Mikä on bipolaarinen transistori ja mitä kytkentäpiirejä on olemassa

Puolijohdelaitteiden (SS) käyttö on yleistä radioelektroniikassa. Tästä johtuen eri laitteiden mitat ovat pienentyneet. Bipolaarinen transistori on saanut laajan käytön, joidenkin ominaisuuksien vuoksi sen toiminnallisuus on laajempi kuin yksinkertaisen kenttätransistorin. Ymmärtääkseen, miksi sitä tarvitaan ja missä olosuhteissa sitä käytetään, on otettava huomioon sen toimintaperiaate, kytkentätavat ja luokitus.

Laite ja toimintaperiaate

Transistori on elektroninen puolijohde, joka koostuu 3 elektrodista, joista yksi on ohjauselektrodi. Bipolaarinen transistori eroaa polaarisesta kahden tyyppisen varauksenkuljettajan (negatiivinen ja positiivinen) läsnä ollessa.

Negatiiviset varaukset ovat elektroneja, jotka vapautuvat kidehilan ulkokuoresta. Vapautuneen elektronin tilalle muodostuu positiivinen varaus tai reikiä.

Bipolaaritransistorin (BT) laite on monipuolisuudestaan ​​huolimatta melko yksinkertainen. Se koostuu 3 johtavasta kerroksesta: emitteri (E), kanta (B) ja kollektori (K).

Emitteri (latinan sanasta "vapauttaa") on eräänlainen puolijohdeliitos, jonka päätehtävä on ruiskuttaa varauksia kantaan. Kerääjää (latinan sanasta "collector") käytetään vastaanottamaan emitterin varaukset. Pohja on ohjauselektrodi.

Emitteri- ja kollektorikerrokset ovat lähes samat, mutta eroavat toisistaan ​​epäpuhtauksien lisäysasteessa PCB:n ominaisuuksien parantamiseksi. Epäpuhtauksien lisäämistä kutsutaan dopingiksi. Kollektorikerroksen (CL) osalta seostus ilmaistaan ​​heikosti kollektorijännitteen (Uk) lisäämiseksi. Emitteripuolijohdekerros on voimakkaasti seostettu, jotta voidaan lisätä käänteistä sallittua läpilyöntiä U ja parantaa kantoaaltojen ruiskutusta peruskerrokseen (virransiirtokerroin kasvaa - Kt). Pohjakerros on kevyesti seostettu vastuksen lisäämiseksi (R).

Siirtymä kannan ja emitterin välillä on pinta-alaltaan pienempi kuin K-B. Alueeroista johtuen Kt paranee. Piirilevyn toiminnan aikana K-B-siirtymä kytketään päälle käänteisellä biasilla vapauttamaan pääosa lämpömäärästä Q, joka haihtuu ja tarjoaa paremman kiteen jäähdytyksen.

BT:n nopeus riippuu pohjakerroksen (BS) paksuudesta. Tämä riippuvuus on arvo, joka vaihtelee käänteisessä suhteessa. Pienemmällä paksuudella - enemmän nopeutta. Tämä riippuvuus liittyy varauksenkuljettajien lentoaikaan.Samaan aikaan Uk kuitenkin laskee.

Emitterin ja K:n välillä kulkee voimakas virta, jota kutsutaan virraksi K (Ik). E:n ja B:n välillä kulkee pieni virta - virta B (Ib), jota käytetään ohjaukseen. Kun Ib muuttuu, Ik muuttuu.

Transistorissa on kaksi p-n-liitosta: E-B ja K-B. Kun tila on aktiivinen, E-B on kytketty myötäsuuntaisella biasilla ja CB on kytketty käänteisellä biasilla. Koska E-B-siirtymä on avoimessa tilassa, negatiiviset varaukset (elektronit) virtaavat B:hen. Sen jälkeen ne yhdistyvät osittain uudelleen reikiin. Suurin osa elektroneista saavuttaa kuitenkin K-B:n B:n alhaisen legitimiteetin ja paksuuden vuoksi.

BS:ssä elektronit ovat pieniä varauksenkantajia, ja sähkömagneettinen kenttä auttaa niitä voittamaan K-B-siirtymän. Ib:n kasvaessa E-B-aukko laajenee ja enemmän elektroneja kulkee E:n ja K:n välillä. Tässä tapauksessa tapahtuu pienen amplitudin signaalin merkittävä vahvistus, koska Ik on suurempi kuin Ib.

Bipolaarityyppisen transistorin toiminnan fyysisen merkityksen ymmärtämiseksi helpommin se on yhdistettävä hyvään esimerkkiin. On oletettava, että veden pumppaamiseen tarkoitettu pumppu on virtalähde, vesihana on transistori, vesi on Ik, hanan kahvan pyörimisaste on Ib. Paineen lisäämiseksi sinun on käännettävä hieman hanaa - suorittaaksesi ohjaustoiminnon. Esimerkin perusteella voimme päätellä yksinkertaisen ohjelmiston toimintaperiaatteen.

Kuitenkin U:n merkittävän kasvun myötä K-B-siirtymässä voi tapahtua iskuionisaatiota, mikä johtaa lumivyöryvarauksen lisääntymiseen.Yhdistettynä tunneliefektiin tämä prosessi aiheuttaa sähköisen ja ajan pidentyessä termisen hajoamisen, joka poistaa PP:n käytöstä. Joskus terminen hajoaminen tapahtuu ilman sähköistä läpilyöntiä kollektorin lähdön läpi menevän virran merkittävän kasvun seurauksena.

Lisäksi kun U muuttuu K-B:ksi ja E-B:ksi, näiden kerrosten paksuus muuttuu, jos B on ohut, tapahtuu sulkemisilmiö (tätä kutsutaan myös puhkaisuksi B), jossa siirtymät K-B ja E-B liittyvät toisiinsa. Tämän ilmiön seurauksena PP lakkaa suorittamasta tehtäviään.

Toimintatilat

Bipolaarinen transistori voi toimia 4 tilassa:

1. Aktiivinen.
2. Katkaisut (RO).
3. Kylläisyys (PH).
4. Este (RB).

BT:n aktiivinen tila on normaali (NAR) ja käänteinen (IAR).

Normaali aktiivinen tila

Tässä tilassa U virtaa E-B-liitoksessa, joka on suora ja jota kutsutaan E-B-jännitteeksi (Ue-b). Tilaa pidetään optimaalisena ja sitä käytetään useimmissa järjestelmissä. Transition E ruiskuttaa pohja-alueelle varauksia, jotka liikkuvat kohti keräilijää. Jälkimmäinen kiihdyttää latauksia ja luo tehostevaikutuksen.

Käänteinen aktiivinen tila

Tässä tilassa K-B-siirtymä on auki. BT toimii päinvastaiseen suuntaan, eli reikävarauksenkuljettajia ruiskutetaan K:stä, joka kulkee B:n läpi. Ne kerätään E-siirtymällä. PP:n vahvistusominaisuudet ovat heikot ja BT:itä käytetään harvoin tässä tilassa.

Kylläisyystila

PH:ssa molemmat siirtymät ovat auki. Kun E-B ja K-B on kytketty ulkoisiin lähteisiin eteenpäin, BT toimii kantoraketissa. E- ja K-liitosten diffuusioelektromagneettikenttää heikentää ulkoisten lähteiden synnyttämä sähkökenttä.Tämän seurauksena päävarauksen kantajien sulkukyky heikkenee ja hajaantumiskyky rajoittuu. Aloitetaan reikien ruiskutus kohdista E ja K kohtaan B. Tätä tilaa käytetään pääasiassa analogisessa tekniikassa, mutta joissain tapauksissa voi olla poikkeuksia.

Katkaisutila

Tässä tilassa BT sulkeutuu kokonaan eikä pysty johtamaan virtaa. BT:ssä on kuitenkin merkityksettömiä pienten varauksenkuljettajien virtoja, jotka synnyttävät pieniarvoisia lämpövirtoja. Tätä tilaa käytetään erilaisissa suojatyypeissä ylikuormituksia ja oikosulkuja vastaan.

estejärjestelmä

BT-kanta on kytketty vastuksen kautta K:hen. K- tai E-piirissä on vastus, joka asettaa virran arvon (I) BT:n kautta. BR:tä käytetään usein piireissä, koska sen avulla BT voi toimia millä tahansa taajuudella ja suuremmalla lämpötila-alueella.

