në shtëpi Elektricist

Si funksionon një transistor bipolar? Transistorët - mënyra e ngopjes

Përcaktimi i transistorëve bipolarë në diagrame

tranzistor bipolar- një pajisje gjysmëpërçuese me tre elektroda, një nga llojet e transistorëve. Në strukturën gjysmëpërçuese, 2 p-n kryqëzim dhe transferimi i ngarkesës në pajisje kryhet nga transportues të 2 llojeve - elektrone dhe vrima. Kjo është arsyeja pse pajisja u quajt "bipolare".

Aplikuar në pajisjet elektronike për të përforcuar gjenerimin e lëkundjeve elektrike dhe si një element ndërrues i rrymës, si p.sh. në qarqet elektronike logjike.

Elektrodat janë të lidhura me tre shtresa të njëpasnjëshme të një gjysmëpërçuesi me një lloj të alternuar të përcjelljes së papastërtive. Sipas kësaj metode të alternimit, n-p-n Dhe p-n-p tranzistorë ( n (negativ) - lloji elektronik i përçueshmërisë së papastërtive, fq (pozitive) - vrimë).

Funksionimi i një transistori bipolar, ndryshe nga një transistor me efekt fushë, bazohet në transferimin e dy llojeve të ngarkesave njëkohësisht, bartësit e të cilave janë elektronet dhe vrimat (nga fjala "bi" - "dy"). Diagrami skematik i tranzistorit është paraqitur në figurën e dytë.

Elektroda e lidhur me shtresën e mesme quhet bazë, quhen elektrodat e lidhura me shtresat e jashtme emetues Dhe koleksionist. Nga pikëpamja e përçueshmërisë, shtresat e emetuesit dhe kolektorit janë të padallueshme. Por në praktikë, në prodhimin e transistorëve, për të përmirësuar parametrat elektrikë të pajisjes, ato ndryshojnë ndjeshëm në shkallën e dopingut me papastërtitë. Shtresa e emetuesit është shumë e dopuar, shtresa e kolektorit është e dopuar lehtë, gjë që rrit tensionin e lejuar të kolektorit. Vlera e tensionit të kundërt të prishjes së kryqëzimit të emetuesit nuk është kritike, pasi zakonisht në qarqet elektronike transistorët funksionojnë me një kryqëzim p-n të emetuesit të anuar përpara, përveç kësaj, dopingu i rëndë i shtresës së emetuesit siguron injektim më të mirë të transportuesve të pakicës në shtresën bazë. , i cili rrit koeficientin e transferimit të rrymës në qarqet me bazë të përbashkët . Për më tepër, zona e kryqëzimit p-n të kolektorit gjatë prodhimit bëhet dukshëm më e madhe se zona e kryqëzimit të emituesit, gjë që siguron grumbullim më të mirë të transportuesve të pakicës nga shtresa bazë dhe përmirëson koeficientin e transmetimit.

Për të rritur shpejtësinë (parametrat e frekuencës) të një transistori bipolar, trashësia e shtresës bazë duhet të bëhet më e hollë, pasi trashësia e shtresës bazë, ndër të tjera, përcakton kohën e "fluturimit" (difuzioni në pajisjet pa drift ) të bartësve të pakicës, por, me një ulje të trashësisë së bazës, stresi kufizues i kolektorit, kështu që trashësia e shtresës bazë zgjidhet bazuar në një kompromis të arsyeshëm.

Pajisja dhe parimi i funksionimit

Transistorët e hershëm përdorën germanium metalik si material gjysmëpërçues. Aktualisht (2015), ato janë bërë kryesisht nga silikoni me një kristal dhe arsenid galiumi me një kristal. Për shkak të lëvizshmërisë shumë të lartë të transportuesve në arsenidin e galiumit, pajisjet e bazuara në të kanë shpejtësi të lartë dhe përdoren në qarqet logjike me shpejtësi ultra të lartë dhe në qarqet e amplifikatorëve të mikrovalëve.

Një tranzistor bipolar përbëhet nga tre shtresa gjysmëpërçuese të dopuara ndryshe: një emetues E(E), bazat B(B) dhe shumëfish C(TO). Në varësi të alternimit të llojit të përcjellshmërisë së këtyre shtresave, ekzistojnë n-p-n(emetues − n-gjysmëpërçues, bazë − fq- gjysmëpërçues, kolektor − n- gjysmëpërçues) dhe p-n-p tranzistorë. Kontaktet përçuese jo-ndreqëse janë të lidhura me secilën prej shtresave.

Shtresa bazë është e vendosur midis shtresave të emetuesit dhe kolektorit dhe është pak e dopuar, prandaj ka një rezistencë të lartë elektrike. Sipërfaqja e përgjithshme kontakti bazë-emetues është dukshëm më i vogël se zona e kontaktit kolektor-bazë (kjo bëhet për dy arsye - zona e madhe e bashkimit kolektor-bazë rrit probabilitetin e kapjes së transportuesve të vegjël të ngarkesës nga baza në kolektor dhe, meqenëse në funksionim modaliteti i kryqëzimit kolektor-bazë zakonisht ndizet me zhvendosje të kundërt, kur punoni në kryqëzimin e kolektorit, pjesa kryesore e nxehtësisë së shpërndarë nga pajisja lëshohet, një rritje në sipërfaqe kontribuon në heqjen më të mirë të nxehtësisë nga kryqëzimi i kolektorit), pra e verteta tranzistor bipolar aplikimi i përgjithshëm është një pajisje asimetrike (është teknikisht jopraktike të ndërroni emetuesin dhe kolektorin dhe si rezultat të merrni një transistor bipolar të ngjashëm me atë origjinal - ndërrimi invers).

Në mënyrën e funksionimit të amplifikimit aktiv, tranzistori ndizet në mënyrë që kryqëzimi i tij i emetuesit të jetë i anuar përpara (i hapur) dhe kryqëzimi i kolektorit është i njëanshëm (mbyllur).

Për saktësi, merrni parasysh punën n-p-n transistor, të gjitha argumentet përsëriten saktësisht në të njëjtën mënyrë për rastin p-n-p transistor, me zëvendësimin e fjalës "elektrone" me "vrima", dhe anasjelltas, si dhe me zëvendësimin e të gjitha tensioneve me shenja të kundërta. NË n-p-n Në një transistor, elektronet, bartësit kryesorë të ngarkesës në emetues, kalojnë përmes një kryqëzimi të hapur emetues-bazë (injektohen) në rajonin bazë. Disa nga këto elektrone rikombinohen me shumicën e bartësve të ngarkesës në bazë (vrima). Megjithatë, për shkak të faktit se baza është bërë shumë e hollë dhe relativisht e lehtë e dopuar, shumica e elektroneve të injektuara nga emetuesi shpërndahen në rajonin e kolektorit, pasi koha e rikombinimit është relativisht e gjatë. të fortë fushe elektrike Kryqëzimi i kundërt i njëanshëm i kolektorit kap bartësit e pakicës nga baza (elektronet) dhe i transferon ato në shtresën e kolektorit. Pra, rryma e kolektorit është praktikisht e barabartë me rrymën e emetuesit, me përjashtim të një humbjeje të vogël të rikombinimit në bazë, e cila formon rrymën bazë ( Unë e \u003d I b + I të).

Koeficienti α që lidh rrymën e emetuesit dhe rrymën e kolektorit ( I k \u003d α I e) quhet koeficienti i transferimit të rrymës së emetuesit. Vlera numerike e koeficientit α është 0,9-0,999. Sa më i lartë të jetë koeficienti, aq më me efikasitet transistori transferon rrymën. Ky koeficient varet pak nga tensionet kolektor-bazë dhe bazë-emiter. Prandaj, në një gamë të gjerë tensionesh funksionuese, rryma e kolektorit është proporcionale me rrymën bazë, faktori i proporcionalitetit është β = α / (1 - α), nga 10 në 1000. Kështu, një rrymë e vogël bazë mund të kontrollohet nga një rrymë kolektori shumë më e madhe.

Mënyrat e funksionimit të një transistori bipolar

Tensioni në emetues bazë, koleksionist ()	Paragjykim tranzicionit bazë-emetues Për lloji n-p-n	Paragjykim tranzicionit bazë-kolektor për tipin n-p-n	Modaliteti për tipin n-p-n
	e drejtpërdrejtë	e kundërta	normale modaliteti aktiv
	e drejtpërdrejtë	e drejtpërdrejtë	mënyra e ngopjes
	e kundërta	e kundërta	modaliteti i ndërprerjes
	e kundërta	e drejtpërdrejtë	anasjelltas modaliteti aktiv
Tensioni në emetues bazë, koleksionist ()	Paragjykim tranzicionit bazë-emetues për llojin p-n-p	Paragjykim tranzicionit bazë-kolektor për llojin p-n-p	Modaliteti për llojin p-n-p
	e kundërta	e drejtpërdrejtë	anasjelltas modaliteti aktiv
	e kundërta	e kundërta	modaliteti i ndërprerjes
	e drejtpërdrejtë	e drejtpërdrejtë	mënyra e ngopjes
	e drejtpërdrejtë	e kundërta	normale modaliteti aktiv

Modaliteti normal aktiv

Kryqëzimi i emetuesit-bazë është i ndezur në drejtimin përpara (i hapur), dhe kryqëzimi i bazës kolektor është në drejtimin e kundërt (i mbyllur):

U EB > 0; U KB< 0 (për tranzistor n-p-n lloji), për transistor p-n-p gjendja e llojit do të duket si U EB<0; U KB > 0.

Modaliteti i kundërt aktiv

Kryqëzimi i emetuesit është i njëanshëm i kundërt dhe kryqëzimi i kolektorit është i njëanshëm përpara: U KB > 0; U EB< 0 (për tranzistor n-p-n lloji).

Mënyra e ngopjes

te dyja pn tranzicionet janë të njëanshme përpara (të dyja të hapura). Nëse emituesi dhe kolektori rrethi-Tranzicionet lidhen me burimet e jashtme në drejtimin përpara, transistori do të jetë në modalitetin e ngopjes. Fusha elektrike e difuzionit e kryqëzimeve të emetuesit dhe kolektorit do të dobësohet pjesërisht nga fusha elektrike e krijuar nga burime të jashtme Web Dhe Ukb. Si rezultat, pengesa e mundshme që kufizon shpërndarjen e transportuesve kryesorë të ngarkesës do të ulet, dhe do të fillojë depërtimi (injektimi) i vrimave nga emetuesi dhe kolektori në bazë, domethënë, rrymat do të rrjedhin përmes emetuesit dhe kolektorit të tranzistori, i quajtur rrymat e ngopjes së emetuesit ( I E. ne) dhe koleksionist ( I K. ne).

Tensioni i ngopjes kolektor-emiter(U KE. us) është rënia e tensionit në një transistor të hapur (analog semantik R SI. hapur tranzistorë me efekt në terren). Në mënyrë të ngjashme tensioni i ngopjes së emetuesit bazë(U BE us) është rënia e tensionit midis bazës dhe emetuesit në një transistor të hapur.

Modaliteti i ndërprerjes

NË këtë mënyrë të dyja pn tranzicionet janë të kundërta. Modaliteti i ndërprerjes korrespondon me kushtin U EB<0, U KB<0.

regjimi i barrierave

Në këtë mënyrë bazë transistori është me qark të shkurtër ose përmes një rezistori të vogël me të koleksionist, dhe ne koleksionist ose në emetues qarku i transistorit ndez një rezistencë që vendos rrymën përmes tranzitorit. Në një përfshirje të tillë, transistori është një lloj diode e lidhur në seri me një rezistencë të përcaktimit të rrymës. Qarqe të tilla kaskadë dallohen nga një numër i vogël përbërësish, shkëputje e mirë me frekuencë të lartë, një diapazon i madh i temperaturës së funksionimit dhe pandjeshmëria ndaj parametrave të transistorit.

Skemat e ndërrimit

Çdo qark kalimi i tranzistorit karakterizohet nga dy tregues kryesorë:

fitimi aktual I jashtë / I hyrje
Impedanca e hyrjes R në = U në / I hyrje

Diagrami i lidhjeve me një bazë të përbashkët

Skema e ndërrimit me një bazë të përbashkët.

Përforcues bazë i përbashkët.

Ndër të tre konfigurimet, ai ka rezistencën më të vogël të hyrjes dhe rezistencën më të madhe të daljes. Ka një fitim të rrymës afër unitetit dhe një fitim të madh të tensionit. Nuk e përmbys fazën e sinjalit.
I jashtë / I në = I te / I e = α [α<1].
Impedanca e hyrjes R në = U në / I në = U eb / I e.

Rezistenca e hyrjes (rezistenca e hyrjes) e një faze përforcuesi me një bazë të përbashkët është e vogël, varet nga rryma e emetuesit, me një rritje të rrymës zvogëlohet dhe nuk i kalon njësitë - qindra ohmë për fazat me fuqi të ulët, pasi qarku i hyrjes e skenës është një bashkim emetues i hapur i tranzistorit.

Përparësitë

Temperatura e mirë dhe diapazoni i gjerë i frekuencës, pasi efekti Miller është i shtypur në këtë qark.
Tensioni i lartë i lejueshëm i kolektorit.

Disavantazhet e skemës së bazës së përbashkët

Fitimi i vogël aktual i barabartë me α, pasi α është gjithmonë pak më i vogël se 1
I vogël impedanca e hyrjes

Qarku i ndërrimit me një emetues të përbashkët

Qarku i ndërrimit me një emetues të përbashkët.
I jashtë = I te
I në = I b
U në = U bae
U jashtë = U ke.

Fitimi aktual: I jashtë / I në = I te / I b = I te /( I e -I k) = α/(1-α) = β [β>>1].
Impedanca e hyrjes: R në = U në / I në = U bae / I b.

Përparësitë

Fitimi i madh aktual.
Fitimi i madh i tensionit.
Rritja më e madhe e fuqisë.
Ju mund të kaloni me një furnizim me energji elektrike.
Tensioni AC në dalje është i përmbysur në raport me hyrjen.

Të metat

Ka më pak stabilitet të temperaturës. Karakteristikat e frekuencës së një përfshirjeje të tillë janë dukshëm më të këqija në krahasim me një qark me një bazë të përbashkët, e cila është për shkak të efektit Miller.

Qarku i përbashkët i kolektorit

Skema e ndërrimit me një kolektor të përbashkët.
I jashtë = I uh
I në = I b
U në = U bq
U jashtë = U ke.

Fitimi aktual: I jashtë / I në = I e/ I b = I e /( I e -I k) = 1/(1-α) = β [β>>1].
Impedanca e hyrjes: R në = U në / I ne = ( U bae + U ke)/ I b.

Përparësitë

Impedancë e madhe hyrëse.
Impedancë e ulët e daljes.

Të metat

Fitimi i tensionit është pak më i vogël se 1.

Një qark me një përfshirje të tillë shpesh quhet " ndjekës emitues».

Cilësimet kryesore

Koeficienti aktual i transferimit.
impedanca e hyrjes.
përçueshmëria e daljes.
Rryma e kundërt kolektor-emetues.
Koha e ndezjes.
Frekuenca kufizuese e raportit të transferimit të rrymës bazë.
Rryma e kundërt e kolektorit.
Rryma maksimale e lejuar.
Frekuenca e ndërprerjes së koeficientit të transferimit të rrymës në një qark me emetues të përbashkët.

Parametrat e transistorit ndahen në të vetat (primare) dhe dytësore. Parametrat e veta karakterizojnë vetitë e tranzistorit, pavarësisht nga skema e përfshirjes së tij. Më poshtë pranohen si parametrat kryesorë të tyre:

fitimi aktual α;
rezistenca e emetuesit, kolektorit dhe bazës AC r uh, r te, r b, të cilat janë:
- r e - shuma e rezistencave të rajonit emetues dhe kryqëzimit të emituesit;
- r k është shuma e rezistencave të zonës së kolektorit dhe kryqëzimit të kolektorit;
- r b - rezistenca tërthore e bazës.

Duke përdorur qarkun ekuivalent të tranzistorit bipolar h-parametrat.

Parametrat dytësorë janë të ndryshëm për skema të ndryshme ndezja e tranzistorit dhe, për shkak të jolinearitetit të tij, janë të vlefshme vetëm për frekuenca të ulëta dhe amplituda të vogla të sinjalit. Për parametrat dytësorë, janë propozuar disa sisteme parametrash dhe qarqet ekuivalente përkatëse të tyre. Ato kryesore janë parametra të përzier (hibridë), të shënuar me shkronjën " h».

Impedanca e hyrjes- rezistenca e tranzistorit ndaj rrymës alternative të hyrjes në rast të një qarku të shkurtër në dalje. Ndryshimi në rrymën hyrëse është rezultat i ndryshimit të tensionit të hyrjes, pa efektin e reagimit nga tensioni i daljes.

h 11 = U m1 / I m1, në U m2 = 0.

Faktori i reagimit të tensionit tregon se sa përqind e prodhimit Tensioni AC transmetohet në hyrjen e tranzistorit për shkak të reagimeve në të. Nuk ka transistor në qarkun e hyrjes rrymë alternative, dhe ndryshimi në tensionin e hyrjes ndodh vetëm si rezultat i një ndryshimi në tensionin e daljes.

h 12 = U m1 / U m2, në I m1 = 0.

Raporti aktual i transfertave(fitimi aktual) tregon fitimin e rrymës AC në rezistencën e ngarkesës zero. Rryma e daljes varet vetëm nga rryma hyrëse pa ndikimin e tensionit të daljes.

h 21 = I m2 / I m1, në U m2 = 0.

Përçueshmëria e daljes- përcjellja e brendshme për rrymë alternative ndërmjet terminaleve të daljes. Rryma e daljes ndryshon nën ndikimin e tensionit të daljes.

h 22 = I m2 / U m2, në I m1 = 0.

Marrëdhënia midis rrymave alternative dhe tensioneve të tranzistorit shprehet me ekuacionet:

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

Në varësi të qarkut kalues të tranzitorit, shkronjat shtohen në indekset dixhitale të parametrave h: "e" - për qarkun OE, "b" - për qarkun OB, "k" - për qarkun OK.

Për skemën OE: I m1 = I mb, I m2 = I mk, U m1 = U mb-e, U m2 = U mk-e. Për shembull, për këtë skemë:

h 21e = I mk / I mb = β.

Për skemën OB: I m1 = I une, I m2 = I mk, U m1 = U me-b, U m2 = U mk-b.

Parametrat e brendshëm të tranzistorit lidhen me h-parametrat, për shembull për skemën OE:

;

Frekuenca lart ndikim i keq kapaciteti i kryqëzimit të kolektorit fillon të punojë në tranzistor C k) Rezistenca e kapacitetit zvogëlohet, rryma përmes rezistencës së ngarkesës zvogëlohet dhe, rrjedhimisht, fitimet α dhe β. Rezistenca e kapacitetit të kryqëzimit të emetuesit C e gjithashtu zvogëlohet, megjithatë, ajo shmanget nga një rezistencë e vogël tranzicioni r dhe në shumicën e rasteve mund të injorohen. Përveç kësaj, me rritjen e frekuencës, një rënie shtesë e koeficientit β ndodh si rezultat i vonesës së fazës së rrymës së kolektorit nga faza aktuale e emetuesit, e cila shkaktohet nga inercia e procesit të lëvizjes së transportuesve përmes bazës nga emetuesi. kryqëzimi në kryqëzimin e kolektorit dhe inercia e proceseve të grumbullimit dhe resorbimit të ngarkesës në bazë. Quhen frekuencat në të cilat koeficientët α dhe β zvogëlohen me 3 dB frekuencat kufizuese të koeficientit të transferimit aktual për skemat OB dhe OE, përkatësisht.

Në modalitetin pulsues, pulsi i rrymës së kolektorit fillon me një vonesë nga koha e vonesës τc në raport me pulsin e rrymës hyrëse, e cila shkaktohet nga koha e kufizuar e kalimit të transportuesve nëpër bazë. Ndërsa bartësit grumbullohen në bazë, rryma e kolektorit rritet gjatë kohëzgjatjes së τ f f. Ne kohe transistor quhet τ on = τ c + τ f.

Teknologjitë e Prodhimit të Transistorëve

Difuzion-aliazh.

Aplikimi i tranzistorëve

Përforcuesit, fazat e amplifikimit
Demodulator (detektor)
Inverter (element log.)
Mikroqarqet në logjikën e tranzistorit (shih.

tranzistor bipolar.

tranzistor bipolar- një pajisje gjysmëpërçuese elektronike, një nga llojet e transistorëve, e krijuar për të përforcuar, gjeneruar dhe konvertuar sinjale elektrike. Transistori quhet bipolare, pasi dy lloje të transportuesve të ngarkesës marrin pjesë njëkohësisht në funksionimin e pajisjes - elektronet Dhe vrima. Në këtë ndryshon nga unipolare transistor (fushë-efekt), në të cilin merr pjesë vetëm një lloj transportuesi i ngarkesës.

Parimi i funksionimit të të dy llojeve të transistorëve është i ngjashëm me funksionimin e një valvule uji që rregullon rrjedhën e ujit, vetëm rrjedha e elektroneve kalon nëpër tranzitor. Në transistorët bipolarë, dy rryma kalojnë nëpër pajisje - rryma kryesore "e madhe" dhe rryma "e vogël" e kontrollit. Fuqia e rrymës kryesore varet nga fuqia e kontrollit. Në transistorët me efekt fushë, vetëm një rrymë kalon përmes pajisjes, fuqia e së cilës varet nga fusha elektromagnetike. Në këtë artikull, ne do të shqyrtojmë më në detaje funksionimin e një transistori bipolar.

Pajisja e tranzistorit bipolar.

