npn bipolar. Circuit de conectare pentru un tranzistor bipolar cu un emițător comun. Tranzistoarele bipolare sunt împărțite în funcție de diferite caracteristici în tipuri în funcție de

În acest articol vom vorbi despre tranzistor. Vom arăta diagramele pentru conectarea acesteia și calculul unei cascade de tranzistori cu un emițător comun.

TRANZISTOR este un dispozitiv semiconductor pentru amplificarea, generarea și convertirea oscilațiilor electrice, realizat pe baza unui semiconductor monocristal ( Si– silicon, sau GE- germaniu), care conțin cel puțin trei zone cu electronice diferite ( n) și gaura ( p) - conductivitate. Inventat în 1948 de americanii W. Shockley, W. Brattain și J. Bardeen. Pe baza structurii lor fizice și a mecanismului de control al curentului, tranzistoarele sunt împărțite în bipolare (denumite mai des simplu tranzistori) și unipolare (denumite mai des tranzistori cu efect de câmp). În primul, care conține două sau mai multe tranziții electron-gaură, atât electronii, cât și găurile servesc ca purtători de sarcină în al doilea, fie electroni, fie găuri. Termenul „tranzistor” este adesea folosit pentru a se referi la receptoare portabile de transmisie bazate pe dispozitive semiconductoare.

Curentul din circuitul de ieșire este controlat prin modificarea tensiunii sau curentului de intrare. O mică modificare a cantităților de intrare poate duce la o schimbare semnificativ mai mare a tensiunii și curentului de ieșire. Această proprietate de amplificare a tranzistorilor este utilizată în tehnologia analogică (TV analogic, radio, comunicații etc.).

Tranzistor bipolar

Un tranzistor bipolar poate fi n-p-nȘi p-n-p conductivitate. Fără a căuta în interiorul tranzistorului, se poate observa diferența de conductivitate numai în polaritatea conexiunii în circuitele practice ale surselor de alimentare, condensatoarelor și diodelor care fac parte din aceste circuite. Figura din dreapta arată grafic n-p-nȘi p-n-p tranzistoare.

Tranzistorul are trei borne. Dacă considerăm un tranzistor ca o rețea cu patru terminale, atunci ar trebui să aibă două terminale de intrare și două de ieșire. Prin urmare, unul dintre pini trebuie să fie comun atât pentru circuitele de intrare, cât și pentru cele de ieșire.

Circuite de conectare a tranzistoarelor

Circuit de conectare pentru un tranzistor cu un emițător comun– conceput pentru a amplifica amplitudinea semnalului de intrare în tensiune și curent. În acest caz, semnalul de intrare, amplificat de tranzistor, este inversat. Cu alte cuvinte, faza semnalului de ieșire este rotită cu 180 de grade. Acest circuit este principalul pentru amplificarea semnalelor de diferite amplitudini și forme. Rezistența de intrare a unei cascade de tranzistori cu OE variază de la sute de ohmi la câțiva kilo-ohmi, iar rezistența de ieșire - de la câțiva la zeci de kilo-ohmi.

Schema de conectare pentru un tranzistor cu un colector comun– conceput pentru a amplifica amplitudinea semnalului curent de intrare. Nu există un câștig de tensiune într-un astfel de circuit. Ar fi mai corect să spunem că câștigul de tensiune este chiar mai mic decât unitatea. Semnalul de intrare nu este inversat de tranzistor.
Rezistența de intrare a unei cascade de tranzistori cu OK variază de la zeci la sute de kilo-ohmi, iar rezistența de ieșire este în intervalul de sute de ohmi - unități de kilo-ohmi. Datorită faptului că există de obicei o rezistență de sarcină în circuitul emițătorului, circuitul are o rezistență mare de intrare. În plus, datorită amplificării curentului de intrare, are o capacitate mare de sarcină. Aceste proprietăți ale unui circuit de colector comun sunt folosite pentru a potrivi treptele tranzistorului - ca „etapă tampon”. Deoarece semnalul de intrare, fără a crește în amplitudine, este „repetat” la ieșire, circuitul de pornire a unui tranzistor cu un colector comun este numit și Adept emițător.

Există, de asemenea Circuit de conectare pentru un tranzistor cu o bază comună. Această schemă de includere există în teorie, dar în practică este foarte dificil de implementat. Acest circuit de comutare este utilizat în tehnologia de înaltă frecvență. Particularitatea sa este că are o impedanță de intrare scăzută și este dificil să se potrivească o astfel de cascadă cu intrarea. Am destulă experiență în electronică, dar vorbind despre acest circuit tranzistor, îmi pare rău, nu știu nimic! L-am folosit de câteva ori ca circuit „al altcuiva”, dar nu mi-am dat seama niciodată. Permiteți-mi să explic: conform tuturor legilor fizice, un tranzistor este controlat de baza sa, sau mai degrabă de curentul care curge de-a lungul căii bază-emițător. Utilizarea terminalului de intrare a tranzistorului - baza la ieșire - nu este posibilă. De fapt, baza tranzistorului este „conectată” la corp la frecvență înaltă printr-un condensator, dar nu este utilizată la ieșire. Și galvanic, printr-un rezistor de înaltă rezistență, baza este conectată la ieșirea cascadei (se aplică polarizarea). Dar, în esență, puteți aplica offset-ul de oriunde, chiar și dintr-o sursă suplimentară. Totuși, un semnal de orice formă care intră în bază este stins prin același condensator. Pentru ca o astfel de cascadă să funcționeze, terminalul de intrare - emițătorul printr-un rezistor de rezistență scăzută este „plantat” pe carcasă, de unde și rezistența de intrare scăzută. În general, circuitul de conectare pentru un tranzistor cu o bază comună este un subiect pentru teoreticieni și experimentatori. În practică este extrem de rar. În practica mea în proiectarea circuitelor, nu am întâmpinat niciodată necesitatea de a folosi un circuit tranzistor cu o bază comună. Acest lucru se explică prin proprietățile acestui circuit de conectare: rezistența de intrare este de la unități la zeci de ohmi, iar rezistența de ieșire este de la sute de kilo-ohmi la câțiva mega-ohmi. Astfel de parametri specifici sunt o nevoie rară.

Un tranzistor bipolar poate funcționa în moduri de comutare și liniar (amplificare). Modul comutator este utilizat în diferite circuite de control, circuite logice etc. În modul cheie, tranzistorul poate fi în două stări de funcționare - deschis (saturat) și închis (blocat). Modul liniar (amplificare) este utilizat în circuitele pentru amplificarea semnalelor armonice și necesită menținerea tranzistorului într-o stare „jumătate” deschisă, dar nu saturată.

Pentru a studia funcționarea unui tranzistor, vom considera circuitul de conectare al unui tranzistor cu emițător comun ca fiind cel mai important circuit de conectare.

Diagrama este prezentată în figură. Pe diagramă VT- tranzistorul în sine. Rezistoare R b1Și R b2– un circuit de polarizare a tranzistorului, care este un divizor obișnuit de tensiune. Acest circuit asigură că tranzistorul este polarizat la „punctul de funcționare” în modul de amplificare a semnalului armonic fără distorsiuni. Rezistor R la– rezistența de sarcină a cascadei de tranzistori, concepută pentru a furniza curent electric de la sursa de alimentare la colectorul de tranzistori și a-l limita în modul tranzistor „deschis”. Rezistor R e– un rezistor de feedback crește în mod inerent rezistența de intrare a cascadei, reducând în același timp câștigul semnalului de intrare. Condensatorii C îndeplinesc funcția de izolare galvanică de influența circuitelor externe.

Pentru a vă înțelege mai clar cum funcționează un tranzistor bipolar, vom face o analogie cu un divizor de tensiune convențional (vezi figura de mai jos). Pentru început, un rezistor R 2 Să facem divizorul de tensiune controlabil (variabil). Schimbând rezistența acestui rezistor, de la zero la o valoare „infinit” mare, putem obține o tensiune la ieșirea unui astfel de divizor de la zero la valoarea furnizată la intrarea acestuia. Acum să ne imaginăm că rezistența R 1 Divizorul de tensiune este rezistorul colector al etapei tranzistorului și rezistorul R 2 Divizorul de tensiune este joncțiunea colector-emițător a tranzistorului. În același timp, prin aplicarea unei acțiuni de control sub formă de curent electric la baza tranzistorului, modificăm rezistența joncțiunii colector-emițător, modificând astfel parametrii divizorului de tensiune. Diferența față de un rezistor variabil este că tranzistorul este controlat de un curent slab. Exact așa funcționează un tranzistor bipolar. Cele de mai sus sunt prezentate în figura de mai jos:

Pentru ca tranzistorul să funcționeze în modul de amplificare a semnalului, fără a distorsiona acesta din urmă, este necesar să se asigure chiar acest mod de funcționare. Ei vorbesc despre deplasarea bazei tranzistorului. Specialiștii competenți se amuză cu regula: tranzistorul este controlat de curent - aceasta este o axiomă. Dar modul de polarizare al tranzistorului este stabilit de tensiunea bază-emițător și nu de curent - aceasta este realitatea. Și pentru cineva care nu ia în considerare tensiunea de polarizare, niciun amplificator nu va funcționa. Prin urmare, valoarea sa trebuie luată în considerare în calcule.

Deci, funcționarea unei cascade de tranzistori bipolar în modul de amplificare are loc la o anumită tensiune de polarizare la joncțiunea bază-emițător. Pentru un tranzistor cu siliciu, tensiunea de polarizare este în intervalul 0,6...0,7 volți, pentru un tranzistor cu germaniu - 0,2...0,3 volți. Cunoscând acest concept, puteți nu numai să calculați treptele tranzistorului, ci și să verificați funcționalitatea oricărei trepte de amplificare a tranzistorului. Este suficient să folosiți un multimetru cu rezistență internă ridicată pentru a măsura tensiunea de polarizare a emițătorului de bază a tranzistorului. Dacă nu corespunde cu 0,6...0,7 volți pentru siliciu sau 0,2...0,3 volți pentru germaniu, atunci căutați defecțiunea aici - fie tranzistorul este defect, fie circuitele de polarizare sau decuplare ale acestei cascade de tranzistori sunt defecte. .

Cele de mai sus sunt reprezentate pe grafic - caracteristica curent-tensiune (caracteristica volt-ampere).

Majoritatea „specialiștilor”, uitându-se la caracteristica curent-tensiune prezentată, vor spune: Ce fel de prostie este desenată pe graficul central? Nu așa arată caracteristica de ieșire a unui tranzistor! Este afișat în graficul din dreapta! O să răspund, totul este corect acolo și a început cu tuburi cu vid cu electroni. Anterior, caracteristica curent-tensiune a unei lămpi era considerată a fi căderea de tensiune pe rezistorul anod. Acum, ei continuă să măsoare pe rezistența colectorului, iar pe grafic adaugă litere care indică căderea de tensiune pe tranzistor, ceea ce este profund greșit. Pe graficul din stânga eu b – U b este prezentată caracteristica de intrare a tranzistorului. Pe graficul central eu k – Uk Este prezentată caracteristica curent-tensiune de ieșire a tranzistorului. Și în graficul din dreapta I R – U R arată graficul curent-tensiune al rezistenței de sarcină R la, care este de obicei trecută drept caracteristica curent-tensiune a tranzistorului însuși.

Graficul are o secțiune liniară folosită pentru a amplifica liniar semnalul de intrare, limitat de puncte AȘi CU. Punct de mijloc - ÎN, este exact punctul în care este necesar să se conțină un tranzistor care funcționează în modul de amplificare. Acest punct corespunde unei anumite tensiuni de polarizare, care este de obicei luată în calcule: 0,66 volți pentru un tranzistor cu siliciu sau 0,26 volți pentru un tranzistor cu germaniu.