Vaihtokaaviot

BT:iden oikeaa käyttöä ja liittämistä varten sinun on tiedettävä niiden luokitus ja tyyppi. Bipolaaristen transistorien luokitus:

1. Tuotantomateriaali: germanium, pii ja arsenidogallium.
2. Valmistusominaisuudet.
3. Hajotettu teho: pieniteho (jopa 0,25 W), keskiteho (0,25-1,6 W), tehokas (yli 1,6 W).
4. Rajataajuus: matala taajuus (jopa 2,7 MHz), keskitaajuus (2,7-32 MHz), korkea taajuus (32-310 MHz), mikroaaltouuni (yli 310 MHz).
5. Toiminnallinen tarkoitus.

BT:n toiminnallinen tarkoitus on jaettu seuraaviin tyyppeihin:

1. Vahvistavat matalataajuiset, normalisoidulla ja normalisoimattomalla kohinaluvulla (NiNNKSh).
2. Vahvistaa korkeaa taajuutta NiNNKSh:lla.
3. Vahvistusmikroaaltouuni NiNNKSh:lla.
4. Vahvistaa tehokasta korkeajännitettä.
5. Generaattori korkeilla ja ultrakorkeilla taajuuksilla.
6. Pienitehoiset ja suuritehoiset suurjännitteiset kytkinlaitteet.
7. Tehokas pulssi korkealle U-arvolle.

Lisäksi on olemassa tämän tyyppisiä bipolaarisia transistoreita:

1. P-n-p.
2. N-p-n.

Bipolaarisen transistorin kytkemiseen on 3 piiriä, joista jokaisella on omat etunsa ja haittansa:

1. Kenraali B.
2. Kenraali E.
3. Kenraali K.

Kytkeminen päälle yhteisellä alustalla (OB)

Piiriä käytetään korkeilla taajuuksilla, mikä mahdollistaa taajuusvasteen optimaalisen käytön. Kun kytket yhden BT:n kaavion mukaisesti OE:hen ja sitten OB:hen, sen toimintataajuus kasvaa. Tätä kytkentäkaaviota käytetään antennityyppisissä vahvistimissa. Melutaso korkeilla taajuuksilla vähenee.

Edut:

1. Optimaaliset lämpötilat ja laaja taajuusalue (f).
2. Arvokas Iso-Britannia.

Virheet:

1. Alhainen saan.
2. Matala tulo R.

Common-Emitter Switching (CE)

Kun kytketään tämän kaavion mukaisesti, vahvistus tapahtuu U:ssa ja I:ssä. Piiri voidaan syöttää yhdestä lähteestä. Käytetään usein tehovahvistimissa (P).

Edut:

1. Suuret voitot I, U, P.
2. Yksi virtalähde.
3. Lähtömuuttuja U on käännetty suhteessa tuloon.

Sillä on merkittäviä haittoja: alhaisin lämpötilan stabiilisuus ja taajuusominaisuudet ovat huonommat kuin OB:lla yhdistettynä.

Päällekytkentä yhteiskeräimellä (OK)

Tulo U siirtyy kokonaan takaisin tuloon, ja Ki on samanlainen, kun se on yhdistetty OE:hen, mutta sen U on alhainen.

Tämän tyyppistä kytkentää käytetään sovittamaan kaskadit, jotka on tehty transistoreilla tai tulosignaalilähteellä, jolla on korkea lähtö R (kondensaattorityyppinen mikrofoni tai mikrofoni). Etuja ovat seuraavat: suuri tulon arvo ja pieni lähtö R.Haittapuolena on alhainen U-vahvistus.

Bipolaaristen transistorien pääominaisuudet

BT:n tärkeimmät ominaisuudet:

1. saan.
2. Tulo ja lähtö R.
3. Käänteinen Ik-e.
4. Käynnistysaika.
5. Lähetystaajuus Ib.
6. Käänteinen Ik.
7. Suurin I-arvo.

Sovellukset

Bipolaaritransistoreiden käyttö on laajalle levinnyt kaikilla ihmisen toiminnan alueilla. Laitteen pääsovellus vastaanotettiin vahvistinlaitteissa, sähköisten signaalien generoinnissa ja toimii myös kytkentäelementtinä. Niitä käytetään erilaisissa tehovahvistimissa, tavallisissa ja kytkentävirtalähteissä, joissa on mahdollisuus säätää U:n ja I:n arvoja, tietotekniikassa.

Lisäksi niitä käytetään usein erilaisten kuluttajasuojausten rakentamiseen ylikuormituksia, U-piikkejä ja oikosulkuja vastaan. Niitä käytetään laajalti kaivos- ja metallurgisessa teollisuudessa.

Samanlaisia ​​artikkeleita: