.λπ. Σε αυτήν την περίπτωση, το κέρδος μειώνεται, αλλά η συσκευή γίνεται πιο αποδοτική.

Τρόποι λειτουργίας

Η λειτουργία του τρανζίστορ επηρεάζεται από την τιμή της συνδεδεμένης τάσης. Όλοι οι τρόποι λειτουργίας μπορούν να εμφανιστούν εάν χρησιμοποιείται το κύκλωμα που παρουσιάστηκε προηγουμένως για την ενεργοποίηση ενός διπολικού τρανζίστορ με κοινό πομπό.

1. Λειτουργία αποκοπής

Αυτή η λειτουργία δημιουργείται όταν η τιμή τάσης VBE πέσει στα 0,7 V. Σε αυτήν την περίπτωση, η διασταύρωση του εκπομπού κλείνει και δεν υπάρχει ρεύμα συλλέκτη, καθώς δεν υπάρχουν ελεύθερα ηλεκτρόνια στη βάση. Έτσι, το τρανζίστορ είναι κλειδωμένο.

2. Ενεργή λειτουργία

Εάν εφαρμοστεί αρκετή τάση στη βάση για να ανοίξει το τρανζίστορ, εμφανίζεται ένα μικρό ρεύμα εισόδου και ένα αυξημένο ρεύμα εξόδου, ανάλογα με την τιμή του κέρδους. Τότε το τρανζίστορ θα λειτουργήσει ως ενισχυτής.

3. Λειτουργία κορεσμού

Ο τρόπος λειτουργίας διαφέρει από τον ενεργό στο ότι το τρανζίστορ ανοίγει εντελώς και το ρεύμα συλλέκτη φτάνει τη μέγιστη δυνατή τιμή. Η αύξησή του μπορεί να επιτευχθεί μόνο με αλλαγή του εφαρμοζόμενου EMF ή του φορτίου στο κύκλωμα εξόδου. Όταν αλλάζει το ρεύμα βάσης, το ρεύμα συλλέκτη δεν αλλάζει. Η λειτουργία κορεσμού χαρακτηρίζεται από το γεγονός ότι το τρανζίστορ είναι εξαιρετικά ανοιχτό και εδώ χρησιμεύει ως διακόπτης στην κατάσταση ενεργοποίησης. Τα κυκλώματα για την ενεργοποίηση διπολικών τρανζίστορ όταν συνδυάζουν λειτουργίες αποκοπής και κορεσμού καθιστούν δυνατή τη δημιουργία ηλεκτρονικών κλειδιών με τη βοήθειά τους.

Όλοι οι τρόποι λειτουργίας εξαρτώνται από τη φύση των χαρακτηριστικών εξόδου που εμφανίζονται στο γράφημα.

Μπορούν να αποδειχθούν ξεκάθαρα εάν έχει συναρμολογηθεί ένα κύκλωμα για την ενεργοποίηση ενός διπολικού τρανζίστορ με ΟΕ.

Εάν αφήσετε στην άκρη τμήματα στους άξονες τεταγμένων και τετμημένης που αντιστοιχούν στο μέγιστο δυνατό ρεύμα συλλέκτη και στην τιμή της τάσης τροφοδοσίας V CC και στη συνέχεια συνδέσετε τα άκρα τους μεταξύ τους, θα έχετε μια γραμμή φόρτωσης (κόκκινη). Περιγράφεται με την έκφραση: I C \u003d (V CC - V CE) / R C . Από το σχήμα προκύπτει ότι το σημείο λειτουργίας που καθορίζει το ρεύμα συλλέκτη I C και την τάση V CE θα μετατοπιστεί κατά μήκος της γραμμής φορτίου από κάτω προς τα πάνω με αύξηση του ρεύματος βάσης I V.

Η ζώνη μεταξύ του άξονα V CE και του πρώτου χαρακτηριστικού εξόδου (σκιασμένο), όπου I B = 0, χαρακτηρίζει τη λειτουργία αποκοπής. Σε αυτή την περίπτωση, το αντίστροφο ρεύμα I C είναι αμελητέο και το τρανζίστορ είναι κλειστό.

Το ανώτατο χαρακτηριστικό στο σημείο Α τέμνεται με ένα άμεσο φορτίο, μετά το οποίο, με περαιτέρω αύξηση στο I B, το ρεύμα συλλέκτη δεν αλλάζει πλέον. Η ζώνη κορεσμού στο γράφημα είναι η σκιασμένη περιοχή μεταξύ του άξονα IC και του πιο απότομου χαρακτηριστικού.

Πώς συμπεριφέρεται ένα τρανζίστορ σε διαφορετικούς τρόπους λειτουργίας;

Το τρανζίστορ λειτουργεί με μεταβλητά ή σταθερά σήματα που εισέρχονται στο κύκλωμα εισόδου.

Διπολικό τρανζίστορ: κυκλώματα μεταγωγής, ενισχυτής

Ως επί το πλείστον, το τρανζίστορ χρησιμεύει ως ενισχυτής. Ένα μεταβλητό σήμα στην είσοδο οδηγεί σε αλλαγή στο ρεύμα εξόδου του. Εδώ μπορείτε να εφαρμόσετε σχήματα με ΟΚ ή με ΟΕ. Στο κύκλωμα εξόδου, το σήμα απαιτεί φορτίο. Συνήθως χρησιμοποιείτε μια αντίσταση εγκατεστημένη στο κύκλωμα συλλέκτη εξόδου. Εάν το επιλέξετε σωστά, η τάση εξόδου θα είναι πολύ υψηλότερη από την είσοδο.

Η λειτουργία του ενισχυτή φαίνεται καθαρά στα διαγράμματα χρονισμού.

Όταν τα παλμικά σήματα μετατρέπονται, η λειτουργία παραμένει η ίδια όπως για τα ημιτονοειδή. Η ποιότητα της μετατροπής των αρμονικών τους στοιχείων καθορίζεται από τα χαρακτηριστικά συχνότητας των τρανζίστορ.

Λειτουργία σε λειτουργία διακόπτη

Σχεδιασμένο για ανεπαφική εναλλαγή συνδέσεων ηλεκτρικά κυκλώματα. Η αρχή είναι να αλλάξουμε σταδιακά την αντίσταση του τρανζίστορ. Ο διπολικός τύπος είναι αρκετά κατάλληλος για τις απαιτήσεις της συσκευής κλειδιού.

συμπέρασμα

Τα στοιχεία ημιαγωγών χρησιμοποιούνται σε κυκλώματα για τη μετατροπή ηλεκτρικών σημάτων. Οι ευέλικτες δυνατότητες και η μεγάλη ταξινόμηση καθιστούν δυνατή την ευρεία χρήση διπολικών τρανζίστορ. Τα σχήματα μεταγωγής καθορίζουν τις λειτουργίες και τους τρόπους λειτουργίας τους. Πολλά εξαρτώνται επίσης από τα χαρακτηριστικά.

Τα βασικά κυκλώματα μεταγωγής διπολικών τρανζίστορ ενισχύουν, δημιουργούν και μετατρέπουν σήματα εισόδου, καθώς και διακόπτουν ηλεκτρικά κυκλώματα.