Conform caracteristicii curent-tensiune a tranzistorului, vedem următoarele: în absența sau tensiunea de polarizare scăzută la joncțiunea bază-emițător a tranzistorului, nu există curent de bază și curent de colector. În acest moment, întreaga tensiune a sursei de alimentare scade la joncțiunea colector-emițător. Odată cu o creștere suplimentară a tensiunii de polarizare bază-emițător a tranzistorului, tranzistorul începe să se deschidă, apare curentul de bază și, odată cu acesta, crește curentul colectorului. La atingerea „zonei de lucru” la punct CU, tranzistorul intră în modul liniar, care continuă până la punctul A. În același timp, căderea de tensiune la joncțiunea colector-emițător scade, iar la rezistența de sarcină R la, dimpotrivă, crește. Punct ÎN– punctul de polarizare de funcționare al tranzistorului este punctul în care, de regulă, se stabilește o cădere de tensiune egală cu exact jumătate din tensiunea sursei de alimentare la joncțiunea colector-emițător a tranzistorului. Segment de răspuns în frecvență din punct CU, până la punctul A numită zonă de lucru cu deplasare. După punct A, curentul de bază și deci curentul colectorului crește brusc, tranzistorul se deschide complet și intră în saturație. În acest moment, la joncțiunea colector-emițător scade tensiunea cauzată de structură n-p-n tranziții, care este aproximativ egală cu 0,2...1 volți, în funcție de tipul de tranzistor. Restul tensiunii de alimentare scade peste rezistența de sarcină a tranzistorului - rezistorul R la., ceea ce limitează și creșterea în continuare a curentului de colector.

Din cifrele „suplimentare” inferioare, vedem cum se modifică tensiunea la ieșirea tranzistorului în funcție de semnalul furnizat la intrare. Tensiunea de ieșire (căderea tensiunii colectorului) a tranzistorului este defazată (180 de grade) cu semnalul de intrare.

Calculul unei cascade de tranzistori cu un emițător comun (CE)

Înainte de a trece direct la calculul etapei tranzistorului, să acordăm atenție următoarelor cerințe și condiții:

Calculul unei cascade de tranzistori se efectuează, de regulă, de la sfârșit (adică de la ieșire);

Pentru a calcula o cascadă de tranzistori, trebuie să determinați căderea de tensiune pe joncțiunea colector-emițător a tranzistorului în modul de repaus (când nu există semnal de intrare). Este selectat astfel încât să se obțină cel mai nedistorsionat semnal. Într-un circuit cu un singur capăt al unei trepte de tranzistor care funcționează în modul „A”, aceasta este, de regulă, jumătate din valoarea tensiunii sursei de alimentare;

În circuitul emițător al tranzistorului curg doi curenți - curentul colector (de-a lungul căii colector-emițător) și curentul de bază (de-a lungul căii bază-emițător), dar deoarece curentul de bază este destul de mic, poate fi neglijat și poate fi neglijat. se poate presupune că curentul colectorului este egal cu curentul emițătorului;

Un tranzistor este un element de amplificare, așa că este corect să rețineți că capacitatea sa de a amplifica semnale ar trebui exprimată printr-o anumită valoare. Mărimea câștigului este exprimată printr-un indicator preluat din teoria rețelelor cu patru terminale - factorul de amplificare a curentului de bază într-un circuit de comutare cu un emițător comun (CE) și este desemnat - h 21. Valoarea sa este dată în cărțile de referință pentru anumite tipuri de tranzistori și, de obicei, o fișă este dată în cărțile de referință (de exemplu: 50 - 200). Pentru calcule, de obicei este selectată valoarea minimă (din exemplu selectăm valoarea - 50);

Colectionar ( R la) și emițător ( R e) rezistențele afectează rezistențele de intrare și de ieșire ale etajului tranzistorului. Putem presupune că impedanța de intrare a cascadei R în =R e *h 21, iar rezultatul este R out = R to. Dacă rezistența de intrare a etapei tranzistorului nu este importantă pentru dvs., atunci vă puteți descurca deloc fără un rezistor R e;

Valorile rezistoarelor R laȘi R e limitează curenții care circulă prin tranzistor și puterea disipată de tranzistor.

Procedura și exemplul de calcul al unei cascade de tranzistori cu OE

Date inițiale:

Tensiunea de alimentare U i.p.=12 V.

Selectați un tranzistor, de exemplu: Tranzistor KT315G, pentru acesta:

Pmax=150 mW; Imax=150 mA; h 21>50.

Noi acceptam Rk =10*R e

Se ia tensiunea b-e a punctului de funcționare a tranzistorului U bae= 0,66 V

Soluţie:

1. Să determinăm puterea statică maximă care va fi disipată de tranzistor în momentele de trecere a semnalului alternativ prin punctul de funcționare B al modului static al tranzistorului. Ar trebui să fie o valoare cu 20 la sută mai mică (coeficient 0,8) din puterea maximă a tranzistorului specificată în director.

Noi acceptam P dis.max =0,8*P max=0,8*150 mW = 120 mW

2. Să determinăm curentul colectorului în modul static (fără semnal):

I k0 =P ras.max /U ke0 =P ras.max /(U i.p. /2)= 120mW/(12V/2) = 20mA.

3. Având în vedere că jumătate din tensiunea de alimentare scade peste tranzistor în modul static (fără semnal), a doua jumătate a tensiunii de alimentare va scădea peste rezistențe:

(R la +R e)=(U i.p. /2)/I la0= (12V/2)/20mA=6V/20mA = 300 Ohm.

Luând în considerare gama existentă de valori ale rezistenței, precum și faptul că am ales raportul Rk =10*R e, găsim valorile rezistenței:

R la= 270 Ohm; R e= 27 ohmi.

4. Să găsim tensiunea la colectorul tranzistorului fără semnal.

U k0 =(U k0 + I k0 *R e)=(U i.p. - I k0 *R k)= (12 V - 0,02 A * 270 Ohm) = 6,6 V.

5. Să determinăm curentul de bază al controlului tranzistorului:

I b =I k /h 21 =/h 21= / 50 = 0,8 mA.

6. Curentul total de bază este determinat de tensiunea de polarizare de bază, care este stabilită de divizorul de tensiune R b1,R b2. Curentul de bază rezistiv divizor ar trebui să fie mult mai mare (de 5-10 ori) curentul de control de bază eu b, astfel încât acesta din urmă să nu afecteze tensiunea de polarizare. Alegem un curent divizor care este de 10 ori mai mare decât curentul de control de bază:

R b1,R b2: eu caz. =10*I b= 10 * 0,8 mA = 8,0 mA.

Apoi rezistența totală a rezistențelor

R b1 + R b2 = U i.p. /I del.= 12 V / 0,008 A = 1500 Ohm.

7. Să găsim tensiunea la emițător în modul de repaus (fără semnal). Când se calculează o treaptă de tranzistor, este necesar să se țină seama de: tensiunea bază-emițător a tranzistorului de lucru nu poate depăși 0,7 volți! Tensiunea la emițător în modul fără semnal de intrare este aproximativ egală cu:

U e =I k0 *R e= 0,02 A * 27 Ohm = 0,54 V,

Unde eu k0— curentul de repaus al tranzistorului.

8. Determinarea tensiunii la bază

U b =U e +U fie=0,54 V+0,66 V=1,2 V

De aici, prin formula divizorului de tensiune găsim:

R b2 = (R b1 +R b2 )*U b /U i.p.= 1500 Ohm * 1,2 V / 12V = 150 Ohm Rb1 = (Rb1 +Rb2)-Rb2= 1500 Ohm - 150 Ohm = 1350 Ohm = 1,35 kOhm.

Conform seriei rezistoare, datorită faptului că prin rezistor R b1 De asemenea, curge curentul de bază, selectăm rezistorul în direcția descrescătoare: R b1= 1,3 kOhm.

9. Condensatorii de separare sunt selectați pe baza caracteristicilor de amplitudine-frecvență necesare (lățimea de bandă) a cascadei. Pentru funcționarea normală a treptelor de tranzistor la frecvențe de până la 1000 Hz, este necesar să selectați condensatori cu o valoare nominală de cel puțin 5 μF.

La frecvențe mai mici, răspunsul amplitudine-frecvență (AFC) al cascadei depinde de timpul de reîncărcare al condensatoarelor de separare prin alte elemente ale cascadei, inclusiv elemente ale cascadelor învecinate. Capacitatea ar trebui să fie astfel încât condensatoarele să nu aibă timp să se reîncarce. Rezistența de intrare a etajului tranzistorului este mult mai mare decât rezistența de ieșire. Răspunsul în frecvență al cascadei în regiunea de joasă frecvență este determinat de constanta de timp t n =R în *C în, Unde R în =R e *h 21, C în— separarea capacității de intrare a cascadei. C afară treapta tranzistorului, aceasta C în urmatoarea cascada si se calculeaza in acelasi mod. Frecvența de tăiere inferioară a cascadei (frecvența de tăiere a răspunsului în frecvență) f n = 1/t n. Pentru amplificarea de înaltă calitate, atunci când proiectați o etapă de tranzistor, este necesar să alegeți raportul 1/t n =1/(R intrare *C intrare)< De 30-100 de ori pentru toate cascadele. Mai mult, cu cât mai multe cascade, cu atât ar trebui să fie mai mare diferența. Fiecare treaptă cu propriul său condensator adaugă propria scădere a răspunsului în frecvență. De obicei, o capacitate de izolare de 5,0 µF este suficientă. Dar ultima etapă, prin Cout, este de obicei încărcată cu rezistență de impedanță scăzută a capetelor dinamice, astfel încât capacitatea este crescută la 500,0-2000,0 µF, uneori mai mult.

Calculul modului cheie al treptei tranzistorului se realizează exact în același mod ca și calculul efectuat anterior al etajului amplificatorului. Singura diferență este că modul cheie presupune două stări ale tranzistorului în modul de repaus (fără semnal). Este fie închis (dar nu scurtcircuitat), fie deschis (dar nu suprasaturat). În același timp, punctele de funcționare de „repaus” sunt situate în afara punctelor A și C prezentate pe caracteristica curent-tensiune. Când tranzistorul ar trebui să fie închis în circuit într-o stare fără semnal, este necesar să îndepărtați rezistorul din circuitul în cascadă descris anterior. R b1. Dacă doriți ca tranzistorul să fie deschis în repaus, trebuie să măriți rezistența în circuitul în cascadă R b2 de 10 ori valoarea calculată și, în unele cazuri, poate fi eliminată din diagramă.

Există diferite tipuri de dispozitive semiconductoare - tiristoare, triode, acestea sunt clasificate în funcție de scopul și tipul de proiectare. Tranzistoarele bipolare cu semiconductor sunt capabile să transporte două tipuri de sarcini simultan, în timp ce tranzistoarele cu efect de câmp poartă doar una.

Principiul de proiectare și funcționare

Anterior, în loc de tranzistori, în circuitele electrice se foloseau tuburi speciale cu vid cu zgomot redus, dar aveau dimensiuni mari și funcționau prin incandescență. Tranzistorul bipolar GOST 18604.11-88 este un dispozitiv electric semiconductor, care este un element controlat și se caracterizează printr-o structură cu trei straturi, utilizată pentru a controla frecvențele microundelor. Poate fi în carcasă sau fără ea. Ele vin în tipuri p-n-p și n-p-n. În funcție de ordinea straturilor, baza poate fi o placă p sau n pe care se topește un anumit material. Datorită difuziei în timpul producției, se obține un strat de acoperire foarte subțire, dar durabil.
Foto - scheme de conectare de bază
Pentru a determina ce tranzistor se află în fața dvs., trebuie să găsiți săgeata joncțiunii emițătorului. Dacă direcția sa se îndreaptă spre bază, atunci structura este pnp, dacă este departe de ea, atunci npn. Unii analogi polari importați (IGBT și altele) pot avea o denumire de litere de tranziție. În plus, există și tranzistori complementari bipolari. Acestea sunt dispozitive care au aceleași caracteristici, dar tipuri diferite de conductivitate. Această pereche și-a găsit aplicație în diferite circuite radio. Această caracteristică trebuie luată în considerare dacă este necesară înlocuirea elementelor individuale ale circuitului.

Foto - design
Zona care este situată în centru se numește bază, pe ambele părți ale acesteia sunt emițătorul și colectorul. Baza este foarte subțire, adesea grosimea sa nu depășește câțiva 2 microni. În teorie, există un astfel de lucru ca un tranzistor bipolar ideal. Acesta este un model în care distanța dintre regiunile emițător și colector este aceeași. Dar, adesea, joncțiunea emițătorului (zona dintre bază și emițător) este de două ori mai mare decât joncțiunea colectorului (zona dintre bază și colector).

Fotografii - tipuri de triode bipolare
În funcție de tipul de conexiune și de nivelul puterii transmise, acestea sunt împărțite în:

Frecventa inalta;

Frecventa joasa.

Prin putere:

Putere redusă;

Putere medie;

Putere (este necesar un driver de tranzistor pentru control).

Principiul de funcționare al tranzistoarelor bipolare se bazează pe faptul că cele două joncțiuni din mijloc sunt situate în imediata apropiere una de cealaltă. Acest lucru vă permite să amplificați semnificativ impulsurile electrice care trec prin ele. Dacă aplicați energie electrică cu potențiale diferite în diferite secțiuni (regiuni), atunci o anumită zonă a tranzistorului se va deplasa. În acest fel sunt foarte asemănătoare cu diodele.

Foto - exemplu
De exemplu, când este pozitivă, regiunea p-n se deschide, iar când este negativă, se închide. Principala caracteristică a acțiunii tranzistoarelor este că atunci când orice zonă este deplasată, baza este saturată cu electroni sau locuri libere (găuri), acest lucru permite reducerea potențialului și creșterea conductivității elementului.

Există următoarele tipuri cheie de muncă:

Mod activ;

A tăia calea;

Dubla sau saturație;

Inversiunea.

Înainte de a determina modul de funcționare în triode bipolare, trebuie să înțelegeți cum diferă între ele. Cele de înaltă tensiune funcționează cel mai adesea în modul activ (cunoscut și ca modul cheie), aici, când este pornită alimentarea, joncțiunea emițătorului este deplasată, iar tensiunea inversă este prezentă la secțiunea colectorului. Modul de inversare este opusul celui activ aici totul este deplasat direct proporțional. Datorită acestui fapt, semnalele electronice sunt mult amplificate.

În timpul întreruperii, toate tipurile de tensiune sunt excluse, nivelul curentului tranzistorului este redus la zero. În acest mod, comutatorul tranzistorului sau trioda cu efect de câmp cu o poartă izolată se deschide, iar dispozitivul se oprește. Există și un mod dual sau funcționare în saturație, cu acest tip de funcționare, tranzistorul nu poate acționa ca un amplificator. Pe baza acestui principiu de conectare, circuitele funcționează acolo unde nu este necesară amplificarea semnalelor, ci deschiderea și închiderea contactelor.

Datorită diferenței de tensiune și niveluri de curent în diferite moduri, pentru a le determina, puteți verifica tranzistorul bipolar cu un multimetru, de exemplu, în modul de amplificare, un tranzistor n-p-n de lucru ar trebui să arate o schimbare în trepte de la 500 la 1200 ohmi. Principiul de măsurare este descris mai jos.

Scopul principal al tranzistoarelor este schimbarea anumitor semnale ale rețelei electrice în funcție de indicatorii de curent și tensiune. Proprietățile lor fac posibilă controlul câștigului prin schimbarea frecvenței curentului. Cu alte cuvinte, este un convertor de rezistență și un amplificator de semnal. Folosit în diverse echipamente audio și video pentru a controla fluxurile de energie electrică de mică putere și ca UMZCH, transformatoare, controlul motoarelor echipamentelor mașini-unelte etc.

Video: cum funcționează tranzistoarele bipolare

Examinare

Cel mai simplu mod de a măsura h21e a tranzistoarelor bipolare de mare putere este să le testați cu un multimetru. Pentru a porni o triodă semiconductoare pnp, la bază se aplică o tensiune negativă. Pentru a face acest lucru, multimetrul este comutat în modul ohmmetru la -2000 Ohm. Norma pentru fluctuațiile rezistenței este de la 500 la 1200 ohmi.

Pentru a verifica alte zone, trebuie să aplicați rezistență pozitivă la bază. În timpul acestui test, indicatorul ar trebui să arate mai multă rezistență, altfel trioda este defectă.

Uneori, semnalele de ieșire sunt întrerupte de rezistențe, care sunt instalate pentru a reduce rezistența, dar acum această tehnologie de bypass este rar folosită. Pentru a verifica caracteristicile de rezistență ale tranzistoarelor cu impulsuri n-p-n, trebuie să conectați plus la bază și minus la bornele emițătorului și colectorului.

Caracteristici tehnice și marcaje

Principalii parametri prin care sunt selectate aceste elemente semiconductoare sunt pinout și marcarea culorii.
Fotografie - pinout triode bipolare de putere redusă Foto - pinout de alimentare
Se folosește și codificarea culorilor.

Fotografii - exemple de marcare a culorilor Foto - tabel de culori
Multe tranzistoare domestice moderne sunt, de asemenea, desemnate printr-un cod de literă, care include informații despre grup (efect de câmp, bipolar), tip (siliciu etc.), anul și luna de fabricație.

Foto - transcriere
Proprietățile de bază (parametrii) triodelor:

Câștig de tensiune;

Tensiune de intrare;

Caracteristici compozite ale frecvenței.

Pentru a le selecta, se folosesc și caracteristici statice, care includ o comparație a caracteristicilor curent-tensiune de intrare și ieșire.

Parametrii necesari pot fi calculați prin calcularea principalelor caracteristici (distribuția curenților în cascadă, calculul modului cheie). Curentul colectorului: Ik=(Ucc-Ukanas)/Rн

Ucc – tensiunea rețelei;

Ukenas – saturație;

Rн – rezistența rețelei.

Pierderi de putere în timpul funcționării:

P=Ik*Ukanas

Puteți cumpăra tranzistoare bipolare SMD, IGBT și altele de la orice magazin de electricitate. Prețul acestora variază de la câțiva cenți la zeci de dolari, în funcție de scop și caracteristici.