Transistori bipolar përbëhet nga tre shtresa gjysmëpërçuese dhe dy kryqëzime PN. Të dallojë transistorët PNP dhe NPN sipas llojit të ndërthurjes vrima dhe përçueshmëria e elektroneve. Është si dy diodë të lidhur ballë për ballë ose anasjelltas.

Një tranzistor bipolar ka tre kontakte (elektroda). Kontakti që del nga shtresa qendrore quhet bazë (bazë). Emërtohen elektrodat fundore koleksionist Dhe emetues (koleksionist Dhe emetues). Shtresa bazë është shumë e hollë në lidhje me kolektorin dhe emetuesin. Përveç kësaj, rajonet gjysmëpërçuese në skajet e tranzistorit nuk janë simetrike. Shtresa gjysmëpërçuese në anën e kolektorit është pak më e trashë se në anën e emetuesit. Kjo është e nevojshme për funksionimin e saktë të transistorit.

Funksionimi i një transistori bipolar.

Konsideroni proceset fizike që ndodhin gjatë funksionimit të një transistori bipolar. Le të marrim modelin NPN si shembull. Parimi i funksionimit të një transistori PNP është i ngjashëm, vetëm polariteti i tensionit midis kolektorit dhe emetuesit do të jetë i kundërt.

Siç është thënë tashmë në artikull mbi llojet e përçueshmërisë në gjysmëpërçues, në një substancë të tipit P ka jone - vrima të ngarkuara pozitivisht. Një substancë e tipit N është e ngopur me elektrone të ngarkuar negativisht. Në një transistor, përqendrimi i elektroneve në rajonin N është shumë më i lartë se përqendrimi i vrimave në rajonin P.

Lidhni një burim tensioni midis kolektorit dhe emetuesit V CE (V CE). Nën veprimin e tij, elektronet nga pjesa e sipërme N do të fillojnë të tërhiqen në plus dhe të mblidhen pranë kolektorit. Megjithatë, rryma nuk mund të rrjedhë sepse fusha elektrike e burimit të tensionit nuk arrin emetuesin. Kjo parandalohet nga një shtresë e trashë gjysmëpërçuesi kolektor plus një shtresë gjysmëpërçuesi bazë.

Tani lidhni tensionin midis bazës dhe emetuesit V BE, por shumë më i ulët se V CE (për transistorët e silikonit, minimumi i kërkuar V BE është 0.6V). Meqenëse shtresa P është shumë e hollë, plus një burim tensioni i lidhur me bazën do të jetë në gjendje të "arritet" me fushën e tij elektrike në rajonin N të emetuesit. Nën veprimin e tij, elektronet do të shkojnë në bazë. Disa prej tyre do të fillojnë të mbushin vrimat e vendosura atje (rikombinohen). Pjesa tjetër nuk do të gjejë një vrimë të lirë për vete, sepse përqendrimi i vrimave në bazë është shumë më i ulët se përqendrimi i elektroneve në emetues.

Si rezultat, shtresa qendrore e bazës pasurohet me elektrone të lira. Shumica e tyre do të shkojnë drejt kolektorit, pasi voltazhi është shumë më i lartë atje. Kjo lehtësohet edhe nga një trashësi shumë e vogël e shtresës qendrore. Një pjesë e elektroneve, edhe pse shumë më të vogla, do të rrjedhin sërish drejt plusit të bazës.

Si rezultat, marrim dy rryma: një të vogël - nga baza në emetuesin I BE, dhe një të madhe - nga kolektori në emetuesin I CE.

Nëse rritet tensioni bazë, atëherë edhe më shumë elektrone do të grumbullohen në shtresën P. Si rezultat, rryma bazë do të rritet pak, dhe rryma e kolektorit do të rritet ndjeshëm. Kështu, me një ndryshim të vogël në rrymën bazë I B , rryma e kolektorit I ndryshon fort ME. Kështu shkon amplifikimi i sinjalit në një transistor bipolar. Raporti i rrymës së kolektorit I C me rrymën bazë I B quhet fitim i rrymës. Shënuar β , hfe ose h21e, në varësi të specifikave të llogaritjeve të kryera me transistor.

Përforcuesi më i thjeshtë i tranzistorit bipolar

Le të shqyrtojmë më në detaje parimin e amplifikimit të sinjalit në rrafshin elektrik duke përdorur qarkun si shembull. Unë do të bëj një rezervë paraprakisht se një skemë e tillë nuk është plotësisht e saktë. Askush nuk e lidh një burim të tensionit DC drejtpërdrejt me një burim AC. Por në këtë rast, do të jetë më e lehtë dhe më e qartë për të kuptuar vetë mekanizmin e amplifikimit duke përdorur një transistor bipolar. Gjithashtu, vetë teknika e llogaritjes në shembullin më poshtë është disi e thjeshtuar.

1. Përshkrimi i elementeve kryesore të zinxhirit

Pra, le të themi se kemi një tranzistor me një fitim prej 200 (β = 200). Nga ana e kolektorit, ne lidhim një burim relativisht të fuqishëm të energjisë prej 20 V, për shkak të energjisë së të cilit do të ndodhë amplifikimi. Nga ana e bazës së tranzistorit, ne lidhim një burim të dobët të energjisë prej 2V. Me të lidhim në seri një burim të tensionit të alternuar në formën e një sinusi, me një amplitudë lëkundjeje 0.1V. Ky do të jetë sinjali që do të përforcohet. Rezistenca Rb pranë bazës nevojitet për të kufizuar rrymën që vjen nga burimi i sinjalit, i cili zakonisht është me fuqi të ulët.

2. Llogaritja e rrymës së bazës hyrëse I b

Tani le të llogarisim rrymën bazë I b. Meqenëse kemi të bëjmë me tension të alternuar, duhet të llogarisim dy vlera të rrymës - në tension maksimal (V max) dhe minimal (V min). Le t'i quajmë këto vlera aktuale, përkatësisht - I bmax dhe I bmin.

Gjithashtu, për të llogaritur rrymën bazë, duhet të dini tensionin e emetuesit bazë V BE. Ekziston një kryqëzim PN midis bazës dhe emetuesit. Rezulton se rryma bazë "takon" një diodë gjysmëpërçuese në rrugën e saj. Tensioni në të cilin një diodë gjysmëpërçuese fillon të përçojë është rreth 0.6 V. Nuk do të hyjmë në detaje Karakteristikat e rrymës-tensionit të diodës, dhe për thjeshtësi të llogaritjeve, marrim një model të përafërt, sipas të cilit voltazhi në diodën përcjellëse të rrymës është gjithmonë 0.6V. Kjo do të thotë se tensioni ndërmjet bazës dhe emetuesit është V BE = 0.6V. Dhe meqenëse emetuesi është i lidhur me tokën (V E = 0), voltazhi nga baza në tokë është gjithashtu 0.6V (V B = 0.6V).

Le të llogarisim I bmax dhe I bmin duke përdorur ligjin e Ohmit:

2. Llogaritja e rrymës dalëse të kolektorit I ME

Tani, duke ditur fitimin (β = 200), mund të llogarisim lehtësisht vlerat maksimale dhe minimale të rrymës së kolektorit (I cmax dhe I cmin).

3. Llogaritja e tensionit të daljes V jashtë

Rryma e kolektorit rrjedh përmes rezistencës Rc, të cilën e kemi llogaritur tashmë. Mbetet për të zëvendësuar vlerat:

4. Analiza e rezultateve

Siç mund të shihet nga rezultatet, V Cmax doli të ishte më pak se V Cmin. Kjo është për shkak se voltazhi në të gjithë V Rc zbritet nga tensioni i furnizimit VCC. Sidoqoftë, në shumicën e rasteve kjo nuk ka rëndësi, pasi ne jemi të interesuar për komponentin e ndryshueshëm të sinjalit - amplituda, e cila u rrit nga 0.1V në 1V. Frekuenca dhe forma e valës sinusoidale nuk kanë ndryshuar. Sigurisht, një V out / V në raport dhjetë herë është larg nga treguesi më i mirë për një përforcues, por është mjaft i përshtatshëm për të ilustruar procesin e amplifikimit.

Pra, le të përmbledhim parimin e funksionimit të një përforcuesi në një transistor bipolar. Një rrymë I b rrjedh nëpër bazë, duke mbajtur një komponent konstante dhe të ndryshueshme. Komponenti konstant është i nevojshëm në mënyrë që kryqëzimi PN midis bazës dhe emetuesit të fillojë të kryejë - "hapet". Komponenti i ndryshueshëm është, në fakt, vetë sinjali (informacion i dobishëm). Forca e rrymës kolektor-emetues brenda tranzistorit është rezultat i shumëzimit të rrymës bazë me fitimin β. Nga ana tjetër, voltazhi në të gjithë rezistencën Rc mbi kolektor është rezultat i shumëzimit të rrymës së përforcuar të kolektorit me vlerën e rezistencës.

Kështu, dalja V merr një sinjal me një amplitudë të rritur të lëkundjeve, por me formën dhe frekuencën e ruajtur. Është e rëndësishme të theksohet se transistori merr energji për përforcim nga furnizimi me energji VCC. Nëse voltazhi i furnizimit nuk është i mjaftueshëm, transistori nuk do të jetë në gjendje të funksionojë plotësisht dhe sinjali i daljes mund të shtrembërohet.

Mënyrat e funksionimit të një transistori bipolar

Në përputhje me nivelet e tensionit në elektrodat e transistorit, ekzistojnë katër mënyra të funksionimit të tij:

Modaliteti i ndërprerjes.

Modaliteti aktiv (modaliteti aktiv).

Mënyra e ngopjes.

Modaliteti i kundërt.

Modaliteti i ndërprerjes

Kur voltazhi i emetuesit bazë është më i ulët se 0.6V - 0.7V, kryqëzimi PN midis bazës dhe emetuesit është i mbyllur. Në këtë gjendje, transistori nuk ka rrymë bazë. Si rezultat, nuk do të ketë gjithashtu rrymë kolektori, pasi nuk ka elektrone të lirë në bazë të gatshme për të lëvizur drejt tensionit të kolektorit. Rezulton se tranzistori është, si të thuash, i kyçur, dhe ata thonë se është brenda modaliteti i ndërprerjes.

Modaliteti aktiv

NË modaliteti aktiv voltazhi në bazë është i mjaftueshëm për të hapur kryqëzimin PN ndërmjet bazës dhe emetuesit. Në këtë gjendje, tranzistori ka rryma bazë dhe kolektor. Rryma e kolektorit është e barabartë me rrymën bazë të shumëzuar me fitimin. Kjo do të thotë, mënyra aktive është mënyra normale e funksionimit të transistorit, e cila përdoret për përforcim.

Mënyra e ngopjes

Ndonjëherë rryma bazë mund të jetë shumë e madhe. Si rezultat, fuqia e furnizimit thjesht nuk është e mjaftueshme për të siguruar një rrymë të tillë kolektori që do të korrespondonte me fitimin e tranzistorit. Në modalitetin e ngopjes, rryma e kolektorit do të jetë maksimumi që mund të sigurojë furnizimi me energji elektrike dhe nuk do të ndikohet nga rryma bazë. Në këtë gjendje, transistori nuk është në gjendje të amplifikojë sinjalin, pasi rryma e kolektorit nuk i përgjigjet ndryshimeve në rrymën bazë.

