Ce este un tranzistor bipolar și ce circuite de comutare există

Utilizarea dispozitivelor semiconductoare (SS) este larg răspândită în electronica radio. Din acest motiv, dimensiunile diferitelor dispozitive au scăzut. Tranzistorul bipolar a primit o aplicație largă, datorită unor caracteristici funcționalitatea sa este mai largă decât cea a unui tranzistor simplu cu efect de câmp. Pentru a înțelege de ce este necesar și în ce condiții este utilizat, este necesar să se ia în considerare principiul său de funcționare, metodele de conectare și clasificarea.

Dispozitiv și principiu de funcționare

Un tranzistor este un semiconductor electronic format din 3 electrozi, dintre care unul de control. Un tranzistor de tip bipolar diferă de unul polar prin prezența a 2 tipuri de purtători de sarcină (negativ și pozitiv).

Sarcinile negative sunt electroni care sunt eliberați din învelișul exterior al rețelei cristaline. În locul electronului eliberat se formează un tip pozitiv de sarcină sau găuri.

Dispozitivul unui tranzistor bipolar (BT) este destul de simplu, în ciuda versatilității sale. Este format din 3 straturi de tip conductiv: emițător (E), bază (B) și colector (K).

Un emițător (din latinescul „a elibera”) este un tip de joncțiune semiconductoare a cărei funcție principală este de a injecta sarcini în bază. Colectorul (din latinescul „colector”) este folosit pentru a primi sarcinile emițătorului. Baza este electrodul de control.

Straturile emițătorului și colectorului sunt aproape aceleași, dar diferă în gradul de adăugare a impurităților pentru a îmbunătăți caracteristicile PCB. Adăugarea de impurități se numește dopaj. Pentru stratul colector (CL), dopajul este slab exprimat pentru a crește tensiunea colectorului (Uk). Stratul semiconductor emițător este puternic dopat pentru a crește defalcarea admisibilă inversă U și pentru a îmbunătăți injecția purtătorilor în stratul de bază (coeficientul de transfer de curent crește - Kt). Stratul de bază este ușor dopat pentru a oferi mai multă rezistență (R).

Tranziția dintre bază și emițător este mai mică ca suprafață decât K-B. Datorită diferenței de zone, are loc îmbunătățirea Kt. În timpul funcționării PCB, tranziția K-B este pornită cu o polarizare inversă pentru a elibera fracțiunea principală a cantității de căldură Q, care este disipată și asigură o răcire mai bună a cristalului.

Viteza BT depinde de grosimea stratului de bază (BS). Această dependență este o valoare care variază în proporție inversă. Cu mai puțină grosime - mai multă viteză. Această dependență este legată de timpul de zbor al transportatorilor de taxe.Totuși, în același timp, Marea Britanie scade.

Între emițător și K circulă un curent puternic, numit curent K (Ik). Un curent mic curge între E și B - curent B (Ib), care este folosit pentru control. Când Ib se schimbă, Ik se schimbă.

Tranzistorul are două joncțiuni p-n: E-B și K-B. Când modul este activ, E-B este conectat cu o polarizare de tip direct, iar CB este conectat cu o polarizare inversă. Deoarece tranziția E-B este în stare deschisă, sarcinile negative (electroni) curg în B. După aceea, se recombină parțial cu găuri. Cu toate acestea, majoritatea electronilor ajung la K-B datorită legitimității și grosimii scăzute a lui B.

În BS, electronii sunt purtători minori de sarcină, iar câmpul electromagnetic îi ajută să depășească tranziția K-B. Cu o creștere a Ib, deschiderea E-B se va extinde și mai mulți electroni vor circula între E și K. În acest caz, va avea loc o amplificare semnificativă a semnalului de amplitudine mică, deoarece Ik este mai mare decât Ib.

Pentru a înțelege mai ușor semnificația fizică a funcționării unui tranzistor de tip bipolar, este necesar să-l asociem cu un exemplu bun. Trebuie să presupunem că pompa pentru pomparea apei este o sursă de energie, robinetul de apă este un tranzistor, apa este Ik, gradul de rotație al mânerului robinetului este Ib. Pentru a crește presiunea, trebuie să rotiți ușor robinetul - pentru a efectua o acțiune de control. Pe baza exemplului, putem concluziona un principiu simplu de funcționare a software-ului.

Cu toate acestea, cu o creștere semnificativă a U la tranziția K-B, poate apărea ionizarea de impact, ceea ce are ca rezultat multiplicarea sarcinii de avalanșă.Atunci când este combinat cu efectul de tunel, acest proces dă o defecțiune electrică și, cu o creștere în timp, o defecțiune termică, care dezactivează PP. Uneori, defecțiunea termică are loc fără o defecțiune electrică, ca urmare a creșterii semnificative a curentului prin ieșirea colectorului.

În plus, atunci când U se schimbă în K-B și E-B, grosimea acestor straturi se modifică, dacă B este subțire, atunci apare un efect de închidere (se mai numește și puncție B), în care tranzițiile K-B și E-B sunt conectate. Ca urmare a acestui fenomen, PP încetează să-și îndeplinească funcțiile.

Moduri de operare

Tranzistorul de tip bipolar poate funcționa în 4 moduri:

1. Activ.
2. Cutoffs (RO).
3. Saturație (PH).
4. Bariera (RB).

Modul activ al BT este normal (NAR) și invers (IAR).

Mod activ normal

În acest mod, U curge la joncțiunea E-B, care este directă și se numește tensiune E-B (Ue-b). Modul este considerat optim și este utilizat în majoritatea schemelor. Tranziția E injectează încărcături în regiunea de bază, care se deplasează spre colector. Acesta din urmă accelerează încărcările, creând un efect de boost.

Modul activ invers

În acest mod, tranziția K-B este deschisă. BT funcționează în direcția opusă, adică purtătorii de sarcină de gaură sunt injectați din K, trecând prin B. Aceștia sunt colectați de tranziția E. Proprietățile de amplificare ale PP sunt slabe, iar BT-urile sunt rareori utilizate în acest mod.

Modul de saturație

La PH, ambele tranziții sunt deschise. Când E-B și K-B sunt conectate la surse externe în direcția înainte, BT va funcționa în vehiculul de lansare. Câmpul electromagnetic de difuzie al joncțiunilor E și K este slăbit de câmpul electric, care este creat de surse externe.Ca urmare a acestui fapt, va exista o scădere a capacității de barieră și o limitare a capacității difuze a purtătorilor de sarcină principali. Va începe injectarea găurilor de la E și K la B. Acest mod este utilizat în principal în tehnologia analogică, dar în unele cazuri pot exista și excepții.

Modul de tăiere

În acest mod, BT se închide complet și nu este capabil să conducă curentul. Cu toate acestea, în BT există fluxuri nesemnificative de purtători de sarcină minori, care creează curenți termici cu valori mici. Acest mod este utilizat în diferite tipuri de protecție împotriva supraîncărcărilor și scurtcircuitelor.

regim de barieră

Baza BT este conectată printr-un rezistor la K. Un rezistor este inclus în circuitul K sau E, care stabilește valoarea curentului (I) prin BT. BR este adesea folosit în circuite, deoarece permite BT să funcționeze la orice frecvență și într-un interval mai mare de temperatură.

Scheme de comutare

Pentru utilizarea și conectarea corectă a BT-urilor, trebuie să cunoașteți clasificarea și tipul acestora. Clasificarea tranzistoarelor bipolare:

1. Material de producție: germaniu, siliciu și arsenidogaliu.
2. Caracteristici de fabricație.
3. Putere disipată: putere redusă (până la 0,25 W), medie (0,25-1,6 W), puternică (peste 1,6 W).
4. Frecvență de limitare: frecvență joasă (până la 2,7 MHz), frecvență medie (2,7-32 MHz), frecvență înaltă (32-310 MHz), microunde (mai mult de 310 MHz).
5. Scop functional.

Scopul funcțional al BT este împărțit în următoarele tipuri:

1. Amplificarea celor de joasă frecvență cu cifra de zgomot normalizată și nenormalizată (NiNNKSh).
2. Amplificarea de înaltă frecvență cu NiNNKSh.
3. Cuptor cu microunde de amplificare cu NiNNKSh.
4. Amplificarea puternică de înaltă tensiune.
5. Generator cu frecvențe înalte și ultraînalte.
6. Dispozitive de comutare de înaltă tensiune de putere mică și de mare putere.
7. Puternic pulsat pentru valori U ridicate.

În plus, există astfel de tipuri de tranzistoare bipolare:

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

Există 3 circuite pentru pornirea unui tranzistor bipolar, fiecare dintre ele având propriile avantaje și dezavantaje:

1. generalul B.
2. generalul E.
3. generalul K.

Pornirea cu o bază comună (OB)

Circuitul este aplicat la frecvențe înalte, permițând utilizarea optimă a răspunsului în frecvență. Când conectați un BT conform schemei cu OE și apoi cu OB, frecvența sa de funcționare va crește. Această schemă de conexiune este utilizată la amplificatoarele de tip antenă. Nivelul de zgomot la frecvențe înalte este redus.

Avantaje:

1. Temperaturi optime și gamă largă de frecvențe (f).
2. Valoare mare Marea Britanie.

Defecte:

1. Câștig scăzut.
2. Intrare scăzută R.

Comutarea emițătorului comun (CE)

Când este conectat conform acestei scheme, amplificarea are loc în U și I. Circuitul poate fi alimentat de la o singură sursă. Folosit adesea la amplificatoarele de putere (P).

Avantaje:

1. Câștiguri mari pentru I, U, P.
2. O singură sursă de alimentare.
3. Variabila de ieșire U este inversată în raport cu intrarea.

Are dezavantaje semnificative: cea mai scăzută stabilitate a temperaturii și caracteristicile de frecvență sunt mai slabe decât atunci când sunt conectate la OB.

Pornirea cu un colector comun (OK)

Intrarea U este transferată complet înapoi la intrare, iar Ki este similar atunci când este conectat la un OE, dar este scăzut în U.

Acest tip de comutare este folosit pentru a potrivi cascadele realizate pe tranzistoare sau cu o sursă de semnal de intrare care are o ieșire R ridicată (microfon sau pickup de tip condensator). Avantajele includ următoarele: o valoare mare a intrării și o ieșire mică R.Dezavantajul este câștigul U scăzut.

Principalele caracteristici ale tranzistoarelor bipolare

Principalele caracteristici ale BT:

1. Castig.
2. Intrare și ieșire R.
3. Revers Ik-e.
4. Ora de pornire.
5. Frecvența de transmisie Ib.
6. Ik invers.
7. Valoarea I maximă.

Aplicații

Utilizarea tranzistoarelor bipolare este larg răspândită în toate domeniile activității umane. Principala aplicație a dispozitivului a fost primită în dispozitive pentru amplificare, generare de semnale electrice și, de asemenea, servesc ca element comutat. Ele sunt utilizate în diverse amplificatoare de putere, în surse de alimentare obișnuite și în comutație cu capacitatea de a regla valorile U și I, în tehnologia computerelor.

În plus, ele sunt adesea folosite pentru a construi diferite protecție a consumatorilor împotriva supraîncărcărilor, supratensiunilor U și scurtcircuitelor. Sunt utilizate pe scară largă în industria minieră și metalurgică.

Articole similare: