TRANZISTOARE BIPOLARE

Un tranzistor bipolar este un dispozitiv semiconductor format din trei regiuni cu tipuri alternative de conductivitate electrică și conceput pentru a amplifica un semnal.

Tranzistoarele bipolare sunt dispozitive semiconductoare pentru scopuri universale și sunt utilizate pe scară largă în diverse amplificatoare, generatoare, dispozitive de impuls și comutare.

Tranzistoare bipolare pot fi clasificate după material: germaniu și siliciu;după tipul de conductivitate: tip p-n-r și n- p- n; din punct de vedere al puterii: mic (Pleagăn< 0,3 W), medie (R leagăn= 1,5 W) și mare (Pleagăn> 1,5 W); după frecvență: frecvență joasă, frecvență medie, frecvență înaltă și microunde.

În astfel de tranzistoare, curentul este determinat de mișcarea purtătorilor de sarcină de două tipuri: electroni și găuri. De aici numele lor: bipolar.

tranzistor bipolareste o placă de germaniu sau siliciu în care sunt create trei regiuni cu conductivități electrice diferite. Pentru tip tranzistorn-R- nregiunea din mijloc are conductivitate în găuri, iar regiunile cele mai exterioare au conductivitate electronică.

Tranzistoare tip p-n-p au o regiune mijlocie cu electronică, iar extremă - cu conductivitate în găuri.

Regiunea de mijloc a tranzistorului se numește bază, o regiune extremă este emițătorul, iar a doua este colectorul. Astfel, tranzistorul are două R- n- tranziție: emițător - între emițător și bază și colector - între bază și colector.

Emițătorul este regiunea tranzistorului pentru injectarea purtătorilor de sarcină în bază. Colector - o zonă al cărei scop este extragerea purtătorilor de încărcare din bază. Baza este regiunea în care purtătorii de sarcină care nu sunt majoritari pentru această regiune sunt injectați de către emițător.

Concentrația purtătorilor majoritari de sarcină în emițător este de multe ori mai mare decât concentrația purtătorilor majoritarisarcina în bază, iar în colector este puțin mai mică decât concentrația din emițător. Prin urmare, conductivitatea emițătorului este mult mai mare decât conductivitatea de bază, iar conductivitatea colectorului este mai mică decât conductivitatea emițătorului.

În funcție de care dintre borne este comună pentru circuitele de intrare și de ieșire, există trei circuite pentru conectarea tranzistorului: cu o bază comună (CB), un emițător comun (CE) și un colector comun (CC).

Circuitul de intrare sau de control servește la controlul funcționării tranzistorului. În circuitul de ieșire, sau controlat, se obțin oscilații amplificate. Sursa de oscilații amplificate este inclusă în circuit de intrare, iar sarcina este pornită la ieșire.

Principiul de funcționare al unui tranzistor folosind exemplul tranzistorului p-n-p – tip inclus într-un circuit cu o bază comună (CB).

Tensiunile externe a două surse de alimentare EE și ELaconectat la tranzistor în așa fel încât joncțiunea emițătorului P1 să fie polarizată în direcția înainte, iar joncțiunea colectorului P2 să fie polarizată în direcția opusă.

Dacă se aplică tensiune inversă joncțiunii colectorului și circuitul emițătorului este deschis, un mic curent invers curge în circuitul colectoruluieuco. Apare sub influența tensiunii inverse și este creată de mișcarea direcțională a purtătorilor de sarcină minoritari, a găurilor de bază și a electronilor colector prin joncțiunea colectorului. Curentul invers circulă prin circuit: +ELa, colector de bază, −ELa.

Când o tensiune constantă EE este conectată la circuitul emițătorului în direcția înainte, bariera de potențial a joncțiunii emițătorului scade. Începe injectarea găurilor în bază.

Tensiunea externă aplicată tranzistorului se dovedește a fi aplicată în principal tranzițiilor P1 și P2, deoarece au rezistență ridicată în comparație cu rezistența regiunilor de bază, emițător și colector. Prin urmare, găurile injectate în bază se deplasează prin aceasta prin difuzie. În acest caz, găurile se recombină cu electronii bazei. Deoarece concentrația de purtători în bază este mult mai mică decât în ​​emițător, foarte puține găuri se recombină. Cu o grosime mică a bazei, aproape toate găurile vor ajunge la joncțiunea colectorului P2. Electronii recombinați sunt înlocuiți cu electroni de la sursa de energie ELa. Găurile care se recombină cu electronii din bază creează un curent de bazăeu B.

Sub influența tensiunii inverse ELa,bariera de potențial a joncțiunii colectoare crește, iar grosimea joncțiunii P2 crește. Găurile care intră în regiunea joncțiunii colectorului cad în câmpul de accelerare creat la joncțiune de tensiunea colectorului și sunt atrase de colector, creând un curent de colectoreuLa. Curentul colectorului circulă prin circuit: +ELa, colector de bază, -ELa.

Astfel, în b ipolar Există trei tipuri de curent care circulă într-un tranzistor: emițător, colector și bază.

În fir, care este ieșirea bazei, curenții emițătorului și colectorului sunt direcționați opus. Curentul de bază este egal cu diferența dintre curenții emițătorului și colectorului:eu B = eu E − eu LA.

Procese fizice într-un tip tranzistorn-R- nprocedează în mod similar cu procesele dintr-un tranzistor de tip pn-R.

Curentul total al emițătoruluieuE este determinată de numărul de purtători de sarcină principale injectați de emițător. Partea principală a acestor purtători de sarcină, ajungând la colector, creează un curent de colectoreuLa. O mică parte a purtătorilor de sarcină injectați în bază se recombină în bază, creând un curent de bazăeuB. În consecință, curentul emițătorului va fi împărțit în curenți de bază și de colector, adică.eu E = eu B + euLa.

Curentul de ieșire al tranzistorului depinde de curentul de intrare. Prin urmare, un tranzistor este un dispozitiv controlat de curent.

Modificările curentului emițătorului cauzate de modificările tensiunii joncțiunii emițătorului sunt complet transmise circuitului colectorului, provocând o modificare a curentului colectorului. Și pentru că tensiunea de alimentare a colectorului ELamult mai mare decât emițătorul Euh, apoi puterea consumată în circuitul colector PLa, va exista mult mai multă putere în circuitul emițător Рuh. Astfel, este posibil să se controleze puterea mare în circuitul colector al tranzistorului cu putere scăzută cheltuită în circuitul emițător, adică are loc o creștere a puterii.

Circuite de comutare pentru tranzistoare bipolare

Tranzistorul este inclus în circuit, astfel încât unul dintre bornele sale este intrarea, al doilea este ieșirea, iar al treilea este comun pentru circuitele de intrare și de ieșire. În funcție de electrodul comun, există trei circuite pentru conectarea tranzistoarelor: OB, OE și OK. Pentru tranzistorn-R- nîn circuitele de comutare se modifică doar polaritatea tensiunilor și direcția curenților. Pentru orice circuit de comutare a tranzistorului, polaritatea surselor de alimentare trebuie aleasă astfel încât joncțiunea emițătorului să fie pornită în direcția înainte, iar joncțiunea colectorului în direcția inversă.

Caracteristicile statice ale tranzistoarelor bipolare

Modul static de funcționare al tranzistorului este modul în care nu există sarcină în circuitul de ieșire.

Caracteristicile statice ale tranzistoarelor sunt dependențele exprimate grafic ale tensiunii și curentului circuitului de intrare (caracteristicile curent-tensiune de intrare) și ale circuitului de ieșire (caracteristicile curent-tensiune de ieșire). Tipul de caracteristici depinde de metoda de pornire a tranzistorului.

Caracteristicile unui tranzistor conectat conform circuitului OB

eu E = f(U EB) la U KB = const(A).

eu K = f(U KB) la eu E = const(b).

Caracteristicile statice ale unui tranzistor bipolar conectat conform circuitului OB.Caracteristicile curent-tensiune de ieșire au trei zone caracteristice: 1 – dependență puternicăeuLa din UKB; 2 – dependență slabăeuLa din UKB; 3 – defectarea joncțiunii colectorului.O caracteristică a caracteristicilor din regiunea 2 este creșterea ușoară a acestora odată cu creșterea tensiuniiU KB.

Caracteristicile unui tranzistor conectat conform circuitului OE:

Caracteristica de intrare este dependența:

eu B = f(U BE) la U CE = const(b).

Caracteristica de ieșire este dependența:

eu K = f(U CE) la eu B = const(A).

Mod de funcționare a tranzistorului bipolar

Tranzistorul poate funcționa în trei moduri, în funcție de tensiunea la joncțiunile sale. Când funcționează în modul activ, tensiunea la joncțiunea emițătorului este directă, iar la joncțiunea colectorului este inversă.

Modul de întrerupere sau blocare se realizează prin aplicarea tensiunii inverse la ambele joncțiuni (ambele p-n- tranzițiile sunt închise).

Dacă la ambele joncțiuni tensiunea este directă (ambele p-n- tranzițiile sunt deschise), atunci tranzistorul funcționează în modul de saturație.În modul cutoff și modul de saturație, nu există aproape niciun control al tranzistorului. În modul activ, un astfel de control este efectuat cel mai eficient, iar tranzistorul poate îndeplini funcțiile unui element activ al unui circuit electric - amplificare, generare.

treapta de amplificare cu tranzistor bipolar

Cel mai utilizat circuit este circuitul de comutare a tranzistorului cu un emițător comun.Elementele principale ale circuitului sunt sursa de alimentare ELa, element controlat - tranzistorVT si rezistenta RLa. Aceste elemente formează circuitul de ieșire al etajului de amplificare, în care, datorită fluxului de curent controlat, la ieșirea circuitului se creează o tensiune alternativă amplificată.Alte elemente ale circuitului joacă un rol de sprijin. Condensatorul CRse desparte. În absența acestui condensator în circuitul sursei de semnal de intrare, un curent continuu ar fi creat de la sursa de alimentare ELa.

Rezistor RB, inclus în circuitul de bază, asigură funcționarea tranzistorului în absența unui semnal de intrare. Modul de repaus este furnizat de curentul de bază de repauseu B = E La/ R B. Cu un rezistorRLaeste creată tensiunea de ieșire.RLaîndeplinește funcția de a crea o tensiune variabilă în circuitul de ieșire datorită fluxului de curent controlat prin circuitul de bază.

Pentru circuitul colector al etapei amplificatorului, putem scrie următoarea ecuație a stării electrice:

E La= Uke+ euLaRLa,

suma căderilor de tensiune pe rezistorRk și tensiunea colector-emițătorUketranzistorul este întotdeauna egal cu o valoare constantă - FEM a sursei de alimentare ELa.

Procesul de amplificare se bazează pe conversia energiei unei surse de tensiune constantă ELaîn energie Tensiune ACîn circuitul de ieșire prin modificarea rezistenței elementului controlat (tranzistorul) conform legii specificate de semnalul de intrare.

Salutări, dragi prieteni! Astăzi vom vorbi despre tranzistoarele bipolare și informațiile vor fi utile în primul rând începătorilor. Deci, dacă sunteți interesat de ce este un tranzistor, de principiul său de funcționare și, în general, pentru ce este folosit, atunci luați un scaun mai confortabil și apropiați-vă.

Să continuăm, și avem conținut aici, va fi mai convenabil să navighezi în articol

Tipuri de tranzistoare

Tranzistoarele sunt în principal de două tipuri: tranzistoare bipolare și tranzistoare cu efect de câmp. Desigur, a fost posibil să luați în considerare toate tipurile de tranzistori într-un singur articol, dar nu vreau să vă gătesc terci în cap. Prin urmare, în acest articol ne vom uita exclusiv la tranzistoarele bipolare și voi vorbi despre tranzistoarele cu efect de câmp într-unul din articolele următoare. Să nu adunăm totul împreună, ci să acordăm atenție fiecăruia în parte.

tranzistor bipolar

Tranzistorul bipolar este un descendent al triodelor cu tuburi, cele care au fost în televizoarele secolului XX. Triodele au intrat în uitare și au făcut loc unor frați mai funcționali - tranzistoare, sau mai degrabă tranzistoare bipolare.

Cu rare excepții, triodele sunt folosite în echipamente pentru iubitorii de muzică.

Tranzistoarele bipolare pot arăta așa.

După cum puteți vedea, tranzistoarele bipolare au trei terminale și din punct de vedere structural pot arăta complet diferit. Dar mai departe scheme electrice arată simplu și mereu la fel. Și toată această splendoare grafică arată cam așa.

Această imagine a tranzistorilor este numită și UGO (simbol grafic convențional).

Mai mult, tranzistoarele bipolare pot avea diferite tipuri de conductivitate. Există tranzistoare de tip NPN și de tip PNP.

Diferența dintre un tranzistor n-p-n și un tranzistor p-n-p este doar că este un „purtător” de sarcină electrică (electroni sau „găuri”). Acestea. pentru un tranzistor pnp, electronii se deplasează de la emițător la colector și sunt controlați de bază. Pentru un tranzistor npn, electronii merg de la colector la emițător și sunt controlați de bază. Ca urmare, ajungem la concluzia că pentru a înlocui un tranzistor de un tip de conductivitate cu altul în circuit, este suficient să schimbați polaritatea tensiunii aplicate. Sau schimbați prostește polaritatea sursei de alimentare.

Tranzistoarele bipolare au trei terminale: colector, emițător și bază. Cred că va fi greu să te încurci de UGO, dar într-un tranzistor adevărat este ușor să te încurci.

De obicei, unde se determină rezultatul este din cartea de referință, dar puteți pur și simplu. Ieșirile tranzistorului sună ca două diode conectate la un punct comun (în regiunea de bază a tranzistorului).

În stânga este o poză pentru un tranzistor de tip p-n-p, la formare se creează senzația (prin citirile unui multimetru) că aveți în față două diode care sunt conectate la un moment dat prin catozii lor. Pentru tranzistor tip n-p-n Diodele de la punctul de bază sunt conectate prin anozii lor. Cred că după ce am experimentat cu un multimetru va fi mai clar.

Principiul de funcționare al unui tranzistor bipolar

Acum vom încerca să ne dăm seama cum funcționează un tranzistor. Nu voi intra în detalii despre structura internă a tranzistorilor, deoarece aceste informații nu fac decât să încurce. Ar fi bine să aruncați o privire la acest desen.

Această imagine explică cel mai bine principiul de funcționare al unui tranzistor. În această imagine, o persoană controlează curentul colectorului folosind un reostat. El se uită la curentul de bază, dacă curentul de bază crește, atunci persoana crește și curentul colectorului, ținând cont de câștigul tranzistorului h21E. Dacă curentul de bază scade, atunci și curentul colectorului va scădea - o persoană îl va corecta cu un reostat.

Această analogie nu are nimic de-a face cu modul în care funcționează de fapt un tranzistor, dar face mai ușor de înțeles cum funcționează.

Pentru tranzistori, pot fi observate reguli care au scopul de a facilita înțelegerea. (Aceste reguli sunt preluate din carte).

1. Colectorul are un potenţial mai pozitiv decât emiţătorul
2. După cum am spus deja, circuitele de bază-colector și bază-emițător funcționează ca diode
3. Fiecare tranzistor este caracterizat de limite precum curentul colectorului, curentul de bază și tensiunea colector-emițător.
4. În cazul în care sunt respectate regulile 1-3, atunci curentul colectorului Ik este direct proporțional cu curentul de bază Ib. Această relație poate fi scrisă ca o formulă.

Din această formulă putem exprima proprietatea principală a unui tranzistor - un curent de bază mic controlează un curent mare de colector.

Câștig curent.

Este de asemenea notat ca

Pe baza celor de mai sus, tranzistorul poate funcționa în patru moduri:

1. Modul de întrerupere a tranzistorului— în acest mod joncțiunea bază-emițător este închisă, acest lucru se poate întâmpla atunci când tensiunea bază-emițător este insuficientă. Ca urmare, nu există curent de bază și, prin urmare, nu va exista nici curent de colector.
2. Mod activ tranzistor- acesta este modul normal de funcționare al tranzistorului. În acest mod, tensiunea bază-emițător este suficientă pentru a determina deschiderea joncțiunii bază-emițător. Curentul de bază este suficient și este disponibil și curentul de colector. Curentul colectorului este egal cu curentul de bază înmulțit cu câștigul.
3. Modul de saturație a tranzistorului - Tranzistorul comută în acest mod atunci când curentul de bază devine atât de mare încât puterea sursei de alimentare pur și simplu nu este suficientă pentru a crește și mai mult curentul colectorului. În acest mod, curentul colectorului nu poate crește în urma creșterii curentului de bază.
4. Modul tranzistor invers— acest mod este folosit extrem de rar. În acest mod, colectorul și emițătorul tranzistorului sunt schimbate. Ca urmare a unor astfel de manipulări, câștigul tranzistorului suferă foarte mult. Tranzistorul nu a fost conceput inițial pentru a funcționa într-un mod atât de special.

Pentru a înțelege cum funcționează un tranzistor, trebuie să vă uitați la exemple de circuite specifice, așa că să ne uităm la unele dintre ele.

Tranzistor în modul comutator

Un tranzistor în modul comutator este unul dintre cazurile de circuite de tranzistori cu un emițător comun. Circuitul tranzistorului în modul de comutare este folosit foarte des. Acest circuit tranzistor este utilizat, de exemplu, atunci când este necesar să controlați o sarcină puternică folosind un microcontroler. Piciorul controlerului nu este capabil să tragă o sarcină puternică, dar tranzistorul poate. Se pare că controlerul controlează tranzistorul, iar tranzistorul controlează o sarcină puternică. Ei bine, primul lucru.

Ideea principală a acestui mod este că curentul de bază controlează curentul colectorului. În plus, curentul colectorului este mult mai mare decât curentul de bază. Aici puteți vedea cu ochiul liber că semnalul curent este amplificat. Această amplificare se realizează folosind energia sursei de alimentare.

Figura prezintă o diagramă a funcționării unui tranzistor în modul de comutare.

Pentru circuitele tranzistoare, tensiunile nu joacă un rol important, doar curenții contează. Prin urmare, dacă raportul dintre curentul colectorului și curentul de bază este mai mic decât câștigul tranzistorului, atunci totul este în regulă.

În acest caz, chiar dacă avem o tensiune de 5 volți aplicată la bază și 500 de volți în circuitul colector, atunci nu se va întâmpla nimic rău, tranzistorul va comuta în mod ascultător sarcina de înaltă tensiune.

Principalul lucru este că aceste tensiuni nu depășesc valorile limită pentru un anumit tranzistor (setat în caracteristicile tranzistorului).

Din câte știm, valoarea curentă este o caracteristică a sarcinii.

Nu cunoaștem rezistența becului, dar știm că curentul de funcționare al becului este de 100 mA. Pentru ca tranzistorul să se deschidă și să permită curgerea unui astfel de curent, trebuie să selectați curentul de bază corespunzător. Putem ajusta curentul de bază prin modificarea valorii rezistenței de bază.

Deoarece valoarea minimă a câștigului tranzistorului este 10, atunci pentru ca tranzistorul să se deschidă, curentul de bază trebuie să devină 10 mA.

Curentul de care avem nevoie este cunoscut. Tensiunea pe rezistorul de bază va fi Această valoare a tensiunii pe rezistor se datorează faptului că 0,6V-0,7V este scăzut la joncțiunea bază-emițător și nu trebuie să uităm să luăm în considerare acest lucru.

Ca rezultat, putem găsi cu ușurință rezistența rezistorului

Tot ce rămâne este să alegeți o anumită valoare dintr-un număr de rezistențe și este gata.

Acum probabil crezi că comutatorul tranzistorului va funcționa așa cum ar trebui? Că atunci când rezistența de bază este conectată la +5 V becul se aprinde, când este stins becul se stinge? Răspunsul poate fi sau nu da.

Chestia este că există o mică nuanță aici.

Becul se va stinge când potențialul rezistenței este egal cu potențialul de masă. Dacă rezistorul este pur și simplu deconectat de la sursa de tensiune, atunci totul nu este atât de simplu. Tensiunea de pe rezistența de bază poate apărea în mod miraculos ca urmare a interferențelor sau a unui alt spirit rău din altă lume.

Pentru a preveni acest efect, procedați în felul următor. Un alt rezistor Rbe este conectat între bază și emițător. Acest rezistor este ales cu o valoare de cel puțin 10 ori mai mare decât rezistența de bază Rb (În cazul nostru, am luat un rezistor de 4,3 kOhm).

Când baza este conectată la orice tensiune, tranzistorul funcționează așa cum ar trebui, rezistorul Rbe nu interferează cu acesta. Acest rezistor consumă doar o mică parte din curentul de bază.

În cazul în care nu se aplică tensiune pe bază, baza este trasă până la potențialul de masă, ceea ce ne salvează de tot felul de interferențe.

Deci, în principiu, ne-am dat seama de funcționarea tranzistorului în modul cheie și, după cum puteți vedea, modul de funcționare cheie este un fel de amplificare a tensiunii a semnalului. La urma urmei, am controlat o tensiune de 12 V folosind o tensiune joasă de 5 V.

Adept emițător

Un emițător urmăritor este un caz special al circuitelor de tranzistori cu colector comun.

O caracteristică distinctivă a unui circuit cu un colector comun dintr-un circuit cu un emițător comun (opțiune cu un comutator tranzistor) este că acest circuit nu amplifică semnalul de tensiune. Ce a intrat prin bază a ieșit prin emițător, cu aceeași tensiune.

Într-adevăr, să presupunem că am aplicat 10 volți la bază, în timp ce știm că la joncțiunea bază-emițător undeva în jur de 0,6-0,7V este scăzut. Se pare că la ieșire (la emițător, la sarcina Rн) va exista o tensiune de bază de minus 0,6V.

S-a dovedit 9,4 V, într-un cuvânt, aproape la fel de mult cât a intrat și a ieșit. Ne-am asigurat că acest circuit nu va crește tensiunea pentru noi.

„Atunci, ce rost are să pornești tranzistorul așa?” întrebi. Dar se dovedește că această schemă are o altă proprietate foarte importantă. Circuitul pentru conectarea unui tranzistor cu un colector comun amplifică semnalul din punct de vedere al puterii. Puterea este produsul dintre curent și tensiune, dar din moment ce tensiunea nu se modifică, atunci puterea crește doar datorită curentului! Curentul de sarcină este suma curentului de bază plus curentul colectorului. Dar dacă comparați curentul de bază și curentul colectorului, curentul de bază este foarte mic în comparație cu curentul colectorului. Se pare că curentul de sarcină este egal cu curentul colectorului. Și rezultatul este această formulă.

Acum cred că este clar care este esența circuitului de urmărire a emițătorului, dar asta nu este tot.

Adeptul emițătorului are o altă calitate foarte valoroasă - înaltă impedanta de intrare. Aceasta înseamnă că acest circuit tranzistor nu consumă aproape niciun curent de intrare și nu creează nicio sarcină pe circuitul sursei de semnal.

Pentru a înțelege principiul de funcționare a unui tranzistor, aceste două circuite de tranzistor vor fi destul de suficiente. Și dacă experimentați cu un fier de lipit în mâini, atunci epifania pur și simplu nu vă va face să așteptați, deoarece teoria este teorie și practica este experienta personala de sute de ori mai valoros!

De unde pot cumpara tranzistoare?

Ca toate celelalte componente radio, tranzistoarele pot fi achiziționate de la orice magazin de piese radio din apropiere. Dacă locuiți undeva la periferie și nu ați auzit de astfel de magazine (cum am făcut înainte), atunci rămâne ultima opțiune - comandați tranzistori dintr-un magazin online. Eu însumi comand adesea componente radio prin magazine online, deoarece ceva pur și simplu poate să nu fie disponibil într-un magazin offline obișnuit.

Cu toate acestea, dacă asamblați un dispozitiv exclusiv pentru dvs., atunci nu vă puteți îngrijora, ci îl puteți extrage din cel vechi și, ca să spunem așa, să dați o viață nouă vechii componente radio.

Ei bine, prieteni, asta e tot pentru mine. Ți-am spus tot ce am plănuit astăzi. Dacă aveți întrebări, întrebați-le în comentarii, dacă nu aveți întrebări, scrieți oricum comentarii, părerea dvs. este întotdeauna importantă pentru mine. Apropo, nu uitați că toți cei care lasă un comentariu pentru prima dată vor primi un cadou.

De asemenea, asigurați-vă că vă abonați la articole noi, pentru că o mulțime de lucruri interesante și utile vă așteaptă în continuare.

Vă doresc mult succes, succes și o dispoziție însorită!

De la n/a Vladimir Vasiliev

P.S. Prieteni, asigurați-vă că vă abonați la actualizări! Prin abonare, vei primi materiale noi direct pe email! Și apropo, toți cei care se înscriu vor primi un cadou util!

TEMA 4. TRANZISTOARE BIPOLARE

4.1 Proiectare și principiu de funcționare

Un tranzistor bipolar este un dispozitiv semiconductor format din trei regiuni cu tipuri alternative de conductivitate electrică și este potrivit pentru amplificarea puterii.

Tranzistoarele bipolare produse în prezent pot fi clasificate după următoarele criterii:

După material: germaniu și siliciu;

După tipul de conductivitate a zonelor: tipuri p-n-p și n-p-n;

După putere: scăzut (Pmax £ 0,3 W), mediu (Pmax £ 1,5 W) și de mare putere(Rmax > 1,5W);

După frecvență: frecvență joasă, frecvență medie, frecvență înaltă și cuptor cu microunde.

În tranzistoarele bipolare, curentul este determinat de mișcarea purtătorilor de sarcină de două tipuri: electroni și găuri (sau majoritar și minoritar). De aici și numele lor - bipolar.

În prezent, doar tranzistoare cu planare joncțiune pn mi.

Structura unui tranzistor bipolar plan este prezentată schematic în Fig. 4.1.

Este o placă de germaniu sau siliciu în care sunt create trei regiuni cu conductivități electrice diferite. Pentru tip tranzistor medie n-р-n regiunea are gaură, iar regiunile exterioare au conductivitate electronică.

Tranzistoarele de tip pnp au o regiune medie cu conductivitate electronică și regiuni exterioare cu conductivitate electrică.

Regiunea de mijloc a tranzistorului se numește bază, o regiune extremă este emițătorul, iar cealaltă este colectorul. Astfel, tranzistorul are două joncțiuni p-n: emițătorul - între emițător și bază și colectorul - între bază și colector. Aria joncțiunii emițătorului este mai mică decât aria joncțiunii colectorului.

Emițătorul este regiunea tranzistorului al cărei scop este injectarea purtătorilor de sarcină în bază. Un colector este o regiune al cărei scop este extragerea purtătorilor de sarcină din bază. Baza este regiunea în care emițătorul injectează purtători de sarcină care nu sunt majoritari pentru această regiune.

Concentrația purtătorilor principali de sarcină în emițător este de multe ori mai mare decât concentrația purtătorilor principali de sarcină din bază, iar concentrația lor în colector este ceva mai mică decât concentrația în emițător. Prin urmare, conductivitatea emițătorului este cu câteva ordine de mărime mai mare decât conductivitatea de bază, iar conductivitatea colectorului este ceva mai mică decât conductivitatea emițătorului.

Se trag concluzii de la bază, emițător și colector. În funcție de care dintre borne este comună pentru circuitele de intrare și de ieșire, există trei circuite pentru conectarea tranzistorului: cu o bază comună (CB), un emițător comun (CE) și un colector comun (CC).

Circuitul de intrare sau de control servește la controlul funcționării tranzistorului. În circuitul de ieșire, sau controlat, se obțin oscilații amplificate. Sursa de oscilații amplificate este inclusă în circuitul de intrare, iar sarcina este conectată la circuitul de ieșire.

Să luăm în considerare principiul de funcționare al unui tranzistor folosind exemplul unui tranzistor de tip pnp conectat conform unui circuit cu o bază comună (Fig. 4.2).

Figura 4.2 – Principiul de funcționare al unui tranzistor bipolar (tip pnp)

Tensiunile externe ale două surse de alimentare EE și Ek sunt conectate la tranzistor astfel încât joncțiunea emițătorului P1 este polarizată în direcția înainte (tensiune directă), iar joncțiunea colectorului P2 este polarizată în direcția inversă (tensiune inversă) .

Dacă se aplică o tensiune inversă joncțiunii colectorului și circuitul emițătorului este deschis, atunci un mic curent inversat Iko (unități de microamperi) curge în circuitul colectorului. Acest curent apare sub influența tensiunii inverse și este creat de mișcarea direcțională a purtătorilor de sarcină minoritari, a găurilor de bază și a electronilor colector prin joncțiunea colectorului. Curentul invers circulă prin circuit: +Ek, colector de bază, -Ek. Mărimea curentului invers al colectorului nu depinde de tensiunea colectorului, ci depinde de temperatura semiconductorului.

Când o tensiune constantă EE este conectată la circuitul emițătorului în direcția înainte, bariera de potențial a joncțiunii emițătorului scade. Începe injectarea găurilor în bază.

Tensiunea externă aplicată tranzistorului se dovedește a fi aplicată în principal tranzițiilor P1 și P2, deoarece au rezistență ridicată în comparație cu rezistența regiunilor de bază, emițător și colector. Prin urmare, găurile injectate în bază se deplasează prin aceasta prin difuzie. În acest caz, găurile se recombină cu electronii bazei. Deoarece concentrația de purtători în bază este mult mai mică decât în ​​emițător, foarte puține găuri se recombină. Cu o grosime mică a bazei, aproape toate găurile vor ajunge la joncțiunea colectorului P2. În locul electronilor recombinați, electronii de la sursa de energie Ek intră în bază. Găurile care se recombină cu electronii din bază creează un curent de bază IB.

Sub influența tensiunii inverse Ek, bariera de potențial a joncțiunii colectorului crește, iar grosimea joncțiunii P2 crește. Dar bariera potențială a joncțiunii colectorului nu împiedică găurile să treacă prin ea. Găurile care intră în regiunea joncțiunii colectorului cad într-un câmp de accelerație puternic creat la joncțiune de tensiunea colectorului și sunt extrase (retrase) de colector, creând un curent de colector Ik. Curentul colectorului circulă prin circuit: +Ek, colector de bază, -Ek.

Astfel, în tranzistor curg trei curenți: emițător, colector și curent de bază.

În fir, care este ieșirea bazei, curenții emițătorului și colectorului sunt direcționați opus. Prin urmare, curentul de bază este egal cu diferența dintre curenții emițătorului și colectorului: IB = IE - IK.

Procese fizice într-un tranzistor tip n-p-n procedați în mod similar cu procesele dintr-un tranzistor pnp.

Curentul total al emițătorului IE este determinat de numărul de purtători de sarcină principali injectați de emițător. Partea principală a acestor purtători de sarcină care ajung la colector creează un curent de colector Ik. O mică parte din purtătorii de sarcină injectați în bază se recombină în bază, creând un curent de bază IB. În consecință, curentul emițătorului va fi împărțit în curenți de bază și de colector, adică. IE = IB + Ik.

Curentul emițătorului este curentul de intrare, curentul colectorului este curentul de ieșire. Curentul de ieșire face parte din curentul de intrare, adică.

(4.1)

unde a este coeficientul de transfer de curent pentru circuitul OB;

Deoarece curentul de ieșire este mai mic decât curentul de intrare, coeficientul a<1. Он показывает, какая часть инжектированных в базу носителей заряда достигает коллектора. Обычно величина a составляет 0,95¸0,995.

Într-un circuit emițător comun, curentul de ieșire este curentul colectorului, iar curentul de intrare este curentul de bază. Câștig de curent pentru circuitul OE:

(4.2) (4.3)

În consecință, câștigul de curent pentru circuitul OE este de zeci de unități.

Curentul de ieșire al tranzistorului depinde de curentul de intrare. Prin urmare, un tranzistor este un dispozitiv controlat de curent.

Modificările curentului emițătorului cauzate de modificările tensiunii joncțiunii emițătorului sunt complet transmise circuitului colectorului, provocând o modificare a curentului colectorului. Și pentru că Tensiunea sursei de alimentare a colectorului Ek este semnificativ mai mare decât emițătorul Ee, atunci puterea consumată în circuitul colector Pk va fi semnificativ mai mare decât puterea în circuitul emițător Re. Astfel, este posibil să se controleze puterea mare în circuitul colector al tranzistorului cu putere scăzută cheltuită în circuitul emițător, adică are loc o creștere a puterii.

4.2 Circuite pentru conectarea tranzistoarelor bipolare

Tranzistorul este conectat la circuitul electric în așa fel încât unul dintre bornele sale (electrodul) să fie intrarea, al doilea este ieșirea, iar al treilea este comun circuitelor de intrare și ieșire. În funcție de electrodul comun, există trei circuite de comutare a tranzistorului: OB, OE și OK. Aceste circuite pentru un tranzistor pnp sunt prezentate în Fig. 4.3. Pentru un tranzistor n-p-n în circuitele de comutare, se modifică doar polaritatea tensiunilor și direcția curenților. Pentru orice circuit de comutare a tranzistorului (în modul activ), polaritatea surselor de alimentare trebuie selectată astfel încât joncțiunea emițătorului să fie pornită în direcția înainte, iar joncțiunea colectorului în direcția inversă.

Figura 4.3 – Circuite de conectare pentru tranzistoare bipolare: a) OB; b) OE; c) OK

4.3 Caracteristicile statice ale tranzistoarelor bipolare

Modul static de funcționare al tranzistorului este modul în care nu există sarcină în circuitul de ieșire.

Caracteristicile statice ale tranzistoarelor sunt dependențele exprimate grafic ale tensiunii și curentului circuitului de intrare (caracteristicile curent-tensiune de intrare) și ale circuitului de ieșire (caracteristicile curent-tensiune de ieșire). Tipul de caracteristici depinde de metoda de pornire a tranzistorului.

4.3.1 Caracteristicile unui tranzistor conectat conform circuitului OB

IE = f(UEB) cu UKB = const (Fig. 4.4, a).

IK = f(UKB) cu IE = const (Fig. 4.4, b).

Figura 4.4 – Caracteristicile statice ale unui tranzistor bipolar conectat conform circuitului OB

Caracteristicile curent-tensiune de ieșire au trei regiuni caracteristice: 1 – dependență puternică a lui Ik de UKB (regiune inițială neliniară); 2 – dependența slabă a lui Ik de UKB (regiune liniară); 3 – defectarea joncțiunii colectorului.

O caracteristică a caracteristicilor din regiunea 2 este creșterea ușoară a acestora odată cu creșterea tensiunii UKB.

4.3.2 Caracteristicile unui tranzistor conectat conform circuitului OE:

Caracteristica de intrare este dependența:

IB = f(UBE) cu UKE = const (Fig. 4.5, b).

Caracteristica de ieșire este dependența:

IK = f(UKE) cu IB = const (Fig. 4.5, a).

Figura 4.5 – Caracteristicile statice ale unui tranzistor bipolar conectat conform circuitului OE

Tranzistorul din circuitul OE asigură amplificarea curentului. Câștig de curent în circuitul OE:

Dacă coeficientul a pentru tranzistori este a = 0,9¸0,99, atunci coeficientul b = 9¸99. Acesta este cel mai important avantaj al comutării tranzistorului conform circuitului OE, care, în special, determină aplicarea practică mai largă a acestui circuit de comutare în comparație cu circuitul OB.

Din principiul de funcționare al tranzistorului, se știe că două componente de curent curg prin borna de bază în sens opus (Fig. 4.6): curentul invers al joncțiunii colectorului IKO și o parte din curentul emițătorului (1 - a) IE. În acest sens, valoarea zero a curentului de bază (IB = 0) este determinată de egalitatea componentelor curente specificate, adică. (1 − a)IE = IKO. Curentul de intrare zero corespunde curentului emițătorului IE=IKO/(1−a)=(1+b)IKO și curentului colectorului

. Cu alte cuvinte, la curent de bază zero (IB = 0), un curent trece prin tranzistorul din circuitul OE, numit curent inițial sau curent IKO(E) și egal cu (1+ b) IKO.

Figura 4.6 – Circuit de conectare pentru un tranzistor cu un emițător comun (circuit OE)

4.4 Parametrii de bază

Pentru a analiza și calcula circuite cu tranzistoare bipolare, se folosesc așa-numiții parametri h - ai tranzistorului conectat conform circuitului OE.

Starea electrică a unui tranzistor conectat conform circuitului OE este caracterizată de valorile IB, IBE, IK, UKE.

Sistemul de parametri h − include următoarele mărimi:

1. Impedanta de intrare

h11 = DU1/DI1 la U2 = const. (4,4)

reprezintă rezistența tranzistorului la curentul de intrare alternativ la care apare un scurtcircuit la ieșire, adică în absenţa tensiunii de ieşire AC.

2. Coeficient de feedback de tensiune:

h12 = DU1/DU2at I1= const. (4,5)

arată ce proporție din tensiunea AC de intrare este transferată la intrarea tranzistorului datorită feedback-ului din acesta.

3. Coeficient de forță de curent (coeficient de transfer de curent):

h21 = DI2/DI1at U2= const. (4,6)

arată amplificarea curentului alternativ de către tranzistor în regim fără sarcină.

4. Conductivitate la ieșire:

h22 = DI2/DU2 la I1 = const. (4,7)

reprezintă conductanţa pentru curent alternativ între bornele de ieşire ale tranzistorului.

Rezistența de ieșire Rout = 1/h22.

Pentru un circuit emițător comun, se aplică următoarele ecuații:

(4.8)

Pentru a preveni supraîncălzirea joncțiunii colectorului, este necesar ca puterea eliberată în aceasta în timpul trecerii curentului colectorului să nu depășească o anumită valoare maximă:

(4.9)

În plus, există limitări ale tensiunii colectorului:

și curent de colector:

4.5 Moduri de operare ale tranzistoarelor bipolare

Tranzistorul poate funcționa în trei moduri, în funcție de tensiunea la joncțiunile sale. Când funcționează în modul activ, tensiunea la joncțiunea emițătorului este directă, iar la joncțiunea colectorului este inversă.

Modul de întrerupere sau blocare este realizat prin aplicarea tensiunii inverse la ambele joncțiuni (ambele joncțiuni p-n sunt închise).

Dacă tensiunea la ambele joncțiuni este directă (ambele joncțiuni p-n sunt deschise), atunci tranzistorul funcționează în modul de saturație.

În modul cutoff și modul de saturație, nu există aproape niciun control al tranzistorului. În modul activ, un astfel de control este efectuat cel mai eficient, iar tranzistorul poate îndeplini funcțiile unui element activ al unui circuit electric (amplificare, generare etc.).

4.6 Domeniul de aplicare

Tranzistoarele bipolare sunt dispozitive semiconductoare pentru scopuri universale și sunt utilizate pe scară largă în diverse amplificatoare, generatoare, dispozitive de impuls și comutare.

4.7 Cea mai simplă etapă de amplificare folosind un tranzistor bipolar

Cel mai utilizat circuit este pornirea unui tranzistor conform unui circuit cu un emițător comun (Fig. 4.7)

Elementele principale ale circuitului sunt sursa de alimentare Ek, elementul controlat - tranzistorul VT și rezistența Rk. Aceste elemente formează circuitul principal (de ieșire) al etapei amplificatorului, în care, datorită fluxului de curent controlat, se creează o tensiune alternativă amplificată la ieșirea circuitului.

Elementele rămase joacă un rol suport. Condensatorul Cp este un condensator de separare. În absența acestui condensator în circuitul sursei de semnal de intrare, un curent continuu ar fi creat de la sursa de alimentare Ek.

Figura 4.7 – Diagrama celui mai simplu etaj de amplificare pe un tranzistor bipolar conform unui circuit cu emițător comun

Rezistorul RB, conectat la circuitul de bază, asigură funcționarea tranzistorului în regim de repaus, adică. în absenţa unui semnal de intrare. Modul de repaus este asigurat de curentul de bază de repaus IB » Ek/RB.

Cu ajutorul rezistorului Rk se creează o tensiune de ieșire, adică. Rк îndeplinește funcția de a crea o tensiune variabilă în circuitul de ieșire datorită fluxului de curent în acesta, controlat prin circuitul de bază.

Pentru circuitul colector al etapei amplificatorului, putem scrie următoarea ecuație a stării electrice:

Ek = Uke + IkRk, (4,10)

adică suma căderii de tensiune pe rezistorul Rk și tensiunea colector-emițător Uke a tranzistorului este întotdeauna egală cu o valoare constantă - fem-ul sursei de alimentare Ek.

Procesul de amplificare se bazează pe conversia energiei unei surse de tensiune constantă Ek în energia unei tensiuni alternative în circuitul de ieșire prin modificarea rezistenței elementului controlat (tranzistor) conform legii specificate de semnalul de intrare.

Când o tensiune alternativă uin este aplicată la intrarea etajului amplificatorului, o componentă de curent alternativ IB~ este creată în circuitul de bază al tranzistorului, ceea ce înseamnă că curentul de bază se va schimba. O modificare a curentului de bază duce la o modificare a valorii curentului de colector (IK = bIB) și, prin urmare, la o modificare a valorilor tensiunii pe rezistența Rk și Uke. Abilitățile de amplificare se datorează faptului că modificarea valorilor curentului colectorului este de b ori mai mare decât curentul de bază.

4.8 Calculul circuitelor electrice cu tranzistoare bipolare

Pentru circuitul colector al etajului amplificator (Fig. 4.7), în conformitate cu cea de-a doua lege a lui Kirchhoff, ecuația (4.10) este valabilă.

Caracteristica volt-amper a rezistorului colector RK este liniară, iar caracteristicile volt-ampere ale tranzistorului sunt caracteristici neliniare ale colectorului tranzistorului (Fig. 4.5, a) conectate conform circuitului OE.

Calculul unui astfel de circuit neliniar, adică determinarea IK, URK și UKE pentru diferite valori ale curenților de bază IB și rezistența rezistenței RK, poate fi efectuat grafic. Pentru a face acest lucru, pe familia caracteristicilor colectorului (Fig. 4.5, a) este necesar să se deseneze din punctul EK pe axa absciselor caracteristica volt-ampere a rezistenței RK, satisfăcând ecuația:

Uke = Ek − RkIk. (4,11)

Această caracteristică este construită în două puncte:

Uke = Ek cu Ik = 0 pe abscisă și Ik = Ek/Rk cu Uke = 0 pe ordonată. Caracteristica I-V a rezistenței colectorului Rk astfel construită se numește linie de sarcină. Punctele în care se intersectează cu caracteristicile colectorului oferă o soluție grafică a ecuației (4.11) pentru o rezistență dată Rк și diferite valori ale curentului de bază IB. Din aceste puncte puteți determina curentul colectorului Ik, care este același pentru tranzistorul și rezistența Rk, precum și tensiunea UKE și URK.

Punctul de intersecție al liniei de sarcină cu una dintre caracteristicile statice curent-tensiune se numește punctul de funcționare al tranzistorului. Schimbând IB, îl puteți muta de-a lungul liniei de încărcare. Poziția inițială a acestui punct în absența unui semnal alternativ de intrare se numește punct de repaus - T0.

a) b)

Figura 4.8 – Calcul grafic-analitic al modului de funcționare al unui tranzistor utilizând caracteristicile de ieșire și intrare.

Punctul de repaus (punctul de operare) T0 determină ICP curent și tensiunea UCP în regim de repaus. Folosind aceste valori, puteți găsi puterea RKP eliberată în tranzistor în modul de repaus, care nu trebuie să depășească puterea maximă RK maximă, care este unul dintre parametrii tranzistorului:

RKP = IKP ×UKEP £ RK max. (4,12)

Cărțile de referință de obicei nu oferă o familie de caracteristici de intrare, ci doar caracteristici pentru UKE = 0 și pentru unele UKE > 0.

Caracteristicile de intrare pentru diferite UCE-uri care depășesc 1V sunt situate foarte aproape unele de altele. Prin urmare, calculul curenților și tensiunilor de intrare se poate face aproximativ folosind caracteristica de intrare pentru UCE > 0, preluată din cartea de referință.

Punctele A, To și B sunt transferate pe această curbă caracteristici de performanta, iar punctele A1, T1 și B1 se obțin (Fig. 4.8, b). Punctul de operare T1 determină tensiunea de bază DC UBES și curent constant Bazele IBP.

Rezistența rezistorului RB (asigură funcționarea tranzistorului în regim de repaus), prin care se va furniza o tensiune constantă de la sursa EK la bază:

(4.13)

În modul activ (amplificare), punctul de repaus al tranzistorului To este situat aproximativ în mijlocul secțiunii liniei de sarcină AB, iar punctul de operare nu se extinde dincolo de secțiunea AB.

Pagina 1 din 2

Proiectarea și principiul de funcționare a unui tranzistor bipolar

Un tranzistor bipolar este un dispozitiv semiconductor care are două joncțiuni electron-gaură formate într-un singur cristal semiconductor. Aceste tranziții formează trei regiuni în semiconductor cu tipuri variate conductivitate electrică. O regiune extremă se numește emițător (E), cealaltă - colector (K), mijlocul - baza (B). Cablurile metalice sunt lipite de fiecare zonă pentru a conecta tranzistorul la circuitul electric.
Conductivitatea electrică a emițătorului și colectorului este opusă conductivității electrice a bazei. În funcție de ordinea de alternanță a regiunilor p și n, tranzistoarele cu structura pnpși n-p-n. Condiţional simboluri grafice tranzistoare pnpși n-р-n diferă numai în direcția săgeții de la electrodul care indică emițătorul.

Principiile de funcționare ale tranzistoarelor p-n-p și n-p-n sunt aceleași, așa că în viitor vom lua în considerare doar funcționarea unui tranzistor cu o structură p-n-p.
O joncțiune electron-gaură formată dintr-un emițător și o bază se numește joncțiune emițător, iar o joncțiune colector și bază se numește joncțiune colector. Distanța dintre joncțiuni este foarte mică: pentru tranzistoarele de înaltă frecvență este mai mică de 10 micrometri (1 μm = 0,001 mm), iar pentru tranzistoarele de joasă frecvență nu depășește 50 μm.
Când tranzistorul funcționează, joncțiunile sale primesc tensiuni externe de la sursa de alimentare. În funcție de polaritatea acestor tensiuni, fiecare joncțiune poate fi pornită fie în direcția înainte, fie în sens invers. Există trei moduri de funcționare ale tranzistorului: 1) modul de tăiere - ambele tranziții și, în consecință, tranzistorul sunt complet închise; 2) modul de saturație - tranzistorul este complet deschis; 3) modul activ - acesta este un mod intermediar între primele două. Modurile de tăiere și de saturație sunt utilizate împreună în etape cheie, când tranzistorul este alternativ complet deschis sau complet închis cu frecvența impulsurilor care ajung la baza sa. Cascadele care funcționează în modul de comutare sunt utilizate în circuitele de comutare (comutarea surselor de alimentare, treptele de ieșire de scanare orizontală ale televizoarelor etc.). Etapele de ieșire ale amplificatoarelor de putere pot funcționa parțial în modul de întrerupere.
Tranzistoarele sunt folosite cel mai adesea în modul activ. Acest mod este determinat prin aplicarea unei mici tensiuni la baza tranzistorului, care se numește tensiune de polarizare (U cm).Tranzistorul se deschide ușor și curentul începe să curgă prin tranzițiile sale. Principiul de funcționare al tranzistorului se bazează pe faptul că un curent relativ mic care curge prin joncțiunea emițătorului (curent de bază) controlează un curent mai mare în circuitul colectorului. Curentul emițătorului este suma curenților de bază și de colector.

Moduri de funcționare ale unui tranzistor bipolar

Modul de întrerupere tranzistorul se obține atunci când joncțiunile emițătorului și colectorului p-n sunt conectate la surse externe în sens opus. În acest caz, curenți foarte mici de emițător invers curg prin ambele joncțiuni pn ( eu EBO) Și colecționar ( Eu KBO). Curentul de bază este egal cu suma acestor curenți și, în funcție de tipul de tranzistor, variază de la unități de microamperi - µA (pentru tranzistoarele cu siliciu) la unități de miliamperi - mA (pentru tranzistoarele cu germaniu).

Dacă joncțiunile emițătorului și colectorului p-n sunt conectate la surse externe în direcția înainte, tranzistorul va fi în modul de saturație . Difuzie câmp electric joncțiunile emițătorului și colectorului vor fi parțial slăbite de câmpul electric creat de sursele externe U EBȘi U KB. Ca urmare, bariera de potențial care a limitat difuzia purtătorilor principali de sarcină va scădea și va începe pătrunderea (injecția) găurilor de la emițător și colector în bază, adică curenți numiți curenți de saturație a emițătorului vor curge prin emițător și colector al tranzistorului ( Eu E.us) și colecționar ( Eu K.us).

Folosit pentru amplificarea semnalelor modul activ de funcționare al tranzistorului .
Când tranzistorul funcționează în modul activ, joncțiunea emițătorului său este pornită în direcția înainte, iar joncțiunea colectorului este pornită în direcția inversă.

Sub tensiune continua UEB găurile sunt injectate de la emițător în bază. Odată ajunse la baza de tip n, găurile devin purtători minoritari de sarcină în ea și, sub influența forțelor de difuzie, se deplasează (difuz) către joncțiunea colector p-n. Unele dintre găurile din bază sunt umplute (recombinate) cu electronii liberi prezenți în ea. Cu toate acestea, lățimea bazei este mică, de la câteva unități până la 10 μm. Prin urmare, partea principală a găurilor ajunge la joncțiunea p-n a colectorului și este transferată prin câmpul său electric către colector. Evident, curentul colectorului eu K p nu poate exista mai mult curent de emițător, deoarece unele dintre găuri se recombină în bază. De aceea eu K p = h 21B eu uh
Magnitudinea h 21B se numește coeficientul de transfer static al curentului emițătorului. Pentru tranzistoare moderne h 21B= 0,90...0,998. Deoarece joncțiunea colectorului este comutată în direcția opusă (deseori spus - polarizat în direcția opusă), curentul invers curge și el prin ea eu BWC , format din purtători minoritari ai bazei (găuri) și colector (electroni). Prin urmare, curentul total de colector al unui tranzistor conectat conform unui circuit cu o bază comună

euLa = h 21B eu uh +IBWC
Găurile care nu au ajuns la joncțiunea colectorului și recombinate (umplute) în bază îi conferă o sarcină pozitivă. Pentru a restabili neutralitatea electrică a bazei, îi este furnizat același număr de electroni din circuitul extern. Mișcarea electronilor de la circuitul extern la bază creează un curent de recombinare în acesta I B.rec.În plus față de curentul de recombinare, curentul de colector invers curge prin bază în direcția opusă și curentul de bază complet
I B = I B.rek - I KBO
În modul activ, curentul de bază este de zeci și sute de ori mai mic decât curentul colectorului și curentul emițătorului.

Circuite de comutare a tranzistorului bipolar

În diagrama anterioară circuit electric, format din sursa U EB, emițător și baza tranzistorului, se numește intrare, iar circuitul format din sursă U KB, colector și baza aceluiași tranzistor - ieșire. Baza este electrodul comun al tranzistorului pentru circuitele de intrare și de ieșire, de aceea includerea sa se numește circuit cu o bază comună sau, pe scurt „Schema OB”.

Următoarea figură prezintă un circuit în care emițătorul este electrodul comun pentru circuitele de intrare și de ieșire. Acesta este un circuit comun de comutare a emițătorului, sau pe scurt "Diagrama OE".

În acesta, curentul de ieșire, ca și în circuitul OB, este curentul colectorului eu K, ușor diferit de curentul emițătorului eu e, iar intrarea este curentul de bază eu B, mult mai mic decât curentul colectorului. Comunicarea între curenți eu BȘi eu Kîn schema OE este determinată de ecuația: eu K= h 21 E eu B + eu KEO
Factorul de proporționalitate h 21 E se numește coeficientul de transfer al curentului de bază static. Poate fi exprimat în termeni de coeficient de transfer static al curentului emițătorului h 21B
h 21 E = h 21B / (1 —h 21B )
Dacă h 21B este în intervalul 0,9...0,998, valorile corespunzătoare h 21 E va fi în intervalul 9...499.
Componentă eu keo se numește curent de colector invers în circuitul OE. Valoarea sa este 1+ h 21 E ori mai mult decât eu BWC, adică eu KEO =(1+ h 21 E ) eu KBO. Curenți inversați eu BWC și eu Directorii executivi nu depind de tensiunile de intrare U EBȘi TU FI iar ca urmare se numesc componente necontrolate ale curentului colectorului. Acești curenți sunt foarte dependenți de temperatură mediu inconjuratorși determinați proprietățile de temperatură ale tranzistorului. S-a stabilit că valoarea curentului invers eu BER se dublează cu o creștere a temperaturii de 10 °C pentru germaniu și 8 °C pentru tranzistoarele cu siliciu. În circuitul OE, temperatura se modifică în curentul invers necontrolat eu KEO poate fi de zeci și sute de ori mai mare decât schimbările de temperatură ale curentului invers necontrolat eu BWC și perturbă complet funcționarea tranzistorului. Prin urmare, în circuitele de tranzistori, se folosesc măsuri speciale pentru stabilizarea termică a cascadelor de tranzistori, ajutând la reducerea influenței schimbărilor de temperatură ale curenților asupra funcționării tranzistorului.
În practică, există adesea circuite în care electrodul comun pentru circuitele de intrare și ieșire ale tranzistorului este colectorul. Acesta este un circuit de conectare cu un colector comun sau „Circuit OK” (adept emițător) .

Indiferent de circuitul de conectare al tranzistorului, ecuația care raportează curenții electrozilor săi este întotdeauna valabilă pentru acesta:
I e = I k + I B.

Evaluarea comparativă a circuitelor tranzistoare bipolare

K I- câștig de curent

K U- câștig de tensiune

K P- câștig de putere

Este poate dificil astăzi să ne imaginăm lumea modernă fără tranzistori; în aproape orice electronică, de la radiouri și televizoare, la mașini, telefoane și computere, acestea sunt folosite într-un fel sau altul.

Există două tipuri de tranzistoare: bipolarȘi camp. Tranzistoarele bipolare sunt controlate de curent, nu de tensiune. Există putere mare și putere scăzută, frecvență înaltă și frecvență joasă, p-n-p și n-p-n structuri... Tranzistorii vin în pachete și dimensiuni diferite, variind de la cipuri SMD (de fapt mult mai mici decât un cip) care sunt proiectate pentru montare la suprafață, până la tranzistori de foarte mare putere. Pe baza disipării puterii, există tranzistoare de putere mică de până la 100 mW, tranzistoare de putere medie de la 0,1 la 1 W și tranzistoare de putere mare mai mare de 1 W.

Când oamenii vorbesc despre tranzistori, de obicei se referă la tranzistori bipolari. Tranzistoarele bipolare sunt fabricate din siliciu sau germaniu. Ele sunt numite bipolare deoarece munca lor se bazează pe utilizarea atât a electronilor, cât și a găurilor ca purtători de sarcină. Tranzistorii din diagrame sunt desemnați după cum urmează:

Una dintre regiunile cele mai exterioare ale structurii tranzistorului se numește emițător. Regiunea intermediară se numește bază, iar cealaltă regiune extremă se numește colector. Acești trei electrozi formează doi joncțiune p-n: între bază și colector - colector, iar între bază și emițător - emițător. Ca un comutator obișnuit, un tranzistor poate fi în două stări - „pornit” și „oprit”. Dar asta nu înseamnă că au piese mobile sau mecanice; ele trec de la oprit la pornit și înapoi folosind semnale electrice.

Tranzistoarele sunt proiectate pentru a amplifica, converti și genera oscilații electrice. Funcționarea unui tranzistor poate fi ilustrată folosind exemplul unui sistem sanitar. Imaginați-vă un robinet în baie, un electrod al tranzistorului este conducta dinaintea robinetului (mixer), celălalt (al doilea) este conducta de după robinet, de unde curge apa, iar al treilea electrod de control este robinetul cu care vom deschide apa.
Un tranzistor poate fi gândit ca două diode conectate în serie, în cazul NPN anozii sunt conectați împreună, iar în cazul PNP catozii sunt conectați împreună.

Există tranzistoare de tipuri PNP și NPN, tranzistoarele PNP sunt deschise de o tensiune de polaritate negativă, NPN - de una pozitivă. În tranzistoarele NPN, principalii purtători de sarcină sunt electronii, în timp ce în PNP sunt găuri, care sunt mai puțin mobile; prin urmare, tranzistoarele NPN comută mai repede.

Uke = tensiune colector-emițător
Ube = tensiune bază-emițător
Ic = curent de colector
Ib = curent de bază

În funcție de stările în care se află tranzițiile tranzistorului, se disting modurile de funcționare ale acestuia. Deoarece tranzistorul are două tranziții (emițător și colector), iar fiecare dintre ele poate fi în două stări: 1) deschis 2) închis. Există patru moduri de funcționare ale tranzistorului. Modul principal este modul activ, în care joncțiunea colectorului este în stare închisă, iar joncțiunea emițătorului este în starea deschisă. Tranzistorii care funcționează în modul activ sunt utilizați în circuitele de amplificare. Pe lângă modul activ, există un mod invers, în care joncțiunea emițătorului este închisă și joncțiunea colectorului este deschisă, un mod de saturație, în care ambele joncțiuni sunt deschise și un mod de tăiere, în care ambele joncțiuni sunt închise.

Când un tranzistor funcționează cu semnale de înaltă frecvență, timpul de apariție a proceselor principale (timpul de mișcare a purtătorilor de la emițător la colector) devine proporțional cu perioada de schimbare a semnalului de intrare. Ca urmare, capacitatea tranzistorului de a amplifica semnalele electrice se deteriorează pe măsură ce frecvența crește.

Unii parametri ai tranzistoarelor bipolare

Colector de tensiune constantă/impuls - emițător.
Tensiune constantă colector-bază.
Emițător de tensiune constantă - bază.
Frecvența limită a raportului de transfer al curentului de bază
Curent colector constant/puls.
Raportul de transfer curent
Curent maxim admisibil
Impedanta de intrare
Disiparea puterii.
Temperatura joncțiunii p-n.
Temperatura ambianta etc...

Stres de limită Ukeo gr. este tensiunea maximă admisă între colector și emițător, cu circuitul de bază deschis și curentul colectorului. Tensiunea la colector este mai mică decât Ukeo gr. caracteristica modurilor de operare în impulsuri ale tranzistorului la curenți de bază alții decât zero și curenții de bază corespunzători (pentru tranzistoare npn curent de bază>0, iar pentru p-n-p invers, Ib<0).

Tranzistoarele bipolare pot include tranzistoare unijunction, cum ar fi KT117. Un astfel de tranzistor este un dispozitiv semiconductor cu trei electrozi cu o joncțiune p-n. Un tranzistor unijoncție este format din două baze și un emițător.

Recent, tranzistoarele compozite au fost adesea folosite în circuite, se numesc o pereche sau tranzistoare Darlington, au un coeficient de transfer de curent foarte mare, constau din două sau mai multe tranzistoare bipolare, dar tranzistoarele gata fabricate sunt, de asemenea, produse într-un singur pachet, cum ar fi TIP140. Sunt pornite cu un colector comun, dacă conectați două tranzistoare, acestea vor funcționa ca unul singur, conexiunea este prezentată în figura de mai jos. Utilizarea rezistenței de sarcină R1 vă permite să îmbunătățiți unele caracteristici ale tranzistorului compozit.

Câteva dezavantaje ale unui tranzistor compus: performanță scăzută, în special trecerea de la starea deschisă la starea închisă. Căderea de tensiune directă pe joncțiunea bază-emițător este aproape de două ori mai mare decât a unui tranzistor convențional. Ei bine, desigur, veți avea nevoie de mai mult spațiu pe tablă.

Verificarea tranzistoarelor bipolare

Deoarece tranzistorul este format din două joncțiuni, fiecare dintre acestea fiind o diodă semiconductoare, puteți testa tranzistorul în același mod în care testați o diodă. Tranzistorul este de obicei verificat cu un ohmmetru; se verifică ambele joncțiuni p-n ale tranzistorului: colector - bază și emițător - bază. Pentru a verifica rezistența directă a tranzițiilor p-n-p ale tranzistorului, borna negativă a ohmmetrului este conectată la bază, iar borna pozitivă a ohmmetrului este conectată alternativ la colector și emițător. Pentru a verifica rezistența inversă a joncțiunilor, borna pozitivă a ohmmetrului este conectată la bază. La verificarea tranzistoarelor n-p-n, conexiunea se face invers: rezistența directă este măsurată atunci când este conectată la baza terminalului pozitiv al ohmmetrului, iar rezistența inversă este măsurată atunci când este conectată la baza terminalului negativ. Tranzistorii pot fi testați și cu un multimetru digital în modul de testare a diodelor. Pentru NPN, conectăm sonda roșie „+” a dispozitivului la baza tranzistorului și atingem alternativ sonda „-” neagră la colector și emițător. Dispozitivul ar trebui să prezinte o oarecare rezistență, aproximativ de la 600 la 1200. Apoi schimbăm polaritatea de conectare a sondelor, în acest caz dispozitivul nu ar trebui să arate nimic. Pentru o structură PNP, ordinea de verificare va fi inversată.

Vreau să spun câteva cuvinte despre tranzistoarele MOSFET (tranzistor cu efect de câmp metal-oxid-semiconductor), (Metal Oxide Semiconductor (MOS)) - aceștia sunt tranzistori cu efect de câmp, care nu trebuie confundați cu tranzistoarele obișnuite cu efect de câmp! Tranzistoarele cu efect de câmp au trei terminale: G - poartă, D - dren, S - sursă. Există canal N și canal P; în denumirea acestor tranzistoare există o diodă Schottky, aceasta trece curentul de la sursă la dren și limitează tensiunea dren-sursă.

Ele sunt utilizate în principal pentru comutarea curenților mari; nu sunt controlate de curent, cum ar fi tranzistoarele bipolare, ci de tensiune și, de regulă, au o rezistență foarte scăzută a canalului deschis; rezistența canalului este constantă și nu depinde de actual. Tranzistoarele MOSFET sunt special concepute pentru circuitele cheie, s-ar putea spune ca înlocuitor pentru un releu, dar în unele cazuri pot fi și amplificate; sunt folosite în amplificatoare puternice de joasă frecvență.

Avantajele acestor tranzistoare sunt următoarele:
Putere de control minimă și câștig mare de curent
Performanță mai bună, cum ar fi o viteză mai mare de comutare.
Rezistent la supratensiuni mari.
Circuitele în care se folosesc astfel de tranzistoare sunt de obicei mai simple.

Minusuri:
Sunt mai scumpe decât tranzistoarele bipolare.
Le este frică de electricitatea statică.
Cel mai adesea, MOSFET-urile cu un canal N sunt folosite pentru comutarea circuitelor de putere. Tensiunea de control trebuie să depășească pragul de 4V, în general, este nevoie de 10-12V pentru a porni fiabil MOSFET-ul. Tensiunea de control este tensiunea aplicată între poartă și sursă pentru a porni tranzistorul MOSFET.

Valorile majorității parametrilor tranzistorului depind de modul real de funcționare și de temperatură, iar odată cu creșterea temperaturii, parametrii tranzistorului se pot schimba. Cartea de referință conține, de regulă, dependențe tipice (medie) ale parametrilor tranzistorului de curent, tensiune, temperatură, frecvență etc.

Pentru a asigura funcționarea fiabilă a tranzistorilor, este necesar să se ia măsuri care să excludă sarcinile electrice pe termen lung apropiate de maximul permis, de exemplu, înlocuirea unui tranzistor cu unul similar, dar de putere mai mică nu merită, acest lucru se aplică nu numai pentru putere, dar și la alți parametri ai tranzistorului. În unele cazuri, pentru a crește puterea, tranzistoarele pot fi conectate în paralel, cu emițător conectat la emițător, colector la colector și bază la bază. Supraîncărcările pot fi cauzate de diverse motive, de exemplu de supratensiune; diodele de mare viteză sunt adesea folosite pentru a proteja împotriva supratensiunii.

În ceea ce privește încălzirea și supraîncălzirea tranzistorilor, regimul de temperatură al tranzistorilor nu numai că afectează valoarea parametrilor, ci determină și fiabilitatea funcționării acestora. Ar trebui să vă străduiți să vă asigurați că tranzistorul nu se supraîncălzi în timpul funcționării; în etapele de ieșire ale amplificatoarelor, tranzistoarele trebuie plasate pe radiatoare mari. Tranzistoarele trebuie protejate de supraîncălzire nu numai în timpul funcționării, ci și în timpul lipirii. Când cositoriți și lipiți, trebuie luate măsuri pentru a preveni supraîncălzirea tranzistorului; este recomandabil să țineți tranzistoarele cu pensete în timpul lipirii pentru a le proteja de supraîncălzire.