Në modalitetin e ngopjes, përçueshmëria e tranzistorit është maksimale, dhe është më e përshtatshme për funksionin e çelësit (çelës) në gjendjen "on". Po kështu, në modalitetin e ndërprerjes, përçueshmëria e tranzistorit është minimale, dhe kjo korrespondon me ndërprerësin në gjendjen "off".

Mënyra e kundërt

Në këtë modalitet, rolet e ndërruesit të kolektorit dhe emetuesit: kryqëzimi PN i kolektorit është i njëanshëm përpara dhe kryqëzimi i emetuesit është i njëanshëm. Si rezultat, rryma rrjedh nga baza në kolektor. Rajoni gjysmëpërçues i kolektorit nuk është simetrik me emetuesin dhe fitimi në modalitetin e kundërt është më i ulët se në modalitetin normal aktiv. Dizajni i tranzistorit është bërë në atë mënyrë që të funksionojë sa më efikasisht të jetë e mundur në modalitetin aktiv. Prandaj, në modalitetin e kundërt, tranzistori praktikisht nuk përdoret.

Parametrat bazë të një transistori bipolar.

fitimi aktual- raporti i rrymës së kolektorit I C me rrymën bazë I B . Shënuar β , hfe ose h21e, në varësi të specifikave të llogaritjeve të kryera me transistorë.

β është një vlerë konstante për një transistor dhe varet nga struktura fizike e pajisjes. Fitimi i lartë llogaritet në qindra njësi, i ulët - në dhjetëra. Për dy transistorë të veçantë të të njëjtit lloj, edhe nëse ata ishin "fqinj përgjatë tubacionit" gjatë prodhimit, β mund të ndryshojë pak. Kjo karakteristikë e tranzistorit bipolar është ndoshta më e rëndësishmja. Nëse parametrat e tjerë të pajisjes shpesh mund të neglizhohen në llogaritjet, atëherë fitimi aktual është pothuajse i pamundur.

Impedanca e hyrjes- rezistenca në tranzistor, i cili "takon" rrymën bazë. Shënuar R në (R në). Sa më i madh të jetë, aq më mirë për karakteristikat amplifikuese të pajisjes, pasi zakonisht ka një burim të dobët sinjali në anën e bazës, nga i cili duhet të konsumoni sa më pak rrymë. Opsioni ideal është kur rezistenca e hyrjes është e barabartë me pafundësinë.

R në për një transistor mesatar bipolar është disa qindra KΩ (kilo-ohms). Këtu, transistori bipolar humbet shumë në transistorin me efekt në terren, ku rezistenca e hyrjes arrin qindra GΩ (gigaohms).

Përçueshmëria e daljes- përçueshmëria e tranzistorit midis kolektorit dhe emetuesit. Sa më e madhe të jetë përçueshmëria e daljes, aq më shumë rrymë kolektor-emetues do të jetë në gjendje të kalojë përmes transistorit me më pak fuqi.

Gjithashtu, me një rritje të përçueshmërisë së daljes (ose një ulje të rezistencës së rezistencës së daljes), ngarkesa maksimale që amplifikuesi mund të përballojë me pak humbje në fitimin e përgjithshëm rritet. Për shembull, nëse një transistor me një përçueshmëri të ulët dalëse përforcon një sinjal 100 herë pa ngarkesë, atëherë kur lidhet një ngarkesë 1KΩ, ai tashmë do të amplifikohet vetëm 50 herë. Një tranzistor me të njëjtin fitim por përçueshmëri më të lartë në dalje do të ketë më pak rënie të fitimit. Opsioni ideal është kur përçueshmëria e daljes është e barabartë me pafundësinë (ose rezistenca e daljes R out \u003d 0 (R out \u003d 0)).

Është një pajisje gjysmëpërçuese me tre elektroda, përbëhet nga dy kryqëzime p-n, transferimi i ngarkesave elektrike në to kryhet nga dy lloje transportuesish - këto janë elektrone dhe vrima. Meqenëse pajisja ka 2 nyje p-n, ajo quhet "bipolare".

Ka gjetur aplikim të gjerë në pajisje të ndryshme elektronike të dizajnuara për gjenerim, përforcim ose ndërrim (për shembull, në qarqet logjike).

Transistori ka 3 dalje të cilat emërtohen si më poshtë:

bazë;
koleksionist;
emetues.

Këto tre elektroda janë të lidhura me shtresa të njëpasnjëshme të një gjysmëpërçuesi me lloj të ndryshëm përçueshmëria e papastërtive. Në varësi të mënyrës se si ndodh ky alternim, dallohen transistorët e tipit npn dhe pnp. Shkurtesa n - nënkupton llojin elektronik negativ të përçueshmërisë, dhe p do të thotë vrima pozitive.

Sipas parimit të funksionimit, një transistor bipolar ndryshon nga ai i fushës në atë që transferimi i ngarkesës kryhet nga transportues të dy llojeve menjëherë, domethënë elektronet dhe vrimat. Prandaj emri "bipolar" vjen nga fjala "bi" - "dy".

;

Elektroda që lidhet me shtresën e vendosur në qendër quhet "bazë", ndërsa elektrodat që lidhen me shtresat e jashtme quhen "emiter" dhe "kolektor". Nga lloji i përçueshmërisë, këto shtresa emetuese dhe kolektore nuk ndryshojnë në asgjë. Por në procesin e prodhimit të transistorëve për të përmirësuar parametrat elektrikë, ato dallohen nga shkalla e dopingut me papastërtitë.

Emituesi është shumë i dopuar, dhe kolektori është i dopuar dobët, gjë që kontribuon në një rritje të tensionit të lejuar të kolektorit. Vlera e tensionit të kundërt të prishjes së kryqëzimit të emetuesit nuk është kritike, pasi në qarqe transistorët zakonisht ndizen me një kryqëzim p-n të emetuesit të anuar përpara.

Meqenëse emetuesi dopohet më fort, do të ndodhë një injeksion më i fortë i bartësve të pakicës në shtresën bazë. Çfarë kontribuon në rritjen e koeficientit të transferimit të rrymës kur transistori ndizet në një qark me një bazë të përbashkët.

Zona e kryqëzimit të kolektorit është bërë shumë më e madhe se kryqëzimi i emetuesit, si rezultat i së cilës arrihet një fluks më i mirë i transportuesve të pakicës nga shtresa bazë dhe përmirësohen koeficientët e transferimit.

Ata përpiqen të bëjnë trashësinë e shtresës bazë sa më të vogël që të jetë e mundur në mënyrë që të rrisin parametrat e frekuencës së një lloj shpejtësie të një tranzistori bipolar. Por ekziston një anë tjetër e shkumës - me një ulje të trashësisë së shtresës bazë, vlera maksimale (kufizuese) e tensionit të kryqëzimit të kolektorit zvogëlohet. Prandaj, vlera e trashësisë së bazës zgjidhet si më optimale.

Parimi i funksionimit dhe pajisja e një transistori bipolar

Fillimisht, germaniumi metalik u përdor kryesisht në transistorë, dhe tani ato janë bërë nga silikoni me një kristal dhe arsenid galiumi, pajisjet e bëra në bazë të arsenidit të galiumit kanë shpejtësi të lartë dhe përdoren në qarqet e amplifikatorëve të mikrovalëve, në qarqet logjike me shpejtësi të lartë. Shpejtësia e tyre shpjegohet me lëvizshmërinë e lartë të bartësve në arsenidin e galiumit.

Transistori bipolar ka 3 shtresa gjysmëpërçuese, të cilat dopohen në mënyra të ndryshme: bazë (B), emetues (E), kolektor (K). Në varësi të sekuencës së shtresave të përcjelljes, transistorët janë të disponueshëm me përçueshmëri pnp dhe npn.

Shtresa bazë është e vendosur midis dy shtresave të tjera dhe është pak e dopuar, duke rezultuar në një rezistencë të lartë. Zona e kontaktit bazë-emiter është më e vogël se zona kolektor-bazë. Kjo bëhet për arsyet e mëposhtme:

një rritje në zonën e kryqëzimit kolektor-bazë kontribuon në faktin që transportuesit e pakicës nga baza kanë më shumë gjasa të kapen nga kolektori; në gjendje pune, kryqëzimi i kolektorit ndizet me paragjykim të kundërt;
gjithashtu, një zonë e madhe kontribuon në shpërndarje më të madhe të nxehtësisë gjatë funksionimit;

Kryqëzimi i emetuesit zakonisht ndizet në drejtimin përpara (i hapur) dhe kryqëzimi i kolektorit në drejtim të kundërt (i mbyllur).

Le të shohim funksionimin e një transistori të tipit n-p-n, një tranzitor i tipit p-n-p funksionon në të njëjtën mënyrë, vetëm në të transportuesit kryesorë të ngarkesës nuk janë elektrone, por vrima. Në një transistor të tipit npn, elektronet kalojnë përmes një kryqëzimi emetues-bazë, ose me fjalë të tjera, injektohen. Një pjesë e këtyre elektroneve "të sapoardhura" rikombinohen me vrima, bartësit kryesorë të ngarkesës së bazës. Por për faktin se baza jonë është e hollë dhe e aliazhuar lehtë, d.m.th. ka pak vrima, atëherë masa kryesore e elektroneve kalon (shpërndahet) në rajonin e kolektorit, ky kalim është për faktin se elektronet rikombinohen me vrima në bazë për një kohë të gjatë, dhe fusha elektrike e kolektorit është e madhe, kështu që elektronet kapen në kolektor. Rezulton se rryma e kolektorit është pothuajse e barabartë me rrymën e emetuesit minus humbjet e vogla të rikombinimit në bazë. Ik \u003d Ib-Ie.

Baza vepron vetëm si një valvul që bllokon rrjedhën e elektroneve përmes tranzistorit. Për të filluar kontrollin, duhet të aplikoni rrymë në daljen e bazës së tranzistorit. Ajo quhet rryma bazë. Dhe tensioni i aplikuar në terminalet e emetuesit dhe bazës quhet "tensioni i paragjykimit". Duke ndryshuar këtë rrymë (bazë), ne në këtë mënyrë ndryshojmë rrymën kryesore (kolektorin) përmes tranzistorit.

Ngrohja e tranzistorëve

Elektronet që rrjedhin nëpër tranzistor rezistojnë fuqishëm nga nyjet e rrjetës kristalore të gjysmëpërçuesve. Që e bën atë të nxehet. Në transistorët bipolarë me fuqi të ulët, kjo ngrohje nuk është e rëndësishme dhe në asnjë mënyrë nuk ndikon në funksionimin e saj. Por në transistorët e fuqishëm nëpër të cilët rrjedhin rryma të mëdha, kjo ngrohje mund të çojë në prishjen e saj. Për të parandaluar këtë, përdoren radiatorë.

Radiatorët janë të nevojshëm për të hequr nxehtësinë nga transistori. Ndonjëherë pasta termike përdoret për të përmirësuar shpërndarjen e nxehtësisë. Disa radiatorë kanë pendë në sipërfaqe. Këto brinjë rrisin sipërfaqen e përgjithshme. Disa radiatorë janë të pajisur me tifozë, të cilët sigurojnë një rrjedhje të vazhdueshme të ajrit, dhe si rezultat, heqja e nxehtësisë rritet.

Diagramet e instalimeve elektrike të transistorit

Transistori mund të lidhet në 3 qarqe të ndryshme:

qark emetues;
skema bazë;
qark kolektori.

Funksionimi i tranzistorit në këto qarqe është i ndryshëm.

Qarku i ndërrimit të emituesit

Qarku komutues më i përdorur është qarku i emetuesit. Ndezja e tranzistorit sipas kësaj skeme siguron amplifikimin e tensionit dhe rrymës. Impedanca e hyrjes së këtij qarku është e ulët (në rendin e qindra ohmave) dhe impedanca e daljes është e lartë (dhjetëra kΩ).

Qarku i ndërrimit të kolektorit

Ky qark ka një rezistencë të mirë hyrëse dhe një rezistencë të vogël në dalje. Impedanca hyrëse e këtij qarku varet nga ngarkesa që kemi ndezur në dalje dhe më shumë se kjo rezistencë nga faktori përforcues. Këshillohet që të përdorni një burim sinjali hyrës me një rezistencë të lartë dalëse, të tilla si një mikrofon kondensator ose një pickup piezoelektrik.

Qarku bazë komutues

Ky qark përdoret vetëm për të përforcuar tensionin. Fitimi aktual, ose më mirë raporti i daljes me rrymën hyrëse, është gjithmonë më i vogël se një. Përdoret për të përforcuar frekuenca të larta dhe ka nivele minimale të zhurmës së sinjalit të daljes, për shembull, në amplifikatorët e antenave, ku rezistenca është në rendin e qindra ohmave.

Funksionimi i një transistori bipolar në mënyra të ndryshme

transistor në diagramet elektrike lidhet në mënyra të ndryshme dhe ka 4 mënyra kryesore të funksionimit. Dallimi i tyre kryesor është në drejtimin e rrymës që rrjedh nëpër kryqëzim ose në mungesë të saj fare. rryme elektrike. Një kryqëzim këtu kuptohet të jetë rajoni midis dy gjysmëpërçuesve p dhe n.

Modaliteti aktiv

Në tranzicionin B - E; (bazë-emetues); tensioni direkt është i lidhur, dhe Transferimi E-CËshtë lidhur tensioni i kundërt (emetues-mbledhës) Përforcimi i sinjalit në këtë modalitet është maksimal. Kjo mënyrë është më e përdorura.

Modaliteti i ngopur

Në tranzicionin B - E dhe tranzicioni B-K aplikohen tensione direkte, tranzicionet janë plotësisht të hapura.

Modaliteti i ndërprerjes

Mënyra e funksionimit të një transistori të mbyllur kur aplikohet tension i kundërt në tranzicionet .; Përdoret në qarqet ku nevojiten dy gjendje të tranzistorit: "e hapur" ose "e mbyllur". Skema të tilla quhen kyçe.

Modaliteti i përmbysur

Një tension përpara aplikohet në kryqëzimin E-K (kryqëzimi i kolektorit), dhe tensioni i kundërt aplikohet në B - E. Një mënyrë mjaft e rrallë e funksionimit të një transistori bipolar.

Video mbi funksionimin e një transistori bipolar

Një transistor është një pajisje gjysmëpërçuese që mund të amplifikojë, konvertojë dhe gjenerojë sinjale elektrike. Transistori i parë bipolar i përdorshëm u shpik në 1947. Germanium shërbeu si një material për prodhimin e tij. Dhe tashmë në 1956, lindi transistori i silikonit.

Në një transistor bipolar, përdoren dy lloje të bartësve të ngarkesës - elektrone dhe vrima, prandaj transistorë të tillë quhen bipolarë. Përveç bipolarëve, ekzistojnë edhe transistorë unipolarë (fushë), të cilët përdorin vetëm një lloj transportuesi - elektrone ose vrima. Ky artikull do të diskutojë transistorët bipolarë.

Shumica e tranzistorëve të silikonit kanë një strukturë n-p-n, e cila shpjegohet edhe nga teknologjia e prodhimit, megjithëse ka edhe transistorë silikoni p-n-p, por ka disi më pak prej tyre se strukturat n-p-n. Transistorë të tillë përdoren si pjesë e çifteve plotësuese (tranzistorë me përçueshmëri të ndryshme me të njëjtat parametra elektrikë). Për shembull, KT315 dhe KT361, KT815 dhe KT814, dhe në fazat e daljes së transistorit UMZCH KT819 dhe KT818. Në amplifikatorët e importuar, një çift i fuqishëm plotësues 2SA1943 dhe 2SC5200 përdoret shumë shpesh.

Shpesh, transistorët e strukturës p-n-p quhen transistorë me përçueshmëri të drejtpërdrejtë dhe struktura n-p-n anasjelltas. Për disa arsye, ky emër pothuajse nuk gjendet kurrë në literaturë, por në rrethin e inxhinierëve të radios dhe amatorëve të radios përdoret kudo, të gjithë e kuptojnë menjëherë se për çfarë bëhet fjalë. Figura 1 tregon një pajisje skematike të transistorëve dhe simboleve të tyre grafike konvencionale.

Foto 1.

Përveç dallimeve në llojin e përçueshmërisë dhe materialit, transistorët bipolarë klasifikohen sipas fuqisë dhe frekuencës së funksionimit. Nëse shpërndarja e fuqisë në transistor nuk kalon 0.3 W, një tranzitor i tillë konsiderohet me fuqi të ulët. Me një fuqi prej 0,3 ... 3 W, transistori quhet një tranzistor me fuqi të mesme, dhe me një fuqi prej më shumë se 3 W, fuqia konsiderohet e lartë. Transistorët modernë janë në gjendje të shpërndajnë fuqinë prej disa dhjetëra dhe madje qindra vat.

Transistorët amplifikojnë sinjalet elektrike jo njësoj mirë: me rritjen e frekuencës, amplifikimi i fazës së tranzitorit bie dhe në një frekuencë të caktuar ndalon fare. Prandaj, për të operuar në një gamë të gjerë frekuencash, prodhohen transistorë me veti të ndryshme frekuencash.

Sipas frekuencës së funksionimit, transistorët ndahen në ato me frekuencë të ulët - frekuenca e funksionimit nuk është më shumë se 3 MHz, frekuenca e mesme - 3 ... 30 MHz, frekuenca e lartë - mbi 30 MHz. Nëse frekuenca e funksionimit tejkalon 300 MHz, atëherë këta janë tashmë transistorë me mikrovalë.

Në përgjithësi, mbi 100 parametra të ndryshëm të transistorit jepen në libra referimi serioz të trashë, gjë që tregon gjithashtu një numër të madh modelesh. Dhe numri i tranzistorëve modernë është i tillë që nuk është më e mundur t'i vendosni ato plotësisht në asnjë libër referimi. DHE formacionin po rritet vazhdimisht, duke lejuar zgjidhjen e pothuajse të gjitha detyrave të vendosura nga zhvilluesit.

Ka shumë qarqe transistorësh (vetëm mbani mend numrin e të paktën pajisjeve shtëpiake) për përforcimin dhe konvertimin e sinjaleve elektrike, por, me gjithë diversitetin e tyre, këto qarqe përbëhen nga kaskada të veçanta, të cilat bazohen në transistorë. Për të arritur amplifikimin e kërkuar të sinjalit, është e nevojshme të përdoren disa faza të amplifikimit të lidhura në seri. Për të kuptuar se si funksionojnë fazat amplifikuese, duhet të njiheni më shumë me qarqet e ndërrimit të tranzistorit.

Në vetvete, tranzistori nuk do të jetë në gjendje të amplifikojë asgjë. Vetitë e tij përforcuese qëndrojnë në faktin se ndryshimet e vogla në sinjalin hyrës (rrymë ose tension) çojnë në ndryshime të rëndësishme të tensionit ose rrymës në daljen e skenës për shkak të konsumit të energjisë nga një burim i jashtëm. Është kjo pronë që përdoret gjerësisht në qarqet analoge - amplifikatorë, televizion, radio, komunikime, etj.

Për të thjeshtuar paraqitjen, këtu do të shqyrtohen qarqet e bazuara në transistorë të strukturës n-p-n. Gjithçka që do të thuhet për këta transistorë vlen njëlloj tranzistorë p-n-p. Mjafton vetëm të ndryshoni polaritetin e furnizimit me energji elektrike dhe, nëse ka, të merrni një qark pune.

Në total, ekzistojnë tre qarqe të tilla: një qark me një emetues të përbashkët (CE), një qark me një kolektor të përbashkët (OC) dhe një qark me një bazë të përbashkët (OB). Të gjitha këto skema janë paraqitur në Figurën 2.

Figura 2.

Por, përpara se të vazhdoni me shqyrtimin e këtyre qarqeve, duhet të njiheni me mënyrën se si funksionon transistori në modalitetin kyç. Kjo hyrje duhet ta bëjë më të lehtë për t'u kuptuar në modalitetin e rritjes. Në një farë kuptimi, qarku kyç mund të konsiderohet si një lloj qarku me OE.

Funksionimi i tranzistorit në modalitetin kyç

Para se të studioni funksionimin e një transistori në modalitetin e amplifikimit të sinjalit, ia vlen të mbani mend se transistorët shpesh përdoren në një modalitet kyç.

Kjo mënyrë e funksionimit të tranzistorit është konsideruar për një kohë të gjatë. Në numrin e gushtit të revistës "Radio" në vitin 1959, u botua një artikull i G. Lavrov "Trioda gjysmëpërçuese në modalitetin kyç". Autori i artikullit sugjeroi ndryshimin e kohëzgjatjes së pulseve në mbështjelljen e kontrollit (OC). Tani kjo metodë rregullimi quhet PWM dhe përdoret mjaft shpesh. Diagrami nga revista e asaj kohe është paraqitur në Figurën 3.

Figura 3

Por mënyra kryesore përdoret jo vetëm në sistemet PWM. Shpesh një transistor thjesht ndez dhe fiket diçka.

Në këtë rast, një stafetë mund të përdoret si ngarkesë: aplikohet një sinjal hyrës - stafeta është e ndezur, jo - sinjali i stafetës është i fikur. Llambat e lehta përdoren shpesh në vend të releve në modalitetin kyç. Zakonisht kjo bëhet për të treguar: llamba është ose e ndezur ose e fikur. Një diagram i një faze të tillë kyçe është paraqitur në figurën 4. Fazat kryesore përdoren gjithashtu për të punuar me LED ose me optoçiftues.

Figura 4

Në figurë, kaskada kontrollohet nga një kontakt konvencional, megjithëse mund të jetë një mikroqark dixhital ose në vend të tij. Një llambë makine, kjo përdoret për të ndriçuar pultin në Zhiguli. Vëmendje duhet t'i kushtohet faktit që 5V përdoret për kontroll, dhe tensioni i kolektorit të ndërprerë është 12V.

Nuk ka asgjë të çuditshme në këtë, pasi tensionet në këtë qark nuk luajnë ndonjë rol, vetëm rrymat kanë rëndësi. Prandaj, llamba e dritës mund të jetë së paku 220 V, nëse transistori është projektuar të funksionojë në tensione të tilla. Tensioni i burimit të kolektorit duhet gjithashtu të përputhet me tensionin e funksionimit të ngarkesës. Me ndihmën e kaskadave të tilla, ngarkesa lidhet me mikroqarqet dixhitale ose mikrokontrolluesit.

Në këtë skemë, rryma bazë kontrollon rrymën e kolektorit, e cila, për shkak të energjisë së burimit të energjisë, është disa dhjetëra apo edhe qindra herë më shumë (në varësi të ngarkesës së kolektorit) se rryma bazë. Është e lehtë të shihet se ka një rritje të rrymës. Kur transistori funksionon në modalitetin kyç, zakonisht përdoret për të llogaritur kaskadën me vlerën e quajtur në librat e referencës "fitimi aktual në modalitetin e sinjalit të madh" - në librat e referencës shënohet me shkronjën β. Ky është raporti i rrymës së kolektorit, i përcaktuar nga ngarkesa, me rrymën bazë minimale të mundshme. Në formën e një formule matematikore, duket kështu: β = Ik / Ib.

Për shumicën e transistorëve modernë, koeficienti β është mjaft i madh, si rregull, nga 50 e lart, prandaj, kur llogaritet faza kryesore, mund të merret e barabartë me vetëm 10. Edhe nëse rryma bazë rezulton të jetë më e madhe se llogaritur një, tranzistori nuk do të hapet më shumë nga kjo, pastaj dhe mënyra kryesore.

Për të ndezur llambën e treguar në Figurën 3, Ib \u003d Ik / β \u003d 100mA / 10 \u003d 10mA, kjo është të paktën. Me një tension kontrolli prej 5V në rezistencën bazë Rb, minus rënien e tensionit në seksionin B-E, do të mbetet 5V - 0.6V = 4.4V. Rezistenca e rezistencës bazë do të jetë: 4.4V / 10mA = 440 ohms. Një rezistencë me një rezistencë prej 430 ohms zgjidhet nga diapazoni standard. Tensioni prej 0.6 V është voltazhi në kryqëzimin B-E, dhe nuk duhet ta harroni këtë kur llogaritni!

Në mënyrë që baza e tranzistorit të mos mbetet "e varur në ajër" kur hapet kontakti i kontrollit, kryqëzimi B-E zakonisht mbyllet me një rezistencë Rbe, e cila mbyll në mënyrë të besueshme transistorin. Ky rezistencë nuk duhet të harrohet, megjithëse për disa arsye nuk është në disa qarqe, gjë që mund të çojë në funksionim të rremë të fazës së zhurmës. Në fakt, të gjithë e dinin për këtë rezistencë, por për disa arsye ata harruan, dhe përsëri hynë në "rakun".

Vlera e kësaj rezistence duhet të jetë e tillë që kur të hapet kontakti, voltazhi në bazë të mos jetë më i vogël se 0.6 V, përndryshe kaskada do të jetë e pakontrollueshme, sikur seksioni B-E vetëm me qark të shkurtër. Në praktikë, rezistenca Rbe vendoset me një vlerë nominale rreth dhjetë herë më shumë se Rb. Por edhe nëse vlera e Rb është 10 Kom, qarku do të funksionojë mjaft të besueshëm: potencialet e bazës dhe emetuesit do të jenë të barabarta, gjë që do të çojë në mbylljen e tranzistorit.

Një kaskadë e tillë kyçe, nëse është në gjendje të mirë, mund ta ndezë llambën me inkandeshencë të plotë ose ta fikë plotësisht. Në këtë rast, transistori mund të jetë plotësisht i ndezur (gjendja e ngopjes) ose plotësisht i mbyllur (gjendja e ndërprerjes). Menjëherë, në vetvete, përfundimi sugjeron vetë se midis këtyre gjendjeve "kufitare" ekziston një gjë e tillë kur llamba shkëlqen me gjysmë zemre. A është transistori gjysmë i hapur apo gjysmë i mbyllur në këtë rast? Është si të mbushësh një gotë: një optimist e sheh gotën gjysmë të mbushur, ndërsa një pesimist e sheh atë gjysmë bosh. Kjo mënyrë e funksionimit të tranzistorit quhet amplifikuese ose lineare.

Funksionimi i tranzistorit në modalitetin e përforcimit të sinjalit

Pothuajse të gjitha pajisjet moderne elektronike përbëhen nga mikroqarqe në të cilat transistorët janë "të fshehur". Mjafton vetëm të zgjidhni mënyrën e funksionimit përforcues operacional për të marrë fitimin ose gjerësinë e brezit të dëshiruar. Por, përkundër kësaj, shpesh përdoren kaskada në transistorë diskretë ("të lirshëm"), dhe për këtë arsye një kuptim i funksionimit të kaskadës amplifikuese është thjesht i nevojshëm.

Lidhja më e zakonshme e transistorit në krahasim me OK dhe OB është qarku i emetuesit të përbashkët (CE). Arsyeja e kësaj prevalence, para së gjithash, është rritja e tensionit dhe rrymës. Fitimi më i lartë i fazës OE sigurohet kur gjysma e tensionit të furnizimit me energji Epit/2 bie përgjatë ngarkesës së kolektorit. Prandaj, gjysma e dytë bie në komplot Transistor K-E. Kjo arrihet duke vendosur kaskadën, e cila do të diskutohet më poshtë. Kjo mënyrë amplifikimi quhet klasa A.

Kur transistori me OE është i ndezur, sinjali i daljes në kolektor është në antifazë me sinjalin hyrës. Si disavantazhe, mund të vërehet se rezistenca hyrëse e OE është e vogël (jo më shumë se disa qindra ohmë), dhe rezistenca e daljes është brenda dhjetëra kΩ.

Nëse në modalitetin e kalimit tranzistori karakterizohet nga një fitim aktual në modalitetin e sinjalit të madh β, atëherë në modalitetin e amplifikimit përdoret "fitimi aktual në modalitetin e sinjalit të vogël", i shënuar në librat e referencës h21e. Ky emërtim erdhi nga paraqitja e tranzistorit në formën e një katërpoli. Shkronja "e" tregon se matjet janë bërë kur tranzistori me një emetues të përbashkët është ndezur.

Koeficienti h21e, si rregull, është disi më i madh se β, megjithëse mund të përdoret gjithashtu në llogaritjet në përafrimin e parë. Gjithsesi, përhapja e parametrave β dhe h21e është aq e madhe edhe për një lloj transistori sa që llogaritjet janë vetëm të përafërta. Pas llogaritjeve të tilla, si rregull, kërkohet rregullimi i skemës.

Fitimi i tranzistorit varet nga trashësia e bazës, kështu që nuk mund të ndryshohet. Prandaj ndryshimi i madh në fitimin e transistorëve të marrë qoftë edhe nga një kuti (lexo një grumbull). Për transistorët me fuqi të ulët, ky koeficient varion nga 100 ... 1000, dhe për ata të fuqishëm është 5 ... 200. Sa më e hollë të jetë baza, aq më i lartë është koeficienti.

Qarku më i thjeshtë për ndezjen e një transistori OE është paraqitur në Figurën 5. Kjo është vetëm një pjesë e vogël nga Figura 2, e paraqitur në pjesën e dytë të artikullit. Një qark i tillë quhet qark i rrymës me bazë fikse.

Figura 5

Skema është jashtëzakonisht e thjeshtë. Sinjali i hyrjes aplikohet në bazën e tranzitorit përmes kondensatorit shkëputës C1, dhe, duke u përforcuar, merret nga kolektori i tranzitorit përmes kondensatorit C2. Qëllimi i kondensatorëve është mbrojtja qarqet hyrëse nga komponenti konstant i sinjalit të hyrjes (thjesht mbani mend një mikrofon karboni ose elektrik) dhe siguroni gjerësinë e brezit të nevojshëm të kaskadës.

Rezistenca R2 është ngarkesa kolektore e skenës, dhe R1 siguron një anim DC në bazë. Me ndihmën e kësaj rezistence, ata përpiqen të bëjnë që tensioni në kolektor të jetë Epit / 2. Kjo gjendje quhet pika e funksionimit të tranzistorit, në këtë rast fitimi i kaskadës është maksimal.

Përafërsisht rezistenca e rezistencës R1 mund të përcaktohet me një formulë të thjeshtë R1 ≈ R2 * h21e / 1.5 ... 1.8. Koeficienti 1.5…1.8 zëvendësohet në varësi të tensionit të furnizimit: në tension të ulët (jo më shumë se 9 V), vlera e koeficientit nuk është më shumë se 1.5, dhe duke filluar nga 50 V, i afrohet 1.8…2.0. Por, në të vërtetë, formula është aq e përafërt saqë rezistenca R1 më së shpeshti duhet të zgjidhet, përndryshe vlera e kërkuar e Epit / 2 në kolektor nuk do të merret.

Rezistenca e kolektorit R2 është vendosur si kusht i problemit, pasi rryma e kolektorit dhe fitimi i kaskadës në tërësi varen nga vlera e tij: sa më e madhe të jetë rezistenca e rezistorit R2, aq më i lartë është fitimi. Por me këtë rezistencë duhet të keni kujdes, rryma e kolektorit duhet të jetë më e vogël se maksimumi i lejuar për këtë lloj transistori.

Skema është shumë e thjeshtë, por kjo thjeshtësi i jep veti negative dhe kjo thjeshtësi ka një kosto. Së pari, amplifikimi i kaskadës varet nga shembulli specifik i tranzitorit: Unë zëvendësova transistorin gjatë riparimit, - zgjidhni përsëri kompensimin, sillni atë në pikën e funksionimit.

Së dyti, në temperaturë mjedisi, - me një rritje të temperaturës, rryma e kundërt e kolektorit Ico rritet, gjë që çon në një rritje të rrymës së kolektorit. Dhe ku është, pra, gjysma e tensionit të furnizimit në kolektorin Epit / 2, e njëjta pikë funksionimi? Si rezultat, tranzistori nxehet edhe më shumë, pas së cilës dështon. Për të hequr qafe këtë varësi, ose të paktën për ta zvogëluar atë në minimum, elementë shtesë të reagimit negativ futen në kaskadën e tranzitorit - OOS.

Figura 6 tregon një qark me një tension të paragjykuar fiks.

Figura 6

Duket se ndarësi i tensionit Rb-k, Rb-e do të sigurojë paragjykimin e kërkuar fillestar të kaskadës, por në fakt, një kaskadë e tillë ka të gjitha disavantazhet e një qarku të rrymës fikse. Kështu, qarku i paraqitur është vetëm një variacion i qarkut të rrymës fikse të paraqitur në Figurën 5.

Qarqe me stabilizim termik

Situata është disi më e mirë në rastin e aplikimit të skemave të paraqitura në Figurën 7.

Figura 7

Në një qark të stabilizuar nga kolektori, rezistenca e paragjykimit R1 nuk është e lidhur me furnizimin me energji elektrike, por me kolektorin e tranzistorit. Në këtë rast, nëse rryma e kundërt rritet me rritjen e temperaturës, transistori hapet më fort, tensioni i kolektorit zvogëlohet. Kjo ulje çon në një ulje të tensionit të paragjykimit të aplikuar në bazë përmes R1. Transistori fillon të mbyllet, rryma e kolektorit zvogëlohet në një vlerë të pranueshme, pozicioni i pikës së funksionimit rikthehet.

Është mjaft e qartë se një masë e tillë stabilizimi çon në një ulje të përfitimit të kaskadës, por kjo nuk ka rëndësi. Përforcimi që mungon, si rregull, shtohet duke rritur numrin e fazave të amplifikimit. Por një mbrojtje e tillë mjedisore ju lejon të zgjeroni ndjeshëm gamën e temperaturës së funksionimit të kaskadës.

Qarku i kaskadës me stabilizimin e emetuesit është disi më i ndërlikuar. Vetitë amplifikuese të kaskadave të tilla mbeten të pandryshuara në një gamë temperaturash edhe më të gjerë se ajo e një qarku të stabilizuar nga kolektori. Dhe një avantazh tjetër i padiskutueshëm - kur zëvendësoni tranzistorin, nuk keni pse të rizgjidhni mënyrat e funksionimit të kaskadës.

Rezistenca e emetuesit R4, duke siguruar stabilizimin e temperaturës, gjithashtu zvogëlon fitimin e kaskadës. Është për rrymë e vazhdueshme. Për të eliminuar ndikimin e rezistencës R4 në amplifikimin e rrymës alternative, rezistenca R4 shuhet nga kondensatori Ce, i cili paraqet pak rezistencë ndaj rrymës alternative. Vlera e saj përcaktohet nga diapazoni i frekuencës së amplifikatorit. Nëse këto frekuenca shtrihen në intervalin audio, atëherë kapaciteti i kondensatorit mund të jetë nga njësitë në dhjetëra dhe madje qindra mikrofarad. Për frekuencat radio, kjo tashmë është e qindta ose e mijëta, por në disa raste qarku funksionon mirë edhe pa këtë kondensator.

Për të kuptuar më mirë se si funksionon stabilizimi i emetuesit, është e nevojshme të merret parasysh qarku për ndezjen e një transistori me një kolektor të përbashkët OK.

Qarku i përbashkët i kolektorit (CC) është paraqitur në figurën 8. Ky qark është një pjesë e figurës 2, nga pjesa e dytë e artikullit, e cila tregon të tre qarqet e ndërrimit të tranzistorit.

Figura 8

Ngarkesa e skenës është rezistenca e emetuesit R2, sinjali i hyrjes furnizohet përmes kondensatorit C1, dhe sinjali i daljes merret përmes kondensatorit C2. Këtu mund të pyesni pse kjo skemë quhet OK? Në fund të fundit, nëse kujtojmë qarkun OE, atëherë shihet qartë se emetuesi është i lidhur me telin e përbashkët të qarkut, në lidhje me të cilin aplikohet sinjali i hyrjes dhe sinjali i daljes hiqet.

Në qarkun OK, kolektori është thjesht i lidhur me burimin e energjisë, dhe në shikim të parë duket se nuk ka asnjë lidhje me sinjalin hyrës dhe dalës. Por në fakt, burimi EMF (bateria e energjisë) ka një rezistencë shumë të vogël të brendshme; për një sinjal, kjo është praktikisht një pikë, i njëjti kontakt.

Më në detaje, funksionimi i qarkut OK mund të shihet në Figurën 9.

Figura 9

Dihet që për transistorët e silikonit tensioni i bashkimit b-e është në intervalin 0,5 ... 0,7 V, kështu që mund ta merrni mesatarisht 0,6 V, nëse nuk synoni të kryeni llogaritjet me një saktësi prej të dhjetave të përqindjes. . Prandaj, siç shihet në figurën 9, tensioni i daljes do të jetë gjithmonë më pak se hyrja me vlerën e Ub-e, përkatësisht nga ato të njëjtat 0.6V. Ndryshe nga qarku OE, ky qark nuk e përmbys sinjalin e hyrjes, ai thjesht e përsërit atë, madje e zvogëlon atë me 0.6 V. Ky qark quhet gjithashtu një ndjekës emetues. Pse nevojitet një skemë e tillë, cili është përdorimi i tij?

Qarku OK e përforcon sinjalin aktual me h21e herë, që do të thotë se impedanca hyrëse e qarkut është h21e herë më e madhe se rezistenca në qarkun e emetuesit. Me fjalë të tjera, pa frikë nga djegia e tranzistorit, aplikoni tensionin direkt në bazë (pa një rezistencë kufizuese). Thjesht merrni kunjin bazë dhe lidheni atë me shiritin e fuqisë +U.

Rezistenca e lartë e hyrjes ju lejon të lidhni një burim hyrjeje me rezistencë të lartë (rezistencë komplekse), si p.sh. një kapëse piezoelektrike. Nëse një marrje e tillë lidhet me kaskadën sipas skemës OE, atëherë impedanca e ulët e hyrjes së kësaj kaskade thjesht do të "ulë" sinjalin e marrjes - "radio nuk do të luajë".

Një tipar dallues i qarkut OK është se rryma e kolektorit Ik varet vetëm nga rezistenca e ngarkesës dhe voltazhi i burimit të sinjalit të hyrjes. Në këtë rast, parametrat e tranzitorit nuk luajnë asnjë rol këtu. Qarqe të tilla thuhet se mbulohen nga 100% reagime të tensionit.

Siç tregohet në figurën 9, rryma në ngarkesën e emetuesit (aka rryma e emetuesit) In = Ik + Ib. Duke marrë parasysh që rryma bazë Ib është paksa e vogël në krahasim me rrymën e kolektorit Ik, mund të supozojmë se rryma e ngarkesës është e barabartë me rrymën e kolektorit In = Ik. Rryma në ngarkesë do të jetë (Uin - Ube) / Rn. Në këtë rast, do të supozojmë se Ube është i njohur dhe është gjithmonë i barabartë me 0.6V.

Nga kjo rrjedh se rryma e kolektorit Ik = (Uin - Ube) / Rn varet vetëm nga tensioni i hyrjes dhe rezistenca e ngarkesës. Rezistenca e ngarkesës mund të ndryshohet në një gamë të gjerë, megjithatë, nuk është e nevojshme të jeni veçanërisht të zellshëm. Në fund të fundit, nëse në vend të Rn vendosni një gozhdë - një e qindta, atëherë asnjë transistor nuk do të mbijetojë!

Qarku OK e bën mjaft të lehtë matjen e koeficientit të transferimit të rrymës statike h21e. Si ta bëni këtë është treguar në Figurën 10.

Figura 10.

Së pari, matni rrymën e ngarkesës siç tregohet në figurën 10a. Në këtë rast, baza e tranzistorit nuk ka nevojë të lidhet askund, siç tregohet në figurë. Pas kësaj, rryma bazë matet në përputhje me Figurën 10b. Matjet duhet të bëhen në të dyja rastet në të njëjtat sasi: ose në amper ose në miliamp. Tensioni dhe ngarkesa e furnizimit me energji duhet të mbeten të njëjta për të dyja matjet. Për të zbuluar koeficientin e transferimit të rrymës statike, mjafton të ndani rrymën e ngarkesës me rrymën bazë: h21e ≈ In / Ib.

Duhet të theksohet se me një rritje të rrymës së ngarkesës, h21e zvogëlohet disi, dhe me një rritje të tensionit të furnizimit, rritet. Ndjekësit e emetuesit shpesh ndërtohen në një konfigurim push-tërheqjeje duke përdorur çifte plotësuese të transistorëve për të rritur fuqinë dalëse të pajisjes. Një ndjekës i tillë emetuesi është paraqitur në Figurën 11.

Figura 11.

Figura 12.

Përfshirja e transistorëve sipas skemës me një bazë të përbashkët RRETH

Një qark i tillë siguron vetëm fitim të tensionit, por ka veti më të mira të frekuencës në krahasim me qarkun OE: të njëjtët transistorë mund të funksionojnë në frekuenca më të larta. Aplikimi kryesor i qarkut OB janë amplifikuesit e antenave të diapazonit UHF. Qarku i amplifikatorit të antenës është paraqitur në figurën 12.

Ata janë transistorë bipolarë. Qarqet komutuese varen nga përçueshmëria e tyre (vrima ose elektronike) dhe funksionet që kryejnë.

Klasifikimi

Transistorët ndahen në grupe:

Sipas materialeve: arsenidi i galiumit dhe silikoni përdoren më shpesh.
Sipas frekuencës së sinjalit: e ulët (deri në 3 MHz), e mesme (deri në 30 MHz), e lartë (deri në 300 MHz), ultra e lartë (mbi 300 MHz).
Sipas shpërndarjes maksimale të fuqisë: deri në 0,3 W, deri në 3 W, më shumë se 3 W.
Sipas llojit të pajisjes: tre shtresa të lidhura të një gjysmëpërçuesi me metoda alternative të drejtpërdrejtë dhe të kundërt të përcjelljes së papastërtive.

Si funksionojnë transistorët?

Shtresat e jashtme dhe të brendshme të tranzistorit lidhen me elektrodat e furnizimit, përkatësisht të quajtur emiter, kolektor dhe bazë.

Emituesi dhe kolektori nuk ndryshojnë nga njëri-tjetri në llojet e përçueshmërisë, por shkalla e dopingut me papastërtitë në këtë të fundit është shumë më e ulët. Kjo siguron një rritje të tensionit të lejuar të daljes.

Baza, e cila është shtresa e mesme, ka një rezistencë të lartë, pasi është bërë nga një gjysmëpërçues lehtë i dopuar. Ka një zonë të konsiderueshme kontakti me kolektorin, i cili përmirëson heqjen e nxehtësisë së krijuar për shkak të anshmërisë së kundërt të kryqëzimit, dhe gjithashtu lehtëson kalimin e transportuesve të pakicës - elektroneve. Përkundër faktit se shtresat e tranzicionit bazohen në të njëjtin parim, transistori është një pajisje me një fund. Kur ndryshoni vendet e shtresave ekstreme me të njëjtën përçueshmëri, është e pamundur të merren parametra të ngjashëm të një pajisjeje gjysmëpërçuese.

