Co to jest tranzystor bipolarny i jakie istnieją obwody przełączające

Zastosowanie urządzeń półprzewodnikowych (SS) jest szeroko rozpowszechnione w elektronice radiowej. Z tego powodu zmniejszyły się wymiary różnych urządzeń. Tranzystor bipolarny znalazł szerokie zastosowanie, ze względu na pewne cechy jego funkcjonalność jest szersza niż prostego tranzystora polowego. Aby zrozumieć, dlaczego jest potrzebny i w jakich warunkach jest używany, należy wziąć pod uwagę jego zasadę działania, metody łączenia i klasyfikację.

Urządzenie i zasada działania

Tranzystor to elektroniczny półprzewodnik składający się z 3 elektrod, z których jedna jest kontrolną. Tranzystor bipolarny różni się od polarnego obecnością 2 rodzajów nośników ładunku (ujemny i dodatni).

Ładunki ujemne to elektrony uwalniane z zewnętrznej powłoki sieci krystalicznej. W miejsce uwolnionego elektronu powstaje ładunek dodatni lub dziury.

Urządzenie tranzystora bipolarnego (BT) jest dość proste, pomimo swojej wszechstronności. Składa się z 3 warstw przewodzących: emitera (E), podstawy (B) i kolektora (K).

Emiter (z łac. „uwolnić”) to rodzaj złącza półprzewodnikowego, którego główną funkcją jest wstrzykiwanie ładunków do podstawy. Kolektor (od łacińskiego „kolektora”) służy do przyjmowania ładunków emitera. Podstawą jest elektroda kontrolna.

Warstwy emitera i kolektora są prawie takie same, ale różnią się stopniem dodawania zanieczyszczeń w celu poprawy właściwości PCB. Dodanie zanieczyszczeń nazywa się dopingiem. W przypadku warstwy kolektora (CL) domieszkowanie jest słabo wyrażone w celu zwiększenia napięcia kolektora (Uk). Warstwa półprzewodnikowa emitera jest silnie domieszkowana w celu zwiększenia dopuszczalnego przebicia zwrotnego U i poprawy wtłaczania nośników do warstwy podstawowej (wzrost współczynnika przenikania prądu - Kt). Warstwa podstawowa jest lekko domieszkowana, aby zapewnić większą odporność (R).

Przejście między podstawą a emiterem ma mniejszą powierzchnię niż K-B. Ze względu na różnicę w obszarach następuje poprawa Kt. Podczas pracy PCB przejście K-B jest włączane z odwrotnym nastawieniem, aby uwolnić główną część ilości ciepła Q, która jest rozpraszana i zapewnia lepsze chłodzenie kryształu.

Szybkość BT zależy od grubości warstwy podstawowej (BS). Ta zależność jest wartością, która zmienia się w odwrotnej proporcji. Mniejsza grubość - większa prędkość. Zależność ta związana jest z czasem przelotu przewoźników opłat.Jednak w tym samym czasie Wielka Brytania spada.

Między emiterem a K przepływa silny prąd, zwany prądem K (Ik). Między E i B płynie niewielki prąd - prąd B (Ib), który służy do sterowania. Kiedy zmienia się Ib, zmienia się Ik.

Tranzystor ma dwa złącza p-n: E-B i K-B. Gdy tryb jest aktywny, E-B jest połączony z polaryzacją typu forward, a CB jest połączony z polaryzacją wsteczną. Ponieważ przejście E-B jest w stanie otwartym, ładunki ujemne (elektrony) wpływają do B. Następnie częściowo rekombinują z dziurami. Jednak większość elektronów dociera do K-B ze względu na niską zasadność i grubość B.

W BS elektrony są małymi nośnikami ładunku, a pole elektromagnetyczne pomaga im przezwyciężyć przejście K-B. Wraz ze wzrostem Ib otwór E-B rozszerzy się i więcej elektronów będzie przepływać między E i K. W takim przypadku nastąpi znaczne wzmocnienie sygnału o małej amplitudzie, ponieważ Ik jest większe niż Ib.

Aby łatwiej zrozumieć fizyczne znaczenie działania tranzystora bipolarnego konieczne jest skojarzenie go z dobrym przykładem. Należy założyć, że pompa do pompowania wody jest źródłem prądu, kran to tranzystor, woda to Ik, stopień obrotu uchwytu kranu to Ib. Aby zwiększyć ciśnienie, musisz lekko obrócić kran - aby wykonać akcję kontrolną. Na podstawie przykładu możemy wywnioskować prostą zasadę działania oprogramowania.

Jednak przy znacznym wzroście U na przejściu K-B może wystąpić jonizacja uderzeniowa, która powoduje zwielokrotnienie ładunku lawinowego.W połączeniu z efektem tunelowym proces ten powoduje przebicie elektryczne, a wraz z upływem czasu przebicie termiczne, które wyłącza PP. Czasami przebicie termiczne następuje bez przebicia elektrycznego w wyniku znacznego wzrostu prądu płynącego przez wyjście kolektora.

Ponadto, gdy U zmienia się na K-B i E-B, zmienia się grubość tych warstw, jeśli B jest cienka, to występuje efekt zamknięcia (nazywany jest również przebiciem B), w którym przejścia K-B i E-B są połączone. W wyniku tego zjawiska PP przestaje pełnić swoje funkcje.

Tryby pracy

Tranzystor bipolarny może pracować w 4 trybach:

1. Aktywny.
2. Odcięcia (RO).
3. Nasycenie (PH).
4. Bariera (RB).

Aktywny tryb BT to normalny (NAR) i odwrotny (IAR).

Normalny tryb aktywny

W tym trybie U płynie na złączu E-B, które jest bezpośrednie i nazywa się napięciem E-B (Ue-b). Tryb jest uważany za optymalny i jest używany w większości schematów. Przejście E wstrzykuje ładunki w obszar bazowy, które poruszają się w kierunku kolektora. Ten ostatni przyspiesza szarże, tworząc efekt doładowania.

Odwrotny tryb aktywny

W tym trybie przejście K-B jest otwarte. BT działa w przeciwnym kierunku, tj. Nośniki ładunku dziurowego są wstrzykiwane z K, przechodząc przez B. Są one zbierane przez przejście E. Właściwości wzmacniające PP są słabe, a BT są rzadko używane w tym trybie.

Tryb nasycenia

W PH oba przejścia są otwarte. Gdy E-B i K-B są podłączone do zewnętrznych źródeł w kierunku do przodu, BT będzie działać w pojeździe startowym. Dyfuzyjne pole elektromagnetyczne złączy E i K jest osłabiane przez pole elektryczne wytwarzane przez źródła zewnętrzne.W wyniku tego nastąpi zmniejszenie zdolności barierowej i ograniczenie zdolności dyfuzyjnej głównych nośników ładunku. Rozpocznie się wstrzykiwanie otworów z E i K do B. Ten tryb jest używany głównie w technologii analogowej, ale w niektórych przypadkach mogą być wyjątki.

Tryb odcięcia

W tym trybie BT zamyka się całkowicie i nie jest w stanie przewodzić prądu. Jednak w BT występują nieznaczne przepływy mniejszych nośników ładunku, które wytwarzają prądy cieplne o małych wartościach. Tryb ten znajduje zastosowanie w różnego rodzaju zabezpieczeniach przed przeciążeniami i zwarciami.

reżim barierowy

Baza BT jest podłączona przez rezystor do K. Rezystor jest zawarty w obwodzie K lub E, który ustawia wartość prądu (I) przez BT. BR jest często używany w obwodach, ponieważ pozwala BT działać z dowolną częstotliwością i w większym zakresie temperatur.

Schematy przełączania

Aby prawidłowo używać i podłączać BT, musisz znać ich klasyfikację i typ. Klasyfikacja tranzystorów bipolarnych:

1. Materiał do produkcji: german, krzem i arsenidogal.
2. Funkcje produkcyjne.
3. Moc rozpraszana: mała (do 0,25 W), średnia (0,25-1,6 W), mocna (powyżej 1,6 W).
4. Częstotliwość graniczna: niska częstotliwość (do 2,7 MHz), średnia częstotliwość (2,7-32 MHz), wysoka częstotliwość (32-310 MHz), mikrofala (ponad 310 MHz).
5. Cel funkcjonalny.

Funkcjonalny cel BT dzieli się na następujące typy:

1. Wzmacnianie niskoczęstotliwościowych ze znormalizowanym i nieznormalizowanym współczynnikiem szumów (NiNNKSh).
2. Wzmacnianie wysokich częstotliwości za pomocą NiNNKSh.
3. Wzmacnianie mikrofal za pomocą NiNNKSh.
4. Wzmacnianie potężnego wysokiego napięcia.
5. Generator o wysokich i ultrawysokich częstotliwościach.
6. Urządzenia przełączające wysokonapięciowe małej mocy i dużej mocy.
7. Mocny impuls dla wysokich wartości U.

Ponadto istnieją takie typy tranzystorów bipolarnych:

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

Istnieją 3 obwody do włączania tranzystora bipolarnego, z których każdy ma swoje zalety i wady:

1. Generał B.
2. Generał E.
3. Generał K.

Załączanie ze wspólną podstawą (OB)

Obwód jest stosowany przy wysokich częstotliwościach, co pozwala na optymalne wykorzystanie pasma przenoszenia. Po podłączeniu jednego BT zgodnie ze schematem z OE, a następnie z OB, jego częstotliwość pracy wzrośnie. Ten schemat połączeń jest stosowany we wzmacniaczach antenowych. Zmniejsza się poziom hałasu przy wysokich częstotliwościach.

Zalety:

1. Optymalne temperatury i szeroki zakres częstotliwości (f).
2. Wysoka wartość w Wielkiej Brytanii.

Wady:

1. Niski zysk.
2. Niski sygnał wejściowy R.

Przełączanie wspólnego emitera (CE)

Po podłączeniu zgodnie z tym schematem wzmocnienie występuje w U i I. Obwód może być zasilany z jednego źródła. Często stosowany we wzmacniaczach mocy (P).

Zalety:

1. Wysokie zyski dla I, U, P.
2. Jeden zasilacz.
3. Zmienna wyjściowa U jest odwrócona w stosunku do wejścia.

Ma istotne wady: najniższa stabilność temperaturowa i charakterystyka częstotliwościowa są gorsze niż w połączeniu z OB.

Włączenie ze wspólnym kolektorem (OK)

Wejście U jest w pełni przenoszone z powrotem do wejścia, a Ki jest podobne w połączeniu z OE, ale jest niskie w U.

Ten rodzaj przełączania jest używany do dopasowania kaskad wykonanych na tranzystorach lub ze źródłem sygnału wejściowego o wysokim wyjściu R (mikrofon pojemnościowy lub przetwornik). Zaletami są: duża wartość wejścia i mała wartość R.Wadą jest niskie wzmocnienie U.

Główne cechy tranzystorów bipolarnych

Główne cechy BT:

1. Zyskuję.
2. Wejście i wyjście R.
3. Odwróć Ik-e.
4. Czas włączenia.
5. Częstotliwość transmisji Ib.
6. Rewers Ik.
7. Maksymalna wartość I.

Aplikacje

Zastosowanie tranzystorów bipolarnych jest szeroko rozpowszechnione we wszystkich obszarach działalności człowieka. Główne zastosowanie urządzenia zostało odebrane w urządzeniach do wzmacniania, generowania sygnałów elektrycznych, a także służy jako element przełączany. Stosowane są w różnych wzmacniaczach mocy, w zasilaczach zwykłych i impulsowych z możliwością regulacji wartości U i I, w technice komputerowej.

Ponadto są często używane do budowy różnych zabezpieczeń konsumentów przed przeciążeniami, przepięciami U i zwarciami. Znajdują szerokie zastosowanie w górnictwie i hutnictwie.

Podobne artykuły: