Ako funguje bipolárny tranzistor? Tranzistory - režim nasýtenia

Označenie bipolárnych tranzistorov na schémach

bipolárny tranzistor- trojelektródová polovodičová súčiastka, jeden z druhov tranzistorov. V polovodičovej štruktúre, 2 p-n križovatka a prenos náboja v zariadení sa uskutočňuje pomocou nosičov 2 typov - elektrónov a dier. Preto sa zariadenie nazývalo „bipolárne“.

Aplikované v elektronické zariadenia na zosilnenie generovania elektrických oscilácií a ako prvok prepínania prúdu, ako napríklad v logických elektronických obvodoch.

Elektródy sú spojené s tromi po sebe nasledujúcimi vrstvami polovodiča so striedavým typom vedenia nečistôt. Podľa tohto spôsobu striedania n-p-n a p-n-p tranzistory ( n (negatívne) - elektronický typ vodivosti nečistôt, p (pozitívne) - diera).

Činnosť bipolárneho tranzistora je na rozdiel od tranzistora s efektom poľa založená na prenose dvoch typov nábojov súčasne, ktorých nosičmi sú elektróny a diery (od slova "bi" - "dva"). Schematický diagram tranzistora je znázornený na druhom obrázku.

Elektróda pripojená k strednej vrstve sa nazýva základňu, elektródy spojené s vonkajšími vrstvami sa nazývajú žiarič a zberateľ. Z hľadiska vodivosti sú vrstvy emitoru a kolektora nerozoznateľné. Ale v praxi sa pri výrobe tranzistorov na zlepšenie elektrických parametrov zariadenia výrazne líšia v stupni dopovania nečistotami. Emitorová vrstva je silne dotovaná, kolektorová vrstva je dotovaná mierne, čo zvyšuje prípustné kolektorové napätie. Hodnota prierazného spätného napätia emitorového prechodu nie je kritická, pretože zvyčajne v elektronických obvodoch tranzistory pracujú s dopredným predpätým emitorovým p-n prechodom, navyše silné dotovanie vrstvy emitora poskytuje lepšie vstrekovanie menšinových nosičov do základnej vrstvy. , čo zvyšuje koeficient prenosu prúdu v obvodoch so spoločnou bázou . Okrem toho je plocha kolektorového p-n prechodu pri výrobe výrazne väčšia ako plocha emitorového prechodu, čo poskytuje lepší zber menšinových nosičov zo základnej vrstvy a zlepšuje koeficient prenosu.

Na zvýšenie rýchlosti (frekvenčných parametrov) bipolárneho tranzistora je potrebné zmenšiť hrúbku základnej vrstvy, pretože hrúbka základnej vrstvy okrem iného určuje čas „letu“ (difúzia v zariadeniach bez unášania ) menšinových nosičov, ale s poklesom hrúbky podkladu obmedzujúcim napätím kolektora, preto sa hrúbka podkladovej vrstvy volí na základe rozumného kompromisu.

Zariadenie a princíp činnosti

Prvé tranzistory používali ako polovodičový materiál kovové germánium. V súčasnosti (2015) sú vyrábané prevažne z monokryštalického kremíka a monokryštalického arzenidu gália. Vzhľadom na veľmi vysokú mobilitu nosičov v arzenide gália, zariadenia založené na ňom majú vysokú rýchlosť a používajú sa v ultra-vysokorýchlostných logických obvodoch a v obvodoch mikrovlnných zosilňovačov.

Bipolárny tranzistor pozostáva z troch rôzne dopovaných polovodičových vrstiev: žiariča E(E), bázy B(B) a zberateľ C(TO). V závislosti od striedania typu vodivosti týchto vrstiev existujú n-p-n(emitor − n-polovodič, báza − p- polovodič, kolektor − n- polovodičové) a p-n-p tranzistory. Ku každej z vrstiev sú pripojené vodivé neusmerňovacie kontakty.

Základná vrstva sa nachádza medzi vrstvou žiariča a kolektora a je jemne dotovaná, preto má vysoký elektrický odpor. Celková plocha kontakt báza-emitor je oveľa menší ako kontaktná plocha kolektor-báza (to sa deje z dvoch dôvodov - veľká oblasť spojenia kolektor-báza zvyšuje pravdepodobnosť zachytenia menších nosičov náboja zo základne ku kolektoru a keďže v prevádzkový režim prechod kolektor-základňa sa zvyčajne zapína s reverzným posunom, pri práci v prechode kolektora sa uvoľňuje hlavná časť tepla odvádzaného zariadením, zväčšenie plochy prispieva k lepšiemu odvodu tepla z prechodu kolektora) , teda skutočný bipolárny tranzistor všeobecné použitie je asymetrické zariadenie (je technicky nepraktické vymeniť emitor a kolektor a získať tak bipolárny tranzistor podobný pôvodnému - inverzné spínanie).

V režime aktívneho zosilňovania je tranzistor zapnutý tak, že jeho emitorový prechod je predpätý dopredu (otvorený) a kolektorový prechod je spätne predpätý (zatvorený).

Pre istotu zvážte prácu n-p-n tranzistor, všetky argumenty sa pre tento prípad opakujú úplne rovnakým spôsobom p-n-p tranzistor, s nahradením slova „elektróny“ za „diery“ a naopak, ako aj s nahradením všetkých napätí opačnými znamienkami. AT n-p-n V tranzistore prechádzajú elektróny, hlavné nosiče náboja v emitore, cez otvorený prechod emitor-báza (sú vstreknuté) do oblasti bázy. Niektoré z týchto elektrónov sa rekombinujú s väčšinou nosičov náboja v základni (dierach). Avšak vzhľadom na skutočnosť, že základňa je vyrobená veľmi tenká a relatívne ľahko dotovaná, väčšina elektrónov vstreknutých z emitora difunduje do oblasti kolektora, pretože čas rekombinácie je relatívne dlhý. silný elektrické pole Reverzne predpätý kolektorový prechod zachytáva menšinové nosiče zo základne (elektróny) a prenáša ich do kolektorovej vrstvy. Kolektorový prúd sa teda prakticky rovná prúdu emitoru, až na malú rekombinačnú stratu v báze, ktorá tvorí prúd bázy ( I e \u003d I b + I to).

Koeficient α týkajúci sa prúdu emitora a prúdu kolektora ( I k \u003d α I e) sa nazýva koeficient prenosu prúdu emitora. Číselná hodnota koeficientu α je 0,9-0,999. Čím vyšší je koeficient, tým efektívnejšie tranzistor prenáša prúd. Tento koeficient závisí len málo od napätia kolektor-báza a báza-emitor. Preto je v širokom rozsahu prevádzkových napätí kolektorový prúd úmerný základnému prúdu, faktor úmernosti je β = α / (1 - α), od 10 do 1000. Malý základný prúd teda môže byť riadený oveľa väčší kolektorový prúd.

Prevádzkové režimy bipolárneho tranzistora

Napätie na žiarič základňa, zberateľ ()	Zaujatosť prechod základný emitor pre typu n-p-n	Zaujatosť prechod základný kolektor pre typ n-p-n	Režim pre typ n-p-n
	priamy	obrátene	normálne aktívny režim
	priamy	priamy	saturačný režim
	obrátene	obrátene	režim cutoff
	obrátene	priamy	inverzný aktívny režim
Napätie na žiarič základňa, zberateľ ()	Zaujatosť prechod základný emitor pre typ p-n-p	Zaujatosť prechod základný kolektor pre typ p-n-p	Režim pre typ p-n-p
	obrátene	priamy	inverzný aktívny režim
	obrátene	obrátene	režim cutoff
	priamy	priamy	saturačný režim
	priamy	obrátene	normálne aktívny režim

Normálny aktívny režim

Spojenie emitor-báza je zapnuté v smere dopredu (otvorené) a spojenie kolektor-báza je v opačnom smere (zatvorené):

U EB > 0; U KB< 0 (pre tranzistor n-p-n typ), pre tranzistor p-n-p stav typu bude vyzerať U EB<0; U KB > 0.

Inverzný aktívny režim

Emitorový prechod je predpätý a kolektorový je predpätý: U KB > 0; U EB< 0 (pre tranzistor n-p-n typ).

Režim nasýtenia

Obaja pn prechody sú orientované dopredu (oba otvorené). Ak emitor a kolektor okres-prechody sa pripájajú k externým zdrojom v doprednom smere, tranzistor bude v režime saturácie. Difúzne elektrické pole prechodu emitoru a kolektora bude čiastočne utlmené elektrickým poľom vytvoreným vonkajšími zdrojmi. Web a UKb. V dôsledku toho sa zníži potenciálna bariéra, ktorá obmedzuje difúziu hlavných nosičov náboja, a začne sa prenikanie (injektovanie) otvorov z emitora a kolektora do základne, to znamená, že cez emitor a kolektor budú pretekať prúdy. tranzistor, nazývaný saturačné prúdy emitora ( ja E. us) a zberateľ ( ja K. nás).

Saturačné napätie kolektor-emitor(U KE. us) je úbytok napätia na otvorenom tranzistore (sémantický analóg R SI. OTVORENÉ tranzistory s efektom poľa). Podobne saturačné napätie báza-emitor(U BE us) je pokles napätia medzi bázou a emitorom na otvorenom tranzistore.

Režim cutoff

AT tento režim oboje pn prechody sú obrátené. Režim cutoff zodpovedá stavu U EB<0, U KB<0.

bariérový režim

V tomto režime základňu tranzistor je skratovaný alebo cez malý odpor s jeho zberateľ, a v zberateľ alebo v žiarič tranzistorový obvod zapína odpor, ktorý nastavuje prúd cez tranzistor. V takomto začlenení je tranzistor druh diódy zapojenej do série s odporom s nastavením prúdu. Takéto kaskádové obvody sa vyznačujú malým počtom komponentov, dobrým vysokofrekvenčným oddelením, veľkým rozsahom prevádzkových teplôt a necitlivosťou na parametre tranzistora.

Schémy prepínania

Akýkoľvek tranzistorový spínací obvod je charakterizovaný dvoma hlavnými indikátormi:

• aktuálny zisk ja von / ja vstup
• Vstupná impedancia R v = U v / ja vstup

Schéma zapojenia so spoločnou základňou

Schéma spínania so spoločnou základňou.

Spoločný základný zosilňovač.

• Spomedzi všetkých troch konfigurácií má najmenšiu vstupnú a najväčšiu výstupnú impedanciu. Má prúdové zosilnenie blízke jednotke a veľké napäťové zosilnenie. Neinvertuje fázu signálu.
• ja von / ja v = ja do / ja e = α [α<1].
• Vstupná impedancia R v = U v / ja v = U eb / ja e.

Vstupný odpor (vstupná impedancia) zosilňovacieho stupňa so spoločnou základňou je malý, závisí od prúdu emitora, so zvýšením prúdu klesá a nepresahuje jednotky - stovky ohmov pre stupne s nízkym výkonom, pretože vstupný obvod stupňa je otvorený emitorový prechod tranzistora.

Výhody

• Dobrá teplota a široký frekvenčný rozsah, pretože Millerov efekt je v tomto obvode potlačený.
• Vysoké prípustné napätie kolektora.

Nevýhody spoločnej základnej schémy

• Malý prúdový zisk rovný α, pretože α je vždy o niečo menšie ako 1
• malý vstupná impedancia

Spínací obvod so spoločným emitorom

Spínací obvod so spoločným emitorom.
ja von = ja do
ja v = ja b
U v = U bae
U von = U ke.

• Aktuálny zisk: ja von / ja v = ja do / ja b = ja do /( ja e-I k) = a/(1-a) = p [p>>1].
• Vstupná impedancia: R v = U v / ja v = U bae / ja b.

Výhody

• Veľký prúdový zisk.
• Veľký zisk napätia.
• Najväčšie zvýšenie výkonu.
• Vystačíte si s jedným napájacím zdrojom.
• Výstupné striedavé napätie je invertované vzhľadom na vstup.

Nedostatky

• Má menšiu teplotnú stabilitu. Frekvenčné vlastnosti takejto inklúzie sú výrazne horšie v porovnaní s obvodom so spoločnou bázou, čo je spôsobené Millerovým efektom.

Spoločný kolektorový okruh

Schéma spínania so spoločným kolektorom.
ja von = ja uh
ja v = ja b
U v = U bq
U von = U ke.

• Aktuálny zisk: ja von / ja v = ja e/ ja b = ja e /( ja e-I k) = 1/(1-a) = p [p>>1].
• Vstupná impedancia: R v = U v / ja v = ( U bae + U ke)/ ja b.

Výhody

• Veľká vstupná impedancia.
• Nízka výstupná impedancia.

Nedostatky

• Zosilnenie napätia je o niečo menšie ako 1.

Okruh s takýmto zahrnutím sa často nazýva „ sledovač vysielača».

hlavné parametre

• Aktuálny prevodný koeficient.
• vstupná impedancia.
• výstupná vodivosť.
• Reverzný prúd kolektor-emitor.
• Čas zapnutia.
• Limitná frekvencia základného prevodu prúdu.
• Reverzný kolektorový prúd.
• Maximálny povolený prúd.
• Medzná frekvencia koeficientu prenosu prúdu v obvode so spoločným emitorom.

Parametre tranzistorov sú rozdelené na vlastné (primárne) a sekundárne. Vlastné parametre charakterizujú vlastnosti tranzistora bez ohľadu na schému jeho zaradenia. Nasledujúce sú akceptované ako hlavné vlastné parametre:

• prúdový zisk α;
• emitor, kolektor a bázový AC odpor r uh, r do, r b, ktoré sú:
  • r e - súčet odporov oblasti emitora a prechodu emitora;
  • r k je súčet odporov oblasti kolektora a prechodu kolektora;
  • r b - priečny odpor základne.

Použitie ekvivalentného obvodu bipolárneho tranzistora h- parametre.

Sekundárne parametre sú odlišné pre rôzne schémy zapínaním tranzistora a vzhľadom na jeho nelineárnosť sú platné len pre nízke frekvencie a malé amplitúdy signálu. Pre sekundárne parametre bolo navrhnutých niekoľko systémov parametrov a im zodpovedajúcich ekvivalentných obvodov. Hlavné sú zmiešané (hybridné) parametre označené písmenom " h».

Vstupná impedancia- odpor tranzistora voči vstupnému striedavému prúdu pri skrate na výstupe. Zmena vstupného prúdu je výsledkom zmeny vstupného napätia, bez vplyvu spätnej väzby od výstupného napätia.

h 11 = U m1 / ja m1, at U m2 = 0.

Faktor spätnej väzby napätia ukazuje, aké percento výstupu striedavé napätie sa prenáša na vstup tranzistora v dôsledku spätnej väzby v ňom. Vo vstupnom obvode nie je žiadny tranzistor striedavý prúd a zmena vstupného napätia nastáva len v dôsledku zmeny výstupného napätia.

h 12 = U m1 / U m2 , at ja m1 = 0.

Aktuálny prevodný pomer(prúdové zosilnenie) udáva zosilnenie striedavého prúdu pri nulovom zaťažovacom odpore. Výstupný prúd závisí len od vstupného prúdu bez vplyvu výstupného napätia.

h 21 = ja m2 / ja m1, at U m2 = 0.

Výstupná vodivosť- vnútorné vedenie pre striedavý prúd medzi výstupnými svorkami. Výstupný prúd sa mení pod vplyvom výstupného napätia.

h 22 = ja m2 / U m2 , at ja m1 = 0.

Vzťah medzi striedavými prúdmi a napätím tranzistorov je vyjadrený rovnicami:

U m1 = h 11 ja m1+ h 12 U m2; ja m2 = h 21 ja m1+ h 22 U m2 .

V závislosti od spínacieho obvodu tranzistora sa k digitálnym indexom h-parametrov pridávajú písmená: "e" - pre obvod OE, "b" - pre obvod OB, "k" - pre obvod OK.

Pre schému OE: ja m1 = ja mb, ja m2 = ja mk, U m1 = U mb-e, U m2 = U mk-e. Napríklad pre túto schému:

h 21e = ja mk / ja mb = p.

Pre schému OB: ja m1 = ja ja, ja m2 = ja mk, U m1 = U ja-b, U m2 = U mk-b.

Vlastné parametre tranzistora súvisia s h-parametre, napríklad pre schému OE:

;

;

;

.

S rastúcou frekvenciou začína mať kapacita kolektorového prechodu škodlivý vplyv na činnosť tranzistora C k) Kapacitný odpor klesá, prúd cez odpor záťaže klesá a následne aj zisky α a β. Kapacitný odpor prechodu emitora C e tiež klesá, je však posunuté malým prechodovým odporom r a vo väčšine prípadov ho možno ignorovať. Okrem toho so zvyšujúcou sa frekvenciou dochádza k ďalšiemu zníženiu koeficientu β v dôsledku oneskorenia fázy kolektorového prúdu od fázy prúdu emitora, čo je spôsobené zotrvačnosťou procesu pohybu nosičov cez základňu z emitora. prechod na prechod kolektora a zotrvačnosť procesov akumulácie a resorpcie náboja v zákl. Frekvencie, pri ktorých koeficienty α a β klesnú o 3 dB, sa nazývajú medzné frekvencie koeficientu prenosu prúdu pre schémy OB a OE.

V impulznom režime sa impulz kolektorového prúdu spustí s oneskorením o čas oneskorenia τc vzhľadom na impulz vstupného prúdu, ktorý je spôsobený konečným časom prechodu nosičov bázou. Keď sa nosiče hromadia v základni, kolektorový prúd sa zvyšuje počas trvania predného τ f. Načas tranzistor sa nazýva τ on = τ c + τ f.

Technológie výroby tranzistorov

• Difúzna zliatina.

Aplikácia tranzistorov

• Zosilňovače, zosilňovacie stupne
• Demodulátor (detektor)
• Invertor (log. prvok)
• Mikroobvody na tranzistorovej logike (pozri.

bipolárny tranzistor.

bipolárny tranzistor- elektronické polovodičové zariadenie, jeden z druhov tranzistorov, určené na zosilnenie, generovanie a premenu elektrických signálov. Tranzistor je tzv bipolárne, keďže na prevádzke zariadenia sa súčasne podieľajú dva typy nosičov náboja - elektróny a diery. V tomto sa líši od unipolárne(field-effect) tranzistor, na ktorom sa podieľa len jeden typ nosičov náboja.

Princíp činnosti oboch typov tranzistorov je podobný činnosti vodného ventilu, ktorý reguluje prietok vody, tranzistorom prechádza iba tok elektrónov. V bipolárnych tranzistoroch prechádzajú zariadením dva prúdy - hlavný "veľký" prúd a riadiaci "malý" prúd. Výkon hlavného prúdu závisí od výkonu ovládania. V tranzistoroch s efektom poľa prechádza zariadením iba jeden prúd, ktorého výkon závisí od elektromagnetického poľa. V tomto článku sa budeme podrobnejšie zaoberať fungovaním bipolárneho tranzistora.

Bipolárne tranzistorové zariadenie.

Bipolárny tranzistor pozostáva z troch polovodičových vrstiev a dvoch PN prechodov. Rozlišujte PNP a NPN tranzistory podľa typu prekladania dierová a elektrónová vodivosť. Sú ako dve dióda spojené tvárou v tvár alebo naopak.

Bipolárny tranzistor má tri kontakty (elektródy). Kontakt vychádzajúci z centrálnej vrstvy je tzv základ (základ). Koncové elektródy sú pomenované zberateľ a žiarič (zberateľ a žiarič). Základná vrstva je v porovnaní s kolektorom a žiaričom veľmi tenká. Okrem toho nie sú oblasti polovodičov na okrajoch tranzistora symetrické. Polovodičová vrstva na strane kolektora je o niečo hrubšia ako na strane emitora. To je nevyhnutné pre správnu činnosť tranzistora.

Činnosť bipolárneho tranzistora.

Zvážte fyzikálne procesy, ktoré sa vyskytujú počas prevádzky bipolárneho tranzistora. Vezmime si ako príklad model NPN. Princíp činnosti tranzistora PNP je podobný, iba polarita napätia medzi kolektorom a emitorom bude opačná.

Ako už bolo uvedené v článok o typoch vedenia v polovodičoch, v látke typu P sú kladne nabité ióny - diery. Látka typu N je nasýtená záporne nabitými elektrónmi. V tranzistore je koncentrácia elektrónov v oblasti N oveľa vyššia ako koncentrácia dier v oblasti P.

Pripojte zdroj napätia medzi kolektor a emitor V CE (V CE). Pod jeho pôsobením sa elektróny z hornej časti N začnú priťahovať do plusu a zbierať sa v blízkosti kolektora. Prúd však nemôže tiecť, pretože elektrické pole zdroja napätia nedosiahne emitor. Tomu bráni hrubá vrstva kolektorového polovodiča plus vrstva základného polovodiča.

Teraz pripojte napätie medzi bázu a emitor V BE , ale oveľa nižšie ako V CE (pre kremíkové tranzistory je minimálne požadované V BE 0,6 V). Keďže vrstva P je veľmi tenká, plus zdroj napätia pripojený k základni bude môcť „dosiahnuť“ svojím elektrickým poľom do oblasti N emitora. Pod jeho pôsobením pôjdu elektróny do základne. Niektoré z nich začnú zapĺňať diery, ktoré sa tam nachádzajú (rekombinujú). Druhá časť pre seba nenájde voľnú dieru, pretože koncentrácia dier v základni je oveľa nižšia ako koncentrácia elektrónov v žiariči.

Výsledkom je, že centrálna vrstva základne je obohatená o voľné elektróny. Väčšina z nich pôjde smerom ku kolektoru, pretože tam je napätie oveľa vyššie. Tomu napomáha aj veľmi malá hrúbka centrálnej vrstvy. Určitá časť elektrónov, aj keď oveľa menšia, bude stále prúdiť smerom k plusu základne.

V dôsledku toho dostaneme dva prúdy: malý - od základne k žiariču I BE a veľký - od kolektora k žiariču I CE.

Ak sa základné napätie zvýši, potom sa vo vrstve P nahromadí ešte viac elektrónov. V dôsledku toho sa základný prúd mierne zvýši a kolektorový prúd sa výrazne zvýši. Touto cestou, s malou zmenou základného prúdu I B , kolektorový prúd I sa silne mení OD. Tak to chodí zosilnenie signálu v bipolárnom tranzistore. Pomer kolektorového prúdu I C k základnému prúdu I B sa nazýva prúdový zisk. Označené β , hfe alebo h21e, v závislosti od špecifík výpočtov vykonaných s tranzistorom.

Najjednoduchší bipolárny tranzistorový zosilňovač

Pozrime sa podrobnejšie na princíp zosilnenia signálu v elektrickej rovine pomocou obvodu ako príkladu. Vopred urobím výhradu, že takáto schéma nie je úplne správna. Nikto nepripája zdroj jednosmerného napätia priamo k zdroju striedavého prúdu. Ale v tomto prípade bude jednoduchšie a jasnejšie pochopiť samotný mechanizmus zosilnenia pomocou bipolárneho tranzistora. Samotná technika výpočtu v nižšie uvedenom príklade je tiež trochu zjednodušená.

1. Popis hlavných prvkov reťazca

Povedzme teda, že máme tranzistor so ziskom 200 (β = 200). Zo strany kolektora pripojíme pomerne výkonný zdroj 20V, vďaka energii ktorého dôjde k zosilneniu. Zo strany bázy tranzistora pripojíme slabý zdroj 2V. K nemu pripojíme sériovo zdroj striedavého napätia v tvare sínusu, s amplitúdou kmitu 0,1V. Toto bude signál, ktorý sa má zosilniť. Rezistor Rb v blízkosti základne je potrebný na obmedzenie prúdu prichádzajúceho zo zdroja signálu, ktorý má zvyčajne nízky výkon.

2. Výpočet vstupného základného prúdu I b

Teraz vypočítajme základný prúd I b. Keďže ide o striedavé napätie, musíme vypočítať dve hodnoty prúdu - pri maximálnom napätí (V max) a minimálnom napätí (V min). Nazvime tieto aktuálne hodnoty - I bmax a I bmin.

Aby ste mohli vypočítať základný prúd, musíte poznať napätie základne-emitor V BE. Medzi bázou a emitorom je jeden PN prechod. Ukazuje sa, že základný prúd sa na svojej ceste "stretne" s polovodičovou diódou. Napätie, pri ktorom sa polovodičová dióda začína viesť, je asi 0,6 V. Nebudeme zachádzať do detailov prúdovo-napäťové charakteristiky diódy a pre jednoduchosť výpočtov berieme približný model, podľa ktorého je napätie na prúdovo vodivej dióde vždy 0,6V. To znamená, že napätie medzi bázou a emitorom je V BE = 0,6V. A keďže je vysielač pripojený k zemi (V E = 0), napätie zo základne k zemi je tiež 0,6V (V B = 0,6V).

Vypočítajme I bmax a I bmin pomocou Ohmovho zákona:

2. Výpočet výstupného prúdu kolektora I OD

Teraz, keď poznáme zisk (β = 200), môžeme ľahko vypočítať maximálne a minimálne hodnoty kolektorového prúdu (I cmax a I cmin).

3. Výpočet výstupného napätia V von

Cez rezistor Rc preteká kolektorový prúd, ktorý sme už vypočítali. Zostáva nahradiť hodnoty:

4. Analýza výsledkov

Ako je možné vidieť z výsledkov, VCmax sa ukázalo byť menšie ako VCmin. Je to preto, že napätie na V Rc sa odčíta od napájacieho napätia VCC. Vo väčšine prípadov to však nevadí, keďže nás zaujíma premenná zložka signálu – amplitúda, ktorá sa zvýšila z 0,1V na 1V. Frekvencia a sínusový priebeh sa nezmenili. Samozrejme, desaťnásobný pomer V out / V nie je ani zďaleka najlepším indikátorom pre zosilňovač, ale je celkom vhodný na ilustráciu procesu zosilnenia.

Poďme si teda zhrnúť princíp fungovania zosilňovača na bipolárnom tranzistore. Bázou preteká prúd Ib, nesúci konštantnú a premennú zložku. Konštantná zložka je potrebná na to, aby sa PN prechod medzi základňou a žiaričom začal viesť - „otvoril“. Variabilná zložka je v skutočnosti samotný signál (užitočná informácia). Intenzita prúdu kolektor-emitor vo vnútri tranzistora je výsledkom vynásobenia základného prúdu ziskom β. Napätie na rezistore Rc nad kolektorom je výsledkom vynásobenia zosilneného kolektorového prúdu hodnotou odporu.

Výstup V out teda prijíma signál so zvýšenou amplitúdou kmitov, ale so zachovaným tvarom a frekvenciou. Je dôležité zdôrazniť, že tranzistor odoberá energiu na zosilnenie z napájacieho zdroja VCC. Ak napájacie napätie nestačí, tranzistor nebude schopný plne pracovať a výstupný signál môže byť skreslený.

Prevádzkové režimy bipolárneho tranzistora

V súlade s úrovňami napätia na elektródach tranzistora existujú štyri režimy jeho činnosti:

Režim odrezania.

Aktívny režim (aktívny režim).

Režim nasýtenia.

Obrátený režim.

Režim cutoff

Keď je napätie báza-emitor nižšie ako 0,6V - 0,7V, PN prechod medzi bázou a emitorom je uzavretý. V tomto stave nemá tranzistor žiadny základný prúd. V dôsledku toho tiež nebude existovať žiadny kolektorový prúd, pretože v základni nie sú žiadne voľné elektróny pripravené na pohyb smerom k napätiu kolektora. Ukazuje sa, že tranzistor je akoby uzamknutý a hovoria, že je v ňom režim cutoff.

Aktívny režim

AT aktívny režim napätie na báze je dostatočné na otvorenie PN prechodu medzi bázou a emitorom. V tomto stave má tranzistor bázový a kolektorový prúd. Kolektorový prúd sa rovná základnému prúdu vynásobenému ziskom. To znamená, že aktívny režim je normálny prevádzkový režim tranzistora, ktorý sa používa na zosilnenie.

Režim nasýtenia

Niekedy môže byť základný prúd príliš veľký. Výsledkom je, že napájací výkon jednoducho nestačí na zabezpečenie takého kolektorového prúdu, ktorý by zodpovedal zosilneniu tranzistora. V režime nasýtenia bude kolektorový prúd maximálny, ktorý môže napájací zdroj poskytnúť a nebude ovplyvnený základným prúdom. V tomto stave tranzistor nie je schopný zosilniť signál, pretože kolektorový prúd nereaguje na zmeny základného prúdu.

V režime saturácie je vodivosť tranzistora maximálna a je vhodnejšia pre funkciu spínača (kľúča) v stave "zapnuté". Rovnako tak v režime cutoff je vodivosť tranzistora minimálna a tomu zodpovedá aj spínač v stave „vypnuté“.

Inverzný režim

V tomto režime zohrávajú úlohu spínač kolektora a emitora: prechod kolektora PN je predpätý dopredu a prechod prechodu emitora je predpätý. V dôsledku toho prúd tečie zo základne do kolektora. Kolektorová polovodičová oblasť nie je symetrická k emitoru a zisk v inverznom režime je nižší ako v normálnom aktívnom režime. Konštrukcia tranzistora je vyrobená tak, aby v aktívnom režime pracoval čo najefektívnejšie. Preto sa v inverznom režime tranzistor prakticky nepoužíva.

Základné parametre bipolárneho tranzistora.

aktuálny zisk- pomer kolektorového prúdu I C k základnému prúdu I B . Označené β , hfe alebo h21e v závislosti od špecifík výpočtov vykonaných s tranzistormi.

β je konštantná hodnota pre jeden tranzistor a závisí od fyzickej štruktúry zariadenia. Vysoký zisk sa počíta v stovkách jednotiek, nízky - v desiatkach. Pre dva samostatné tranzistory rovnakého typu, aj keď boli počas výroby „susedmi pozdĺž potrubia“, sa β môže mierne líšiť. Táto charakteristika bipolárneho tranzistora je možno najdôležitejšia. Ak možno pri výpočtoch často zanedbať iné parametre zariadenia, potom je prúdový zisk takmer nemožný.

Vstupná impedancia- odpor v tranzistore, ktorý sa "stretá" so základným prúdom. Označené R v (R v). Čím je väčšia, tým lepšie pre zosilňovacie charakteristiky zariadenia, keďže na strane základne býva slabý zdroj signálu, z ktorého musíte odoberať čo najmenej prúdu. Ideálnou možnosťou je, keď sa vstupný odpor rovná nekonečnu.

Rin pre priemerný bipolárny tranzistor je niekoľko stoviek KΩ (kiloohmov). Tu bipolárny tranzistor veľmi stráca na tranzistor s efektom poľa, kde vstupný odpor dosahuje stovky GΩ (gigaohmov).

Výstupná vodivosť- vodivosť tranzistora medzi kolektorom a emitorom. Čím väčšia je výstupná vodivosť, tým väčší prúd kolektor-emitor bude schopný prejsť cez tranzistor pri menšom výkone.

Taktiež so zvýšením výstupnej vodivosti (alebo znížením výstupnej impedancie) sa zvyšuje maximálne zaťaženie, ktoré zosilňovač vydrží s malou stratou celkového zisku. Napríklad, ak tranzistor s nízkou výstupnou vodivosťou zosilní signál 100-krát bez záťaže, potom keď je pripojená záťaž 1KΩ, zosilní už len 50-krát. Tranzistor s rovnakým ziskom, ale vyššou výstupnou vodivosťou bude mať menší pokles zisku. Ideálnou možnosťou je, keď sa výstupná vodivosť rovná nekonečnu (alebo výstupnému odporu R out \u003d 0 (R out \u003d 0)).

Je to polovodičové zariadenie s tromi elektródami, pozostáva z dvoch p-n prechodov, prenos elektrických nábojov v nich sa uskutočňuje dvoma typmi nosičov - sú to elektróny a diery. Keďže zariadenie má 2 p-n prechody, nazýva sa „bipolárne“.

Našiel široké uplatnenie v rôznych elektronických zariadeniach určených na generovanie, zosilňovanie alebo spínanie (napríklad v logických obvodoch).

Tranzistor má 3 výstupy, ktoré sú pomenované takto:

• základňa;
• zberateľ;
• žiarič.

Tieto tri elektródy sú spojené s postupnými vrstvami polovodiča s iný typ vodivosť nečistôt. V závislosti od toho, ako k tomuto striedaniu dochádza, sa rozlišujú tranzistory typu npn a pnp. Skratka n - znamená negatívny elektronický typ vodivosti a p znamená pozitívnu dieru.

Podľa princípu činnosti sa bipolárny tranzistor líši od poľa v tom, že prenos náboja sa uskutočňuje súčasne nosičmi dvoch typov, a to elektrónov a dier. Preto názov "bipolárny" pochádza zo slova "bi" - "dva".

;

Elektróda, ktorá sa pripája k vrstve umiestnenej v strede, sa nazýva „základňa“ a elektródy, ktoré sa pripájajú k vonkajším vrstvám, sa nazývajú „emitor“ a „kolektor“. Typom vodivosti sa tieto vrstvy emitoru a kolektora v ničom nelíšia. Ale v procese výroby tranzistorov, aby sa zlepšili elektrické parametre, sú rozlíšiteľné podľa stupňa dopovania nečistotami.

Emitor je silne dopovaný a kolektor je slabo dopovaný, čo prispieva k zvýšeniu prípustného napätia kolektora. Hodnota prierazného spätného napätia emitorového prechodu nie je kritická, pretože v obvodoch sú tranzistory zvyčajne zapínané s predpätým emitorovým p-n prechodom.

Keďže žiarič je dopovaný silnejšie, dôjde k silnejšiemu vstrekovaniu menšinových nosičov do základnej vrstvy. Čo prispieva k rastu koeficientu prenosu prúdu, keď je tranzistor zapnutý v obvode so spoločnou bázou.

Plocha prechodu kolektora je oveľa väčšia ako prechodu emitoru, čím sa dosiahne lepší prílev menšinových nosičov zo základnej vrstvy a zlepšujú sa koeficienty prenosu.

Snažia sa o čo najmenšiu hrúbku základnej vrstvy, aby sa zvýšili frekvenčné parametre akejsi rýchlosti bipolárneho tranzistora. Ale je tu aj druhá strana kriedy - s poklesom hrúbky základnej vrstvy klesá maximálna (limitná) hodnota napätia kolektorového prechodu. Preto sa hodnota hrúbky podkladu volí ako najoptimálnejšia.

Princíp činnosti a zariadenie bipolárneho tranzistora

Spočiatku sa kovové germánium používalo hlavne v tranzistoroch a teraz sú vyrobené z monokryštálového kremíka a arzenidu gália, zariadenia vyrobené na báze arzenidu gália majú vysokú rýchlosť a používajú sa v obvodoch mikrovlnných zosilňovačov, vo vysokorýchlostných logických obvodoch. Ich rýchlosť sa vysvetľuje vysokou pohyblivosťou nosičov v arzenide gália.

Bipolárny tranzistor má 3 polovodičové vrstvy, ktoré sú dopované rôznymi spôsobmi: báza (B), emitor (E), kolektor (K). V závislosti od poradia vodivých vrstiev sú k dispozícii tranzistory s vodivosťou pnp a npn.

Základná vrstva sa nachádza medzi ďalšími dvoma vrstvami a je jemne dotovaná, výsledkom čoho je vysoká odolnosť. Kontaktná plocha medzi bázou a emitorom je menšia ako plocha kolektora a bázy. Deje sa tak z nasledujúcich dôvodov:

• zväčšenie plochy spojenia kolektor-základňa prispieva k tomu, že menšinové nosiče zo základne budú pravdepodobnejšie zachytené kolektorom, v prevádzkovom stave je spojenie kolektora zapnuté s reverzným predpätím;
• tiež veľká plocha prispieva k väčšiemu odvodu tepla počas prevádzky;

Emitorový prechod je zvyčajne zapnutý v smere dopredu (otvorený) a kolektorový prechod v opačnom smere (zatvorený).

Pozrime sa na činnosť tranzistora typu n-p-n, tranzistor typu p-n-p funguje rovnako, len v ňom nie sú hlavnými nosičmi náboja elektróny, ale diery. V tranzistore typu npn prechádzajú elektróny cez spojenie emitor-báza, alebo inými slovami, sú vstrekované. Časť týchto "novo prichádzajúcich" elektrónov sa rekombinuje s dierami, hlavnými nosičmi náboja v základni. Ale vzhľadom na to, že naša základňa je tenká a ľahko legovaná, t.j. je tam málo dier, potom hlavná hmota elektrónov prechádza (difunduje) do oblasti kolektora, tento prechod je spôsobený tým, že elektróny sa dlho rekombinujú s dierami v základni a elektrické pole kolektora je veľké, takže elektróny sú zachytené do kolektora. Ukazuje sa, že kolektorový prúd sa takmer rovná prúdu emitoru mínus malé rekombinačné straty v báze. Ik \u003d Ib-Ie.

Základňa funguje len ako ventil, ktorý blokuje tok elektrónov cez tranzistor. Na spustenie riadenia je potrebné priviesť prúd na výstup bázy tranzistora. Nazýva sa to základný prúd. A napätie aplikované na terminály emitora a základne sa nazýva "predpätie". Zmenou tohto prúdu (bázy) tým meníme hlavný prúd (kolektor) cez tranzistor.

Vyhrievanie tranzistorov

Elektrónom prúdiacim cez tranzistor silne odolávajú uzly kryštálovej mriežky polovodičov. Čo spôsobuje jeho zahrievanie. V bipolárnych tranzistoroch s nízkym výkonom toto zahrievanie nie je významné a žiadnym spôsobom neovplyvňuje jeho činnosť. Ale vo výkonných tranzistoroch, cez ktoré pretekajú veľké prúdy, môže toto zahrievanie viesť k jeho rozpadu. Aby sa tomu zabránilo, používajú sa radiátory.

Na odvádzanie tepla z tranzistora sú potrebné radiátory. Niekedy sa na zlepšenie odvodu tepla používa tepelná pasta. Niektoré radiátory majú na povrchu rebrá. Tieto rebrá zväčšujú celkový povrch. Niektoré radiátory sú vybavené ventilátormi, ktoré zabezpečujú nepretržité prúdenie vzduchu a v dôsledku toho sa zvyšuje odvod tepla.

Schémy zapojenia tranzistorov

Tranzistor je možné zapojiť do 3 rôznych obvodov:

• emitorový obvod;
• základná schéma;
• kolektorový okruh.

Činnosť tranzistora v týchto obvodoch je odlišná.

Spínací obvod emitora

Najčastejšie používaným spínacím obvodom je emitorový obvod. Zapnutie tranzistora podľa tejto schémy poskytuje zosilnenie napätia a prúdu. Vstupná impedancia tohto obvodu je nízka (rádovo v stovkách ohmov) a výstupná impedancia je vysoká (desiatky kΩ).

Spínací obvod kolektora

Tento obvod má slušný vstupný odpor a malý výstupný odpor. Vstupná impedancia tohto obvodu závisí od záťaže, ktorú sme zapli na výstupe a viac ako tento odpor o zosilňovací faktor. Je vhodné použiť zdroj vstupného signálu s vysokou výstupnou impedanciou, ako je kondenzátorový mikrofón alebo piezoelektrický snímač.

Základný spínací obvod

Tento obvod sa používa iba na zosilnenie napätia. Prúdové zosilnenie alebo skôr pomer výstupu k vstupnému prúdu je vždy menší ako jedna. Používa sa na zosilnenie vysokých frekvencií a má minimálne úrovne šumu výstupného signálu, napríklad v anténnych zosilňovačoch, kde je odpor rádovo v stovkách ohmov.

Prevádzka bipolárneho tranzistora v rôznych režimoch

tranzistor v elektrické schémy sa pripája rôznymi spôsobmi a má 4 hlavné režimy prevádzky. Ich hlavný rozdiel je v smere prúdu pretekajúceho cez križovatku alebo v jeho neprítomnosti. elektrický prúd. Prechodom sa tu rozumie oblasť medzi dvoma p a n polovodičmi.

Aktívny režim

Do prechodu B - E; (základný emitor); je pripojené jednosmerné napätie a E-C prevod(emitor-kolektor) je pripojené spätné napätie.Zosilnenie signálu v tomto režime je maximálne. Tento režim je najčastejšie používaný.

Nasýtený režim

Na prechode B - E a prechod B-K sú aplikované jednosmerné napätia, prechody sú úplne otvorené.

Režim cut-off

Prevádzkový režim uzavretého tranzistora, keď je na prechody privedené spätné napätie.; Používa sa v obvodoch, kde sú potrebné dva stavy tranzistora: "otvorený" alebo "zatvorený". Takéto schémy sa nazývajú kľúčové.

Invertný režim

Na prechod E-K (kolektorový prechod) sa privádza dopredné napätie a na prechod B - E sa privádza spätné napätie. Pomerne zriedkavý spôsob fungovania bipolárneho tranzistora.

Video o fungovaní bipolárneho tranzistora

Tranzistor je polovodičové zariadenie, ktoré dokáže zosilniť, konvertovať a generovať elektrické signály. Prvý funkčný bipolárny tranzistor bol vynájdený v roku 1947. Ako materiál na jeho výrobu slúžilo germánium. A už v roku 1956 sa zrodil kremíkový tranzistor.

V bipolárnom tranzistore sa používajú dva typy nosičov náboja - elektróny a diery, preto sa takéto tranzistory nazývajú bipolárne. Okrem bipolárnych existujú unipolárne (poľné) tranzistory, ktoré využívajú len jeden typ nosiča – elektróny alebo diery. Tento článok sa bude zaoberať bipolárnymi tranzistormi.

Väčšina kremíkových tranzistorov má štruktúru n-p-n, čo vysvetľuje aj technológia výroby, existujú síce aj kremíkové tranzistory p-n-p, ale je ich o niečo menej ako n-p-n štruktúr. Takéto tranzistory sa používajú ako súčasť komplementárnych párov (tranzistory rôznej vodivosti s rovnakými elektrickými parametrami). Napríklad KT315 a KT361, KT815 a KT814 a vo výstupných stupňoch tranzistora UMZCH KT819 a KT818. V importovaných zosilňovačoch sa veľmi často používa výkonný doplnkový pár 2SA1943 a 2SC5200.

Tranzistory so štruktúrou p-n-p sa často nazývajú tranzistory s priamym vedením a štruktúry n-p-n obrátene. Z nejakého dôvodu sa tento názov v literatúre takmer nikdy nenachádza, ale v kruhu rádiových inžinierov a rádioamatérov sa používa všade, každý hneď pochopí, o čo ide. Obrázok 1 zobrazuje schematické zariadenie tranzistorov a ich konvenčné grafické symboly.

Obrázok 1.

Okrem rozdielov v type vodivosti a materiáli sú bipolárne tranzistory klasifikované podľa výkonu a pracovnej frekvencie. Ak stratový výkon na tranzistore nepresiahne 0,3 W, takýto tranzistor sa považuje za nízkovýkonový. Pri výkone 0,3 ... 3 W sa tranzistor nazýva tranzistor so stredným výkonom a pri výkone viac ako 3 W sa výkon považuje za vysoký. Moderné tranzistory sú schopné rozptýliť výkon niekoľkých desiatok a dokonca stoviek wattov.

Tranzistory zosilňujú elektrické signály nie rovnako dobre: ​​so zvyšujúcou sa frekvenciou zosilnenie tranzistorového stupňa klesá a pri určitej frekvencii sa úplne zastaví. Preto, aby fungovali v širokom frekvenčnom rozsahu, tranzistory sa vyrábajú s rôznymi frekvenčnými vlastnosťami.

Podľa pracovnej frekvencie sú tranzistory rozdelené na nízkofrekvenčné - pracovná frekvencia nie je väčšia ako 3 MHz, stredná frekvencia - 3 ... 30 MHz, vysokofrekvenčná - nad 30 MHz. Ak pracovná frekvencia presahuje 300 MHz, ide už o mikrovlnné tranzistory.

Vo všeobecnosti je v serióznych hrubých referenčných knihách uvedených viac ako 100 rôznych parametrov tranzistorov, čo tiež naznačuje obrovský počet modelov. A počet moderných tranzistorov je taký, že ich už nie je možné úplne uviesť v žiadnej referenčnej knihe. A zostava sa neustále zvyšuje, čo umožňuje vyriešiť takmer všetky úlohy stanovené vývojármi.

Existuje veľa tranzistorových obvodov (stačí si spomenúť na počet aspoň domácich zariadení) na zosilnenie a konverziu elektrických signálov, ale napriek všetkej ich rozmanitosti pozostávajú tieto obvody zo samostatných kaskád, ktoré sú založené na tranzistoroch. Na dosiahnutie požadovaného zosilnenia signálu je potrebné použiť niekoľko stupňov zosilnenia zapojených do série. Aby ste pochopili, ako fungujú zosilňovacie stupne, musíte sa lepšie zoznámiť s tranzistorovými spínacími obvodmi.

Samotný tranzistor nebude schopný nič zosilniť. Jeho zosilňovacie vlastnosti spočívajú v tom, že malé zmeny vstupného signálu (prúdu alebo napätia) vedú k výrazným zmenám napätia alebo prúdu na výstupe stupňa v dôsledku spotreby energie z externého zdroja. Práve táto vlastnosť je široko používaná v analógových obvodoch - zosilňovače, televízia, rádio, komunikácia atď.

Pre zjednodušenie prezentácie tu budú uvažované obvody založené na tranzistoroch štruktúry n-p-n. Všetko, čo sa povie o týchto tranzistoroch, platí rovnako p-n-p tranzistory. Stačí len obrátiť polaritu napájacích zdrojov a ak existuje, získať pracovný obvod.

Celkovo existujú tri takéto obvody: obvod so spoločným emitorom (CE), obvod so spoločným kolektorom (OC) a obvod so spoločnou bázou (OB). Všetky tieto schémy sú znázornené na obrázku 2.

Obrázok 2

Ale predtým, ako pristúpite k úvahám o týchto obvodoch, mali by ste sa oboznámiť s tým, ako tranzistor funguje v kľúčovom režime. Tento úvod by mal uľahčiť pochopenie v režime zosilnenia. V určitom zmysle možno kľúčový obvod považovať za druh obvodu s OE.

Prevádzka tranzistora v kľúčovom režime

Pred štúdiom činnosti tranzistora v režime zosilnenia signálu je potrebné pripomenúť, že tranzistory sa často používajú v kľúčovom režime.

Tento spôsob činnosti tranzistora sa už dlho zvažuje. V augustovom čísle časopisu "Rádio" v roku 1959 vyšiel článok G. Lavrova "Polovodičová trióda v kľúčovom režime". Autor článku navrhol zmeniť trvanie impulzov v riadiacom vinutí (OC). Teraz sa tento spôsob regulácie nazýva PWM a používa sa pomerne často. Diagram z vtedajšieho časopisu je znázornený na obrázku 3.

Obrázok 3

Režim kľúča sa však používa nielen v systémoch PWM. Tranzistor často jednoducho niečo zapne a vypne.

V tomto prípade môže byť relé použité ako záťaž: je aplikovaný vstupný signál - relé je zapnuté, nie - signál relé je vypnutý. Žiarovky sa často používajú namiesto relé v režime kľúča. Zvyčajne sa to robí na označenie: žiarovka je buď zapnutá alebo vypnutá. Schéma takéhoto kľúčového stupňa je znázornená na obrázku 4. Kľúčové stupne sa používajú aj na prácu s LED alebo s optočlenmi.

Obrázok 4

Na obrázku je kaskáda riadená konvenčným kontaktom, hoci to môže byť digitálny mikroobvod alebo namiesto toho. Autožiarovka, tá sa používa na osvetlenie palubnej dosky v Zhiguli. Je potrebné venovať pozornosť tomu, že na ovládanie sa používa 5V a napätie spínaného kolektora je 12V.

Na tom nie je nič zvláštne, pretože napätie v tomto obvode nehrá žiadnu rolu, záleží len na prúdoch. Preto môže byť žiarovka najmenej 220 V, ak je tranzistor navrhnutý na prevádzku pri takýchto napätiach. Napätie zdroja kolektora sa tiež musí zhodovať s prevádzkovým napätím záťaže. Pomocou takýchto kaskád je záťaž pripojená k digitálnym mikroobvodom alebo mikrokontrolérom.

V tejto schéme základný prúd riadi kolektorový prúd, ktorý je v dôsledku energie zdroja energie niekoľko desiatok alebo dokonca stokrát väčší (v závislosti od zaťaženia kolektora) ako základný prúd. Je ľahké vidieť, že dochádza k zvýšeniu prúdu. Keď tranzistor pracuje v kľúčovom režime, zvyčajne sa používa na výpočet kaskády podľa hodnoty nazývanej v referenčných knihách "aktuálny zisk v režime veľkého signálu" - v referenčných knihách je označený písmenom β. Toto je pomer kolektorového prúdu, určený záťažou, k minimálnemu možnému základnému prúdu. Vo forme matematického vzorca to vyzerá takto: β = Ik / Ib.

Pre väčšinu moderných tranzistorov je koeficient β dostatočne veľký, spravidla od 50 a vyššie, preto sa pri výpočte kľúčového stupňa môže rovnať iba 10. a kľúčovému režimu.

Na rozsvietenie žiarovky znázornenej na obrázku 3, Ib \u003d Ik / β \u003d 100 mA / 10 \u003d 10 mA, je to najmenej. Pri riadiacom napätí 5V na základnom rezistore Rb, mínus úbytok napätia v sekcii B-E zostane 5V - 0,6V = 4,4V. Odpor základného odporu bude: 4,4V / 10mA = 440 ohmov. Zo štandardnej série je vybraný odpor s odporom 430 ohmov. Napätie 0,6V je napätie na B-E prechode a na to by ste pri výpočte nemali zabúdať!

Aby báza tranzistora pri otvorení ovládacieho kontaktu nezostala „visieť vo vzduchu“, je prechod B-E väčšinou premostený odporom Rbe, ktorý tranzistor spoľahlivo uzavrie. Na tento odpor by sa nemalo zabúdať, aj keď z nejakého dôvodu v niektorých obvodoch nie je, čo môže viesť k falošnej prevádzke šumového stupňa. V skutočnosti každý vedel o tomto odpore, ale z nejakého dôvodu zabudli a opäť šliapli na „hrable“.

Hodnota tohto odporu musí byť taká, aby pri rozopnutí kontaktu nebolo napätie na báze menšie ako 0,6V, inak bude kaskáda nekontrolovateľná, ako keby sekcia B-E len skratovaný. V praxi je odpor Rbe nastavený na nominálnu hodnotu asi desaťkrát väčšiu ako Rb. Ale aj keď je hodnota Rb 10Kom, obvod bude fungovať celkom spoľahlivo: potenciály bázy a emitora budú rovnaké, čo povedie k uzavretiu tranzistora.

Takáto kľúčová kaskáda, ak je v dobrom stave, dokáže rozsvietiť žiarovku pri plnom žhavení, alebo ju úplne vypnúť. V tomto prípade môže byť tranzistor plne zapnutý (stav nasýtenia) alebo úplne uzavretý (stav cutoff). Okamžite sám osebe naznačuje, že medzi týmito „hraničnými“ stavmi existuje niečo také, keď žiarovka svieti na polovicu. Je v tomto prípade tranzistor napoly otvorený alebo napoly zatvorený? Je to ako naplnenie pohára: optimista vidí pohár poloplný, zatiaľ čo pesimista poloprázdny. Tento režim činnosti tranzistora sa nazýva zosilňovací alebo lineárny.

Prevádzka tranzistora v režime zosilnenia signálu

Takmer všetky moderné elektronické zariadenia pozostávajú z mikroobvodov, v ktorých sú „skryté“ tranzistory. Stačí si zvoliť režim prevádzky operačný zosilňovač aby ste získali požadovaný zisk alebo šírku pásma. Napriek tomu sa však často používajú kaskády na diskrétnych ("voľných") tranzistoroch, a preto je jednoducho potrebné pochopiť fungovanie zosilňovacej kaskády.

Najbežnejším zapojením tranzistora v porovnaní s OK a OB je obvod so spoločným emitorom (CE). Dôvodom tejto prevalencie je predovšetkým vysoké napätie a prúdový zisk. Najvyššie zosilnenie stupňa OE sa dosiahne vtedy, keď polovica napätia napájacieho zdroja Epit/2 klesne na záťaž kolektora. Podľa toho druhá polovica pripadá na dej K-E tranzistor. To sa dosiahne nastavením kaskády, o ktorej sa bude diskutovať nižšie. Tento spôsob zosilnenia sa nazýva trieda A.

Keď je tranzistor s OE zapnutý, výstupný signál na kolektore je v protifáze so vstupným signálom. Ako nevýhody je možné poznamenať, že vstupný odpor OE je malý (nie viac ako niekoľko stoviek ohmov) a výstupný odpor je v desiatkach kΩ.

Ak je v kľúčovom režime tranzistor charakterizovaný prúdovým ziskom v režime veľkého signálu β, potom sa v režime zosilnenia použije „prúdový zisk v režime malého signálu“, ktorý je označený v referenčných knihách h21e. Toto označenie pochádza zo znázornenia tranzistora vo forme štvorpólu. Písmeno "e" označuje, že merania boli vykonané pri zapnutí tranzistora so spoločným emitorom.

Koeficient h21e je spravidla o niečo väčší ako β, hoci ho možno použiť aj vo výpočtoch v prvej aproximácii. Napriek tomu je rozptyl parametrov β a h21e taký veľký aj pre jeden typ tranzistora, že výpočty sú len približné. Po takýchto výpočtoch je spravidla potrebné upraviť schému.

Zosilnenie tranzistora závisí od hrúbky bázy, preto ho nemožno meniť. Preto veľké rozdiely v zosilnení tranzistorov odobratých aj z jednej skrinky (čítaj jednu dávku). Pre tranzistory s nízkym výkonom sa tento koeficient pohybuje od 100 ... 1 000 a pre výkonné 5 ... 200. Čím tenšia základňa, tým vyšší koeficient.

Najjednoduchší obvod na zapnutie OE tranzistora je znázornený na obrázku 5. Toto je len malý kúsok z obrázku 2, ktorý je zobrazený v druhej časti článku. Takýto obvod sa nazýva obvod s pevným základným prúdom.

Obrázok 5

Schéma je mimoriadne jednoduchá. Vstupný signál sa privádza na bázu tranzistora cez oddeľovací kondenzátor C1 a po zosilnení sa odoberá z kolektora tranzistora cez kondenzátor C2. Účelom kondenzátorov je chrániť vstupné obvody z konštantnej zložky vstupného signálu (stačí si spomenúť na uhlíkový alebo elektretový mikrofón) a zabezpečiť potrebnú šírku pásma kaskády.

Rezistor R2 je záťažou kolektora stupňa a R1 dodáva základňu jednosmerné predpätie. Pomocou tohto odporu sa snažia dosiahnuť, aby napätie na kolektore bolo Epit / 2. Tento stav sa nazýva pracovný bod tranzistora, v tomto prípade je zosilnenie kaskády maximálne.

Približne odpor odporu R1 možno určiť jednoduchým vzorcom R1 ≈ R2 * h21e / 1,5 ... 1,8. Koeficient 1,5…1,8 sa nahrádza v závislosti od napájacieho napätia: pri nízkom napätí (nie viac ako 9V) nie je hodnota koeficientu väčšia ako 1,5 a od 50V sa blíži k 1,8…2,0. Ale v skutočnosti je vzorec taký približný, že najčastejšie je potrebné zvoliť rezistor R1, inak sa nedosiahne požadovaná hodnota Epit / 2 na kolektore.

Kolektorový odpor R2 je nastavený ako podmienka problému, pretože kolektorový prúd a zisk kaskády ako celku závisia od jeho hodnoty: čím väčší je odpor odporu R2, tým vyššie je zosilnenie. Ale s týmto odporom musíte byť opatrní, kolektorový prúd musí byť menší ako maximálny povolený pre tento typ tranzistora.

Schéma je veľmi jednoduchá, ale táto jednoduchosť jej dáva negatívne vlastnosti a táto jednoduchosť niečo stojí. Po prvé, zosilnenie kaskády závisí od konkrétnej inštancie tranzistora: Pri oprave som vymenil tranzistor, - znova vyberte posun, priveďte ho do pracovného bodu.

Po druhé, na teplote životné prostredie, - so zvýšením teploty sa spätný kolektorový prúd Ico zvyšuje, čo vedie k zvýšeniu kolektorového prúdu. A kde je potom polovica napájacieho napätia na kolektore Epit / 2, ten istý pracovný bod? V dôsledku toho sa tranzistor zahreje ešte viac, po ktorom zlyhá. Aby sme sa zbavili tejto závislosti alebo ju aspoň znížili na minimum, do tranzistorovej kaskády sa zavádzajú ďalšie prvky negatívnej spätnej väzby - OOS.

Obrázok 6 zobrazuje obvod s pevným predpätím.

Obrázok 6

Zdá sa, že delič napätia Rb-k, Rb-e poskytne požadované počiatočné predpätie kaskády, ale v skutočnosti má takáto kaskáda všetky nevýhody obvodu s pevným prúdom. Zobrazený obvod je teda len variáciou obvodu s pevným prúdom znázorneného na obrázku 5.

Obvody s tepelnou stabilizáciou

O niečo lepšia situácia je v prípade použitia schém znázornených na obrázku 7.

Obrázok 7

V kolektorovo stabilizovanom obvode nie je predpätie R1 pripojený k zdroju napájania, ale ku kolektoru tranzistora. V tomto prípade, ak sa spätný prúd zvyšuje so zvyšujúcou sa teplotou, tranzistor sa otvára silnejšie, napätie kolektora klesá. Tento pokles vedie k zníženiu predpätia aplikovaného na základňu cez R1. Tranzistor sa začne zatvárať, kolektorový prúd klesá na prijateľnú hodnotu, obnoví sa poloha pracovného bodu.

Je celkom zrejmé, že takéto opatrenie stabilizácie vedie k určitému zníženiu zisku kaskády, ale to nevadí. Chýbajúce zosilnenie sa spravidla pridáva zvýšením počtu zosilňovacích stupňov. Takáto ochrana životného prostredia vám však umožňuje výrazne rozšíriť rozsah prevádzkových teplôt kaskády.

Zapojenie kaskády so stabilizáciou emitora je o niečo komplikovanejšie. Zosilňovacie vlastnosti takýchto kaskád zostávajú nezmenené v ešte širšom teplotnom rozsahu ako v prípade okruhu stabilizovaného kolektorom. A ešte jedna nesporná výhoda - pri výmene tranzistora nemusíte znova vyberať prevádzkové režimy kaskády.

Emitorový odpor R4, ktorý zabezpečuje stabilizáciu teploty, tiež znižuje zosilnenie kaskády. Je to pre priamy prúd. Aby sa vylúčil vplyv odporu R4 na zosilnenie striedavého prúdu, je odpor R4 posunutý kondenzátorom Ce, ktorý má malý odpor voči striedavému prúdu. Jeho hodnota je určená frekvenčným rozsahom zosilňovača. Ak tieto frekvencie ležia v audio rozsahu, potom kapacita kondenzátora môže byť od jednotiek do desiatok a dokonca stoviek mikrofarád. Pre rádiové frekvencie sú to už stotiny alebo tisíciny, ale v niektorých prípadoch obvod funguje dobre aj bez tohto kondenzátora.

Aby sme lepšie pochopili, ako funguje stabilizácia emitora, je potrebné zvážiť obvod na zapnutie tranzistora so spoločným kolektorom OK.

Spoločný kolektorový obvod (CC) je znázornený na obrázku 8. Tento obvod je kúskom obrázku 2 z druhej časti článku, ktorý zobrazuje všetky tri spínacie obvody tranzistorov.

Obrázok 8

Zaťaženie stupňa je emitorový odpor R2, vstupný signál sa privádza cez kondenzátor C1 a výstupný signál sa odoberá cez kondenzátor C2. Tu sa môžete opýtať, prečo sa táto schéma volá OK? Koniec koncov, ak si spomenieme na obvod OE, potom je jasne vidieť, že emitor je pripojený k spoločnému vodiču obvodu, ku ktorému je privedený vstupný signál a výstupný signál je odstránený.

V obvode OK je kolektor jednoducho pripojený k zdroju energie a na prvý pohľad sa zdá, že nemá nič spoločné so vstupným a výstupným signálom. Ale v skutočnosti má zdroj EMF (napájacia batéria) veľmi malý vnútorný odpor, pre signál je to prakticky jeden bod, ten istý kontakt.

Podrobnejšie je činnosť obvodu OK vidieť na obrázku 9.

Obrázok 9

Je známe, že pre kremíkové tranzistory je prechodové napätie b-e v rozsahu 0,5 ... 0,7 V, takže ho môžete vziať v priemere 0,6 V, ak nechcete vykonávať výpočty s presnosťou na desatiny percenta. . Preto, ako je vidieť na obrázku 9, výstupné napätie bude vždy menší ako vstup o hodnotu Ub-e, konkrétne o tých istých 0,6V. Na rozdiel od OE obvodu tento obvod neinvertuje vstupný signál, len ho opakuje a dokonca ho znižuje o 0,6V. Tento obvod sa tiež nazýva sledovač emitora. Prečo je takáto schéma potrebná, aké je jej použitie?

Obvod OK zosilňuje prúdový signál o h21e krát, čo znamená, že vstupná impedancia obvodu je h21e krát väčšia ako odpor v obvode emitora. Inými slovami, bez obáv zo spálenia tranzistora aplikujte napätie priamo na základňu (bez obmedzovacieho odporu). Jednoducho zoberte kolík základne a pripojte ho k napájacej lište +U.

Vysoká vstupná impedancia vám umožňuje pripojiť vstupný zdroj s vysokou impedanciou ( komplexný odpor), ako je piezoelektrický snímač. Ak je takýto snímač pripojený ku kaskáde podľa schémy OE, potom nízka vstupná impedancia tejto kaskády jednoducho „pristane“ signál snímača - „rádio nebude hrať“.

Charakteristickým znakom obvodu OK je, že jeho kolektorový prúd Ik závisí iba od odporu záťaže a napätia zdroja vstupného signálu. Parametre tranzistora tu v tomto prípade nehrajú vôbec žiadnu rolu. Takéto obvody sú údajne pokryté 100% napäťovou spätnou väzbou.

Ako je znázornené na obrázku 9, prúd v záťaži emitora (známy ako prúd emitora) In = Ik + Ib. Ak vezmeme do úvahy, že prúd bázy Ib je zanedbateľný v porovnaní s kolektorovým prúdom Ik, možno predpokladať, že zaťažovací prúd sa rovná kolektorovému prúdu In = Ik. Prúd v záťaži bude (Uin - Ube) / Rn. V tomto prípade budeme predpokladať, že Ube je známe a vždy sa rovná 0,6 V.

Z toho vyplýva, že kolektorový prúd Ik = (Uin - Ube) / Rn závisí len od vstupného napätia a odporu záťaže. Odolnosť záťaže sa dá meniť v širokom rozsahu, netreba však byť mimoriadne horlivý. Koniec koncov, ak namiesto Rn dáte klinec - stotinu, neprežije žiadny tranzistor!

OK obvod umožňuje celkom jednoducho merať koeficient prenosu statického prúdu h21e. Ako to urobiť, je znázornené na obrázku 10.

Obrázok 10.

Najprv zmerajte zaťažovací prúd, ako je znázornené na obrázku 10a. V tomto prípade nie je potrebné nikam pripájať základňu tranzistora, ako je znázornené na obrázku. Potom sa meria základný prúd podľa obrázku 10b. Merania by sa mali v oboch prípadoch vykonávať v rovnakých množstvách: buď v ampéroch alebo v miliampéroch. Napájacie napätie a záťaž musia zostať rovnaké pre obe merania. Na zistenie koeficientu prenosu statického prúdu stačí vydeliť zaťažovací prúd základným prúdom: h21e ≈ In / Ib.

Treba poznamenať, že so zvýšením záťažového prúdu h21e trochu klesá a so zvýšením napájacieho napätia sa zvyšuje. Emitorové sledovače sú často postavené v konfigurácii push-pull pomocou komplementárnych párov tranzistorov na zvýšenie výstupného výkonu zariadenia. Takýto sledovač vysielača je znázornený na obrázku 11.

Obrázok 11.

Obrázok 12.

Zahrnutie tranzistorov podľa schémy so spoločnou základňou O

Takýto obvod poskytuje iba zosilnenie napätia, ale má lepšie frekvenčné vlastnosti v porovnaní s obvodom OE: rovnaké tranzistory môžu pracovať pri vyšších frekvenciách. Hlavnou aplikáciou OB obvodu sú anténne zosilňovače rozsahu UHF. Obvod anténneho zosilňovača je znázornený na obrázku 12.

Sú to bipolárne tranzistory. Spínacie obvody závisia od ich vodivosti (otvorové alebo elektronické) a funkcií, ktoré vykonávajú.

Klasifikácia

Tranzistory sú rozdelené do skupín:

1. Podľa materiálov: najčastejšie sa používa arzenid gália a kremík.
2. Podľa frekvencie signálu: nízka (do 3 MHz), stredná (do 30 MHz), vysoká (do 300 MHz), ultra vysoká (nad 300 MHz).
3. Podľa maximálnej straty výkonu: do 0,3 W, do 3 W, viac ako 3 W.
4. Podľa typu zariadenia: tri spojené vrstvy polovodiča so striedavým priamym a reverzným spôsobom vedenia nečistôt.

Ako fungujú tranzistory?

Vonkajšie a vnútorné vrstvy tranzistora sú spojené s napájacími elektródami, ktoré sa nazývajú emitor, kolektor a báza.

Emitor a kolektor sa navzájom nelíšia v typoch vodivosti, ale stupeň dopovania nečistotami v druhom je oveľa nižší. To zaisťuje zvýšenie prípustného výstupného napätia.

Základ, ktorým je stredná vrstva, má vysoký odpor, keďže je vyrobený z jemne dopovaného polovodiča. Má významnú oblasť kontaktu s kolektorom, čo zlepšuje odvod tepla generovaného v dôsledku spätného predpätia križovatky a tiež uľahčuje prechod menšinových nosičov - elektrónov. Napriek tomu, že prechodové vrstvy sú založené na rovnakom princípe, tranzistor je jednočlenné zariadenie. Pri zmene miest extrémnych vrstiev s rovnakou vodivosťou nie je možné získať podobné parametre polovodičového zariadenia.

Spínacie obvody ho dokážu udržiavať v dvoch stavoch: môže byť otvorený alebo zatvorený. V aktívnom režime, keď je tranzistor zapnutý, je predpätie emitoru prechodu vykonané v doprednom smere. Aby ste to mohli vizuálne zvážiť, napríklad na polovodičovej trióde typu n-p-n, malo by sa na ňu aplikovať napätie zo zdrojov, ako je znázornené na obrázku nižšie.

Hranica na druhom kolektorovom prechode je potom uzavretá a cez ňu by nemal pretekať žiadny prúd. Ale v praxi dochádza k opaku kvôli blízkosti prechodov k sebe a ich vzájomnému ovplyvňovaniu. Keďže "mínus" batérie je pripojený k emitoru, otvorený prechod umožňuje elektrónom vstúpiť do základnej zóny, kde sa čiastočne rekombinujú s otvormi - hlavnými nosičmi. Vytvára sa základný prúd Ib. Čím je silnejší, tým väčší je výstupný prúd. Na tomto princípe pracujú zosilňovače založené na bipolárnych tranzistoroch.

Cez základňu dochádza len k difúznemu pohybu elektrónov, pretože tam nepôsobí žiadne elektrické pole. Vzhľadom na nevýznamnú hrúbku vrstvy (mikróny) a veľkú veľkosť negatívne nabitých častíc takmer všetky spadajú do oblasti kolektora, hoci základný odpor je dosť veľký. Tam sú vťahované elektrickým poľom prechodu, čo prispieva k ich aktívnemu prenosu. Prúdy kolektora a emitora sú takmer rovnaké, ak zanedbáme miernu stratu nábojov spôsobenú rekombináciou v základni: I e \u003d I b + I k.

Parametre tranzistorov

1. Zosilnenie napätia U eq / U be a prúd: β = I k / I b (skutočné hodnoty). Typicky koeficient β nepresahuje hodnotu 300, ale môže dosiahnuť hodnotu 800 a vyššiu.
2. vstupná impedancia.
3. Frekvenčná charakteristika - výkon tranzistora do danej frekvencie, nad ktorou prechodové javy v ňom nedržia krok so zmenami v privádzanom signáli.

Bipolárny tranzistor: spínacie obvody, prevádzkové režimy

Prevádzkové režimy sa líšia v závislosti od toho, ako je obvod zostavený. Signál musí byť privedený a odstránený v dvoch bodoch pre každý prípad a k dispozícii sú iba tri výstupy. Z toho vyplýva, že jedna elektróda musí súčasne patriť na vstup a výstup. Takto sa zapínajú akékoľvek bipolárne tranzistory. Schémy zahrnutia: ABOUT, OE a OK.

1. Schéma s OK

Spínací obvod so spoločným kolektorom: signál ide na odpor R L, ktorý je tiež súčasťou kolektorového obvodu. Takéto spojenie sa nazýva spoločný kolektorový okruh.

Táto možnosť vytvára iba aktuálny zisk. Výhodou emitorového sledovača je vytvorenie veľkého vstupného odporu (10-500 kOhm), čo umožňuje pohodlné zosúladenie kaskád.

2. Schéma s OB

Schéma zapínania bipolárneho tranzistora so spoločnou bázou: vstupný signál vstupuje cez C 1 a po zosilnení je odstránený vo výstupnom kolektorovom obvode, kde je základná elektróda spoločná. V tomto prípade sa vytvorí napäťový zisk podobný práci s OE.

Nevýhodou je malý vstupný odpor (30-100 ohmov) a obvod OB sa používa ako oscilátor.

3. Schéma s OE

V mnohých prípadoch, keď sa používajú bipolárne tranzistory, sú spínacie obvody prevažne vyrobené so spoločným emitorom. Napájacie napätie je privádzané cez zaťažovací odpor R L a záporný pól externého napájacieho zdroja je pripojený k emitoru.

Striedavý signál zo vstupu ide do emitorovej a základnej elektródy (V in) a v kolektorovom obvode sa už zväčšuje (V CE). Hlavné prvky obvodu: tranzistor, rezistor R L a externe napájaný výstupný obvod zosilňovača. Pomocný: kondenzátor C 1, ktorý zabraňuje prechodu jednosmerného prúdu do obvodu vstupného signálu a rezistor R 1, cez ktorý sa otvára tranzistor.

V kolektorovom obvode sú napätia na výstupe tranzistora a cez odpor RL spolu rovné hodnote EMF: V CC \u003d I C R L + V CE.

Malý signál V in na vstupe teda nastavuje zákon zmeny jednosmerného napájacieho napätia na striedavé na výstupe riadeného tranzistorového meniča. Obvod poskytuje zvýšenie vstupného prúdu 20-100-krát a napätie - 10-200-krát. V súlade s tým sa zvyšuje aj sila.

Nevýhoda obvodu: malý vstupný odpor (500-1000 ohmov). Z tohto dôvodu vznikajú problémy pri vytváraní amplifikačných stupňov. Výstupná impedancia je 2-20 kOhm.

Nižšie uvedené diagramy ukazujú, ako funguje bipolárny tranzistor. Ak neurobíte dodatočné opatrenia, ich výkon bude značne ovplyvnený vonkajšími vplyvmi, ako je prehrievanie a frekvencia signálu. Taktiež uzemnenie vysielača vytvára na výstupe nelineárne skreslenie. Na zvýšenie spoľahlivosti prevádzky sú v obvode zapojené spätné väzby, filtre atď.. V tomto prípade sa zosilnenie znižuje, ale zariadenie sa stáva efektívnejším.

Prevádzkové režimy

Funkciu tranzistora ovplyvňuje hodnota pripojeného napätia. Všetky režimy prevádzky je možné zobraziť, ak sa použije predtým uvedený obvod na zapnutie bipolárneho tranzistora so spoločným emitorom.

1. Režim vypnutia

Tento režim sa vytvorí, keď hodnota napätia VBE klesne na 0,7 V. V tomto prípade sa uzávierka emitoru uzavrie a nie je prítomná kolektorová prúd, pretože v základni nie sú žiadne voľné elektróny. Tranzistor je teda zablokovaný.

2. Aktívny režim

Ak je na bázu privedené dostatočné napätie na otvorenie tranzistora, objaví sa malý vstupný prúd a zvýšený výstupný prúd, v závislosti od hodnoty zosilnenia. Potom bude tranzistor fungovať ako zosilňovač.

3. Režim sýtosti

Režim sa líši od aktívneho v tom, že tranzistor sa úplne otvorí a kolektorový prúd dosiahne maximálnu možnú hodnotu. Jeho zvýšenie je možné dosiahnuť iba zmenou aplikovaného EMF alebo zaťaženia vo výstupnom obvode. Keď sa zmení základný prúd, kolektorový prúd sa nemení. Režim saturácie sa vyznačuje tým, že tranzistor je extrémne otvorený a tu slúži ako spínač v zapnutom stave. Obvody na zapínanie bipolárnych tranzistorov pri kombinácii režimov cutoff a saturácie umožňujú s ich pomocou vytvárať elektronické kľúče.

Všetky režimy prevádzky závisia od povahy výstupných charakteristík zobrazených na grafe.

Dajú sa názorne preukázať, ak je zostavený obvod na zapínanie bipolárneho tranzistora s OE.

Ak odložíte segmenty na osi y a úsečky zodpovedajúce maximálnemu možnému kolektorovému prúdu a hodnote napájacieho napätia V CC a potom ich konce navzájom spojíte, dostanete čiaru zaťaženia (červená). Je opísaný výrazom: I C \u003d (V CC - V CE) / R C . Z obrázku vyplýva, že pracovný bod, ktorý určuje kolektorový prúd I C a napätie V CE, sa bude posúvať pozdĺž čiary zaťaženia zdola nahor so zvýšením základného prúdu I V.

Zóna medzi osou V CE a prvou výstupnou charakteristikou (šrafovaná), kde I B = 0, charakterizuje režim cutoff. V tomto prípade je spätný prúd I C zanedbateľný a tranzistor je uzavretý.

Najvyššia charakteristika v bode A sa pretína s priamym zaťažením, po ktorom sa pri ďalšom zvýšení I B už kolektorový prúd nemení. Zóna nasýtenia na grafe je vytieňovaná oblasť medzi osou IC a najstrmšou charakteristikou.

Ako sa správa tranzistor v rôznych režimoch?

Tranzistor pracuje s premenlivými alebo konštantnými signálmi vstupujúcimi do vstupného obvodu.

Bipolárny tranzistor: spínacie obvody, zosilňovač

Tranzistor z väčšej časti slúži ako zosilňovač. Premenlivý signál na vstupe vedie k zmene jeho výstupného prúdu. Tu môžete použiť schémy pomocou OK alebo OE. Vo výstupnom obvode signál vyžaduje záťaž. Zvyčajne používajte odpor inštalovaný vo výstupnom kolektorovom obvode. Ak je správne zvolené, výstupné napätie bude oveľa vyššie ako vstupné.

Činnosť zosilňovača je jasne viditeľná na časových diagramoch.

Pri konverzii impulzných signálov zostáva režim rovnaký ako pri sínusových signáloch. Kvalitu prevodu ich harmonických zložiek určujú frekvenčné charakteristiky tranzistorov.

Prevádzka v prepínacom režime

Určené na bezkontaktné spínanie prípojok v elektrické obvody. Princíp spočíva v skokovej zmene odporu tranzistora. Bipolárny typ je celkom vhodný pre požiadavky kľúčového zariadenia.

Záver

Polovodičové prvky sa používajú v obvodoch na konverziu elektrických signálov. Všestranné možnosti a veľká klasifikácia umožňujú široké využitie bipolárnych tranzistorov. Schémy spínania určujú ich funkcie a režimy prevádzky. Veľa závisí aj od vlastností.

Základné spínacie obvody bipolárnych tranzistorov zosilňujú, generujú a konvertujú vstupné signály, ako aj spínajú elektrické obvody.