Qarqet komutuese janë në gjendje ta mbajnë atë në dy gjendje: mund të jetë i hapur ose i mbyllur. Në modalitetin aktiv, kur transistori është i ndezur, paragjykimi i emetuesit të kryqëzimit bëhet në drejtimin përpara. Për ta konsideruar vizualisht këtë, për shembull, në një triodë gjysmëpërçuese të tipit n-p-n, duhet të aplikohet tension në të nga burimet, siç tregohet në figurën më poshtë.

Kufiri në kryqëzimin e dytë të kolektorit më pas mbyllet dhe asnjë rrymë nuk duhet të rrjedhë nëpër të. Por në praktikë, e kundërta ndodh për shkak të afërsisë së tranzicioneve me njëri-tjetrin dhe ndikimit të tyre reciprok. Meqenëse "minus" i baterisë është i lidhur me emetuesin, kryqëzimi i hapur lejon që elektronet të hyjnë në zonën bazë, ku ato pjesërisht rikombinohen me vrima - bartësit kryesorë. Formohet rryma bazë I b. Sa më i fortë të jetë, aq më shumë rrymë del proporcionalisht. Përforcuesit e bazuar në transistorë bipolarë punojnë në këtë parim.

Vetëm lëvizja e difuzionit të elektroneve ndodh përmes bazës, pasi aty nuk ka veprim të fushës elektrike. Për shkak të trashësisë së parëndësishme të shtresës (mikron) dhe madhësisë së madhe të grimcave të ngarkuara negativisht, pothuajse të gjitha bien në zonën e kolektorit, megjithëse rezistenca e bazës është mjaft e lartë. Atje ata tërhiqen nga fusha elektrike e tranzicionit, e cila kontribuon në transferimin e tyre aktiv. Rrymat e kolektorit dhe emetuesit janë pothuajse të barabarta me njëra-tjetrën, nëse neglizhojmë humbjen e lehtë të ngarkesave të shkaktuara nga rikombinimi në bazë: I e \u003d I b + I k.

Parametrat e tranzistorit

Fitimi i tensionit U eq / U be dhe rryma: β = I k / I b (vlerat aktuale). Në mënyrë tipike, koeficienti β nuk e kalon vlerën 300, por mund të arrijë një vlerë prej 800 dhe më të lartë.
impedanca e hyrjes.
Përgjigja e frekuencës - performanca e një transistori deri në një frekuencë të caktuar, mbi të cilën kalimtarët në të nuk i përmbahen ndryshimeve në sinjalin e aplikuar.

Tranzistor bipolar: qarqet komutuese, mënyrat e funksionimit

Mënyrat e funksionimit ndryshojnë në varësi të mënyrës se si është montuar qarku. Sinjali duhet të aplikohet dhe hiqet në dy pika për secilin rast, dhe ka vetëm tre dalje të disponueshme. Nga kjo rrjedh se një elektrodë duhet t'i përkasë njëkohësisht hyrjes dhe daljes. Kështu ndizet çdo transistor bipolar. Skemat e përfshirjes: ABOUT, OE dhe OK.

1. Skema me OK

Qarku i ndërrimit me një kolektor të përbashkët: sinjali shkon te rezistenca R L, e cila gjithashtu përfshihet në qarkun e kolektorit. Një lidhje e tillë quhet qark i përbashkët kolektor.

Ky opsion krijon vetëm fitim aktual. Avantazhi i ndjekësit të emituesit është krijimi i një rezistence të madhe hyrëse (10-500 kOhm), gjë që bën të mundur përputhjen e përshtatshme të kaskadave.

2. Skema me OB

Skema për ndezjen e një transistori bipolar me një bazë të përbashkët: sinjali i hyrjes hyn përmes C 1, dhe pas përforcimit hiqet në qarkun e kolektorit të daljes, ku elektroda bazë është e zakonshme. Në këtë rast, krijohet një fitim i tensionit i ngjashëm me punën me OE.

Disavantazhi është një rezistencë e vogël hyrëse (30-100 ohms), dhe qarku OB përdoret si një oshilator.

3. Skema me OE

Në shumë raste, kur përdoren transistorë bipolarë, qarqet komutuese bëhen kryesisht me një emetues të përbashkët. Tensioni i furnizimit furnizohet përmes rezistencës së ngarkesës R L, dhe poli negativ i furnizimit me energji të jashtme është i lidhur me emetuesin.

Një sinjal alternativ nga hyrja shkon në emetuesin dhe elektrodat bazë (V in), dhe në qarkun e kolektorit bëhet tashmë më i madh (V CE). Elementet kryesore të qarkut: një tranzistor, një rezistencë R L dhe një qark dalës i amplifikatorit me fuqi të jashtme. Ndihmës: kondensatori C 1, i cili parandalon kalimin e rrymës direkte në qarkun e sinjalit të hyrjes, dhe rezistenca R 1, përmes së cilës hapet transistori.

Në qarkun e kolektorit, tensionet në daljen e tranzitorit dhe në të gjithë rezistencën R L janë së bashku të barabarta me vlerën e EMF: V CC \u003d I C R L + V CE.

Kështu, një sinjal i vogël V në hyrje vendos ligjin e ndryshimit të tensionit të furnizimit DC në AC në daljen e konvertuesit të kontrolluar të transistorit. Qarku siguron një rritje të rrymës së hyrjes me 20-100 herë, dhe tensionin - me 10-200 herë. Prandaj, fuqia gjithashtu rritet.

Disavantazhi i qarkut: një rezistencë e vogël e hyrjes (500-1000 ohms). Për këtë arsye lindin probleme në formimin e fazave të amplifikimit. Impedanca e daljes është 2-20 kOhm.

Diagramet më poshtë tregojnë se si funksionon një transistor bipolar. Nëse nuk merrni masa shtesë, performanca e tyre do të ndikohet shumë nga ndikimet e jashtme, si mbinxehja dhe frekuenca e sinjalit. Gjithashtu, tokëzimi i emetuesit krijon shtrembërim jolinear në dalje. Për të rritur besueshmërinë e funksionimit, në qark lidhen reagime, filtra etj.. Në këtë rast, fitimi zvogëlohet, por pajisja bëhet më efikase.

Mënyrat e funksionimit

Funksioni i tranzistorit ndikohet nga vlera e tensionit të lidhur. Të gjitha mënyrat e funksionimit mund të shfaqen nëse përdoret qarku i paraqitur më parë për ndezjen e një transistori bipolar me një emetues të përbashkët.

1. Modaliteti i ndërprerjes

Kjo mënyrë krijohet kur voltazhi V BE bie në 0,7 V. Në këtë rast, kryqëzimi i emetuesit mbyllet dhe nuk ka rrymë kolektori, pasi nuk ka elektrone të lirë në bazë. Kështu, tranzistori është i kyçur.

2. Modaliteti aktiv

Nëse aplikohet një tension i mjaftueshëm në bazë për të hapur transistorin, shfaqet një rrymë e vogël hyrëse dhe një rrymë dalëse e rritur, në varësi të vlerës së fitimit. Pastaj transistori do të funksionojë si një përforcues.

3. Mënyra e ngopjes

Modaliteti ndryshon nga ai aktiv në atë që transistori hapet plotësisht dhe rryma e kolektorit arrin vlerën maksimale të mundshme. Rritja e saj mund të arrihet vetëm duke ndryshuar EMF-në e aplikuar ose ngarkesën në qarkun e daljes. Kur ndryshon rryma bazë, rryma e kolektorit nuk ndryshon. Mënyra e ngopjes karakterizohet nga fakti se transistori është jashtëzakonisht i hapur, dhe këtu shërben si ndërprerës në gjendjen e ndezjes. Qarqet për ndezjen e transistorëve bipolarë kur kombinohen mënyrat e ndërprerjes dhe ngopjes bëjnë të mundur krijimin e çelësave elektronikë me ndihmën e tyre.

Të gjitha mënyrat e funksionimit varen nga natyra e karakteristikave të daljes të paraqitura në grafik.

Ato mund të demonstrohen qartë nëse është montuar një qark për ndezjen e një transistori bipolar me OE.

Nëse lini mënjanë segmentet në akset e ordinatave dhe abshisave që korrespondojnë me rrymën maksimale të mundshme të kolektorit dhe vlerën e tensionit të furnizimit V CC, dhe më pas lidhni skajet e tyre me njëri-tjetrin, ju merrni një linjë ngarkese (e kuqe). Përshkruhet me shprehjen: I C = (V CC - V CE) / R C . Nga figura rezulton se pika e funksionimit që përcakton rrymën e kolektorit I C dhe tensionin V CE do të zhvendoset përgjatë vijës së ngarkesës nga poshtë lart me një rritje të rrymës bazë I V.

Zona ndërmjet boshtit V CE dhe karakteristikës së parë të daljes (me hije), ku I B = 0, karakterizon modalitetin e ndërprerjes. Në këtë rast, rryma e kundërt I C është e papërfillshme, dhe transistori është i mbyllur.

Karakteristika më e lartë në pikën A kryqëzohet me një ngarkesë të drejtpërdrejtë, pas së cilës, me një rritje të mëtejshme në I B, rryma e kolektorit nuk ndryshon më. Zona e ngopjes në grafik është zona e hijezuar midis boshtit IC dhe karakteristikës më të pjerrët.

Si sillet një transistor në mënyra të ndryshme?

Transistori punon me sinjale të ndryshueshme ose konstante që hyjnë në qarkun e hyrjes.

Tranzistor bipolar: qarqe komutuese, përforcues

Në pjesën më të madhe, transistori shërben si një përforcues. Një sinjal i ndryshueshëm në hyrje çon në një ndryshim në rrymën e tij të daljes. Këtu mund të aplikoni skema me OK ose me OE. Në qarkun e daljes, sinjali kërkon një ngarkesë. Zakonisht përdorni një rezistencë të instaluar në qarkun e kolektorit të daljes. Nëse zgjidhet saktë, voltazhi i daljes do të jetë shumë më i lartë se ai i hyrjes.

Funksionimi i amplifikatorit është qartë i dukshëm në diagramet e kohës.

Kur konvertohen sinjalet e pulsit, modaliteti mbetet i njëjtë si për ato sinusoidale. Cilësia e shndërrimit të përbërësve të tyre harmonikë përcaktohet nga karakteristikat e frekuencës së transistorëve.

Funksionimi në modalitetin e ndërprerësit

Projektuar për ndërrimin pa kontakt të lidhjeve brenda qarqet elektrike. Parimi është ndryshimi i rezistencës së tranzistorit. Lloji bipolar është mjaft i përshtatshëm për kërkesat e pajisjes kryesore.

konkluzioni

Elementet gjysmëpërçues përdoren në qarqe për konvertimin e sinjaleve elektrike. Aftësitë e gjithanshme dhe një klasifikim i madh bëjnë të mundur përdorimin e gjerë të transistorëve bipolarë. Skemat e ndërrimit përcaktojnë funksionet dhe mënyrat e funksionimit të tyre. Shumë varet gjithashtu nga karakteristikat.

Qarqet bazë komutuese të tranzistorit bipolar amplifikojnë, gjenerojnë dhe konvertojnë sinjalet hyrëse, si dhe kalojnë qarqet elektrike.