S-au dat explicațiile necesare, să trecem la subiect.
Tranzistoare. Definiție și istorie
tranzistor- un dispozitiv electronic semiconductor în care curentul dintr-un circuit de doi electrozi este controlat de un al treilea electrod. (transistors.ru)

Tranzistorii cu efect de câmp au fost primii inventați (1928), iar tranzistoarele bipolare au apărut în 1947 la Bell Labs. Și a fost, fără exagerare, o revoluție în electronică.
Foarte repede, tranzistoarele au înlocuit tuburile cu vid în diverse dispozitive electronice. În acest sens, fiabilitatea unor astfel de dispozitive a crescut, iar dimensiunea lor a scăzut semnificativ. Și până în prezent, oricât de „sofisticat” este microcircuitul, acesta conține încă mulți tranzistori (precum și diode, condensatori, rezistențe etc.). Doar cele foarte mici.
Apropo, inițial „tranzistoarele” erau rezistențe a căror rezistență putea fi modificată folosind cantitatea de tensiune aplicată. Dacă ignorăm fizica proceselor, atunci un tranzistor modern poate fi reprezentat și ca o rezistență care depinde de semnalul furnizat acestuia.
Care este diferența dintre tranzistoarele cu efect de câmp și cele bipolare? Răspunsul se află chiar în numele lor. Într-un tranzistor bipolar, transferul de sarcină implică Și electroni, Și găuri („encore” - de două ori). Și în câmp (alias unipolar) - sau electroni, sau găuri.
De asemenea, aceste tipuri de tranzistoare diferă în domeniile de aplicare. Cele bipolare sunt folosite în principal în tehnologia analogică, iar cele de teren - în tehnologia digitală.
Și, în sfârșit: principala zonă de aplicare a oricăror tranzistori- întărirea unui semnal slab datorită unei surse de alimentare suplimentare.
Tranzistor bipolar. Principiul de funcționare. Principalele caracteristici

Un tranzistor bipolar este format din trei regiuni: emițător, bază și colector, fiecare dintre acestea fiind alimentată cu tensiune. În funcție de tipul de conductivitate a acestor zone, se disting tranzistoarele n-p-n și p-n-p. De obicei, zona colectorului este mai largă decât zona emițătorului. Baza este realizată dintr-un semiconductor ușor dopat (de aceea are rezistență mare) și este foarte subțire. Deoarece aria de contact emițător-bază este semnificativ mai mică decât aria de contact bază-colector, este imposibil să schimbați emițătorul și colectorul prin schimbarea polarității conexiunii. Astfel, tranzistorul este un dispozitiv asimetric.
Înainte de a lua în considerare fizica modului în care funcționează un tranzistor, să subliniem problema generală.

Este după cum urmează: între emițător și colector circulă un curent puternic ( curent de colector), iar între emițător și bază există un curent de control slab ( curent de bază). Curentul colectorului se va modifica în funcție de modificarea curentului de bază. De ce?
Să luăm în considerare joncțiunile p-n ale tranzistorului. Există două dintre ele: emițător-bază (EB) și bază-colector (BC). În modul activ de funcționare al tranzistorului, primul dintre ele este conectat cu polarizare directă, iar al doilea cu polarizare inversă. Ce se întâmplă la joncțiunile p-n? Pentru o mai mare certitudine, vom lua în considerare un tranzistor n-p-n. Pentru p-n-p totul este similar, doar cuvântul „electroni” trebuie înlocuit cu „găuri”.
Deoarece joncțiunea EB este deschisă, electronii „treg” cu ușurință spre bază. Acolo se recombină parțial cu găuri, dar O Majoritatea, datorită grosimii mici a bazei și dopajului său redus, reușesc să ajungă la tranziția bază-colector. Care, după cum ne amintim, este părtinitoare inversă. Și deoarece electronii din bază sunt purtători minoritari de sarcină, câmpul electric al tranziției îi ajută să-l depășească. Astfel, curentul colectorului este doar puțin mai mic decât curentul emițătorului. Acum ai grijă de mâinile tale. Dacă creșteți curentul de bază, joncțiunea EB se va deschide mai puternic și mai mulți electroni vor putea aluneca între emițător și colector. Și deoarece curentul colectorului este inițial mai mare decât curentul de bază, această schimbare va fi foarte, foarte vizibilă. Prin urmare, semnalul slab primit la bază va fi amplificat. Încă o dată, o schimbare mare a curentului colectorului este o reflectare proporțională a unei mici modificări a curentului de bază.
Îmi amintesc că principiul de funcționare al unui tranzistor bipolar i-a fost explicat colegului meu de clasă folosind exemplul unui robinet de apă. Apa din el este curentul colectorului, iar curentul de control de bază este cât de mult rotim butonul. O forță mică (acțiune de control) este suficientă pentru a crește debitul de apă de la robinet.
Pe lângă procesele luate în considerare, la joncțiunile p-n ale tranzistorului pot apărea o serie de alte fenomene. De exemplu, cu o creștere puternică a tensiunii la joncțiunea bază-colector, multiplicarea sarcinii de avalanșă poate începe din cauza ionizării de impact. Și, împreună cu efectul de tunel, aceasta va produce mai întâi o defecțiune electrică, iar apoi (cu creșterea curentului) o defecțiune termică. Cu toate acestea, defalcarea termică a unui tranzistor poate apărea fără defecțiune electrică (adică, fără creșterea tensiunii colectorului până la tensiunea de defalcare). Un curent excesiv prin colector va fi suficient pentru aceasta.
Un alt fenomen se datorează faptului că atunci când tensiunile de pe joncțiunile colectorului și emițătorului se modifică, grosimea acestora se modifică. Și dacă baza este prea subțire, atunci poate apărea un efect de închidere (așa-numita „puncție” a bazei) - o conexiune între joncțiunea colectorului și joncțiunea emițătorului. În acest caz, regiunea de bază dispare și tranzistorul nu mai funcționează normal.
Curentul de colector al tranzistorului în modul normal de funcționare activ al tranzistorului este mai mare decât curentul de bază de un anumit număr de ori. Acest număr este numit câștig de curentși este unul dintre principalii parametri ai tranzistorului. Este desemnat h21. Dacă tranzistorul este pornit fără sarcină pe colector, atunci la o tensiune constantă colector-emițător raportul dintre curentul colectorului și curentul de bază va da câștig de curent static. Poate fi egal cu zeci sau sute de unități, dar merită luat în considerare faptul că în circuitele reale acest coeficient este mai mic datorită faptului că atunci când sarcina este pornită, curentul colectorului scade în mod natural.
Al doilea parametru important este rezistența de intrare a tranzistorului. Conform legii lui Ohm, este raportul dintre tensiunea dintre bază și emițător și curentul de control al bazei. Cu cât este mai mare, cu atât curentul de bază este mai mic și câștigul este mai mare.
Al treilea parametru al unui tranzistor bipolar este câștig de tensiune. Este egal cu raportul dintre amplitudinea sau valorile efective ale tensiunilor alternative de ieșire (emițător-colector) și de intrare (bază-emițător). Deoarece prima valoare este de obicei foarte mare (unități și zeci de volți), iar a doua este foarte mică (zecimi de volți), acest coeficient poate ajunge la zeci de mii de unități. Este de remarcat faptul că fiecare semnal de control de bază are propriul câștig de tensiune.
De asemenea, tranzistoarele au răspuns în frecvență, care caracterizează capacitatea tranzistorului de a amplifica un semnal a cărui frecvență se apropie de frecvența de amplificare de tăiere. Faptul este că, pe măsură ce frecvența semnalului de intrare crește, câștigul scade. Acest lucru se datorează faptului că timpul de apariție a principalelor procese fizice (timpul de mișcare a purtătorilor de la emițător la colector, încărcarea și descărcarea joncțiunilor barierei capacitive) devine proporțional cu perioada de schimbare a semnalului de intrare. . Acestea. tranzistorul pur și simplu nu are timp să reacționeze la modificările semnalului de intrare și la un moment dat pur și simplu încetează să-l amplifice. Se numește frecvența la care se întâmplă acest lucru limite.
De asemenea, parametrii tranzistorului bipolar sunt:
colector-emițător de curent invers

la timp

curent de colector invers

curent maxim admisibil

Simbolurile pentru tranzistoarele n-p-n și p-n-p diferă numai în direcția săgeții care indică emițătorul. Acesta arată cum circulă curentul într-un anumit tranzistor.
Moduri de funcționare ale unui tranzistor bipolar
Opțiunea discutată mai sus reprezintă modul normal de funcționare activ al tranzistorului. Cu toate acestea, există mai multe combinații de joncțiuni p-n deschise/închise, fiecare dintre acestea reprezentând un mod separat de funcționare al tranzistorului.
Modul activ invers. Aici tranziția BC este deschisă, dar dimpotrivă, EB este închis. Proprietățile de amplificare în acest mod, desigur, sunt mai rele ca niciodată, așa că tranzistorii sunt folosiți foarte rar în acest mod.

Modul de saturație. Ambele treceri sunt deschise. În consecință, purtătorii de sarcină principali ai colectorului și emițătorului „fug” la bază, unde se recombină activ cu purtătorii săi principali. Datorită excesului rezultat de purtători de sarcină, rezistența joncțiunilor de bază și p-n scade. Prin urmare, un circuit care conține un tranzistor în modul de saturație poate fi considerat scurtcircuitat, iar acest element radio însuși poate fi reprezentat ca punct echipotențial.

Modul de întrerupere. Ambele tranziții ale tranzistorului sunt închise, adică curentul purtătorilor principali de sarcină între emițător și colector se oprește. Fluxurile de purtători de sarcină minoritare creează doar curenți de tranziție termică mici și necontrolați. Datorită sărăciei bazei și tranzițiilor cu purtători de sarcină, rezistența acestora crește foarte mult. Prin urmare, se crede adesea că un tranzistor care funcționează în modul de întrerupere reprezintă un circuit deschis.

Modul barierăÎn acest mod, baza este conectată direct sau printr-o rezistență scăzută la colector. În circuitul colector sau emițător este inclus și un rezistor, care stabilește curentul prin tranzistor. Acest lucru creează echivalentul unui circuit de diode cu un rezistor în serie. Acest mod este foarte util, deoarece permite circuitului să funcționeze la aproape orice frecvență, pe o gamă largă de temperatură și nu solicită parametrii tranzistorilor.

Circuite de comutare pentru tranzistoare bipolare
Deoarece tranzistorul are trei contacte, în general, puterea trebuie să fie furnizată de la două surse, care împreună produc patru ieșiri. Prin urmare, unul dintre contactele tranzistorului trebuie să fie alimentat cu o tensiune de același semn de la ambele surse. Și în funcție de ce fel de contact este, există trei circuite pentru conectarea tranzistoarelor bipolare: cu un emițător comun (CE), un colector comun (OC) și o bază comună (CB). Fiecare dintre ele are atât avantaje, cât și dezavantaje. Alegerea între ele se face în funcție de ce parametri sunt importanți pentru noi și care pot fi sacrificați.
Circuit de conectare cu emițător comun

Acest circuit oferă cel mai mare câștig în tensiune și curent (și, prin urmare, în putere - până la zeci de mii de unități) și, prin urmare, este cel mai comun. Aici joncțiunea emițător-bază este pornită direct, iar joncțiunea bază-colector este pornită invers. Și deoarece atât baza, cât și colectorul sunt alimentate cu o tensiune de același semn, circuitul poate fi alimentat de la o singură sursă. În acest circuit, faza tensiunii AC de ieșire se modifică în raport cu faza tensiunii AC de intrare cu 180 de grade.
Dar, pe lângă toate bunătățile, schema OE are și un dezavantaj semnificativ. Constă în faptul că o creștere a frecvenței și temperaturii duce la o deteriorare semnificativă a proprietăților de amplificare ale tranzistorului. Astfel, dacă tranzistorul trebuie să funcționeze la frecvențe înalte, atunci este mai bine să utilizați un circuit de comutare diferit. De exemplu, cu o bază comună.
Schema de conectare cu o bază comună

Acest circuit nu oferă o amplificare semnificativă a semnalului, dar este bun la frecvențe înalte, deoarece permite utilizarea mai deplină a răspunsului în frecvență al tranzistorului. Dacă același tranzistor este conectat mai întâi conform unui circuit cu un emițător comun și apoi cu o bază comună, atunci în al doilea caz va exista o creștere semnificativă a frecvenței sale de tăiere a amplificarii. Întrucât cu o astfel de conexiune impedanța de intrare este scăzută și impedanța de ieșire nu foarte mare, în amplificatoarele de antene se folosesc etaje de tranzistori asamblate conform circuitului OB, unde impedanța caracteristică a cablurilor nu depășește de obicei 100 Ohmi.
Într-un circuit de bază comună, faza semnalului nu se inversează, iar nivelul de zgomot la frecvențe înalte este redus. Dar, așa cum am menționat deja, câștigul său actual este întotdeauna puțin mai mic decât unitatea. Adevărat, câștigul de tensiune aici este același ca într-un circuit cu un emițător comun. Dezavantajele unui circuit de bază comun includ și necesitatea de a utiliza două surse de alimentare.
Schema de conectare cu un colector comun

Particularitatea acestui circuit este că tensiunea de intrare este complet transmisă înapoi la intrare, adică feedback-ul negativ este foarte puternic.
Permiteți-mi să vă reamintesc că feedback-ul negativ este un astfel de feedback în care semnalul de ieșire este transmis înapoi la intrare, reducând astfel nivelul semnalului de intrare. Astfel, reglarea automată are loc atunci când parametrii semnalului de intrare se modifică accidental
Câștigul de curent este aproape același ca în circuitul emițătorului comun. Dar câștigul de tensiune este mic (principalul dezavantaj al acestui circuit). Se apropie de unitate, dar este întotdeauna mai mică decât aceasta. Astfel, câștigul de putere este egal cu doar câteva zeci de unități.
Într-un circuit colector comun, nu există nicio schimbare de fază între tensiunea de intrare și de ieșire. Deoarece câștigul de tensiune este aproape de unitate, tensiunea de ieșire se potrivește cu tensiunea de intrare în fază și amplitudine, adică o repetă. De aceea, un astfel de circuit se numește adept emițător. Emițător - deoarece tensiunea de ieșire este îndepărtată de la emițător în raport cu firul comun.
Această conexiune este utilizată pentru a potrivi treptele tranzistorului sau atunci când sursa semnalului de intrare are o impedanță mare de intrare (de exemplu, un pickup piezoelectric sau un microfon cu condensator).
Două cuvinte despre cascade
Se întâmplă că trebuie să creșteți puterea de ieșire (adică să creșteți curentul colectorului). În acest caz, se utilizează conexiunea paralelă a numărului necesar de tranzistori.

Desigur, ar trebui să aibă aproximativ aceleași caracteristici. Dar trebuie reținut că curentul total maxim al colectorului nu trebuie să depășească 1,6-1,7 din curentul maxim al colectorului oricărui dintre tranzistoarele în cascadă.
Cu toate acestea (mulțumesc pentru notă), nu este recomandat să faceți acest lucru în cazul tranzistoarelor bipolare. Pentru că doi tranzistori, chiar și de același tip, sunt cel puțin ușor diferiți unul de celălalt. În consecință, atunci când sunt conectate în paralel, prin ele vor curge curenți de diferite mărimi. Pentru a egaliza acești curenți, în circuitele emițătoare ale tranzistoarelor sunt instalate rezistențe echilibrate. Valoarea rezistenței lor este calculată astfel încât căderea de tensiune între ele în intervalul de curent de funcționare să fie de cel puțin 0,7 V. Este clar că acest lucru duce la o deteriorare semnificativă a eficienței circuitului.
De asemenea, poate fi nevoie de un tranzistor cu sensibilitate bună și, în același timp, câștig bun. În astfel de cazuri, se folosește o cascadă a unui tranzistor sensibil, dar de putere redusă (VT1 în figură), care controlează sursa de alimentare a unui om mai puternic (VT2 în figură).

Alte aplicații ale tranzistoarelor bipolare
Tranzistoarele pot fi utilizate nu numai în circuitele de amplificare a semnalului. De exemplu, datorită faptului că pot funcționa în moduri de saturație și de tăiere, sunt folosite ca chei electronice. De asemenea, este posibil să se utilizeze tranzistori în circuitele generatoare de semnal. Dacă funcționează în modul cheie, atunci va fi generat un semnal dreptunghiular, iar dacă în modul de amplificare, atunci un semnal de formă arbitrară, în funcție de acțiunea de control.
Marcare
Deoarece articolul a crescut deja la un volum indecent de mare, în acest moment voi oferi pur și simplu două link-uri bune, care descriu în detaliu principalele sisteme de marcare pentru dispozitivele semiconductoare (inclusiv tranzistori): http://kazus.ru/guide/transistors /mark_all fișierul .html și .xls (35 kb).
Comentarii utile:
http://habrahabr.ru/blogs/easyelectronics/133136/#comment_4419173
Etichete:
tranzistoare

tranzistoare bipolare

Electronică

Adaugă etichete
Dacă luăm în considerare analogii mecanici, funcționarea tranzistoarelor seamănă cu principiul funcționării unei servodirecție hidraulice într-o mașină. Dar asemănarea este valabilă doar la o primă aproximare, deoarece tranzistoarele nu au supape. În acest articol vom lua în considerare separat funcționarea unui tranzistor bipolar.

Dispozitiv cu tranzistor bipolar

Baza dispozitivului tranzistor bipolar este un material semiconductor. Primele cristale semiconductoare pentru tranzistoare au fost fabricate din germaniu astăzi sunt mai des folosite siliciul și arseniura de galiu. În primul rând, este produs un material semiconductor pur cu o rețea cristalină bine ordonată. Apoi cristalului i se dă forma necesară și se introduce o impuritate specială în compoziția sa (materialul este dopat), ceea ce îi conferă anumite proprietăți de conductivitate electrică. Dacă conductivitatea se datorează mișcării electronilor în exces, aceasta este definită ca donor de tip n (electronic). Dacă conductivitatea unui semiconductor se datorează înlocuirii secvențiale a pozițiilor vacante, așa-numitele găuri, cu electroni, atunci o astfel de conductivitate se numește acceptor (gaura) și este denumită conductivitate de tip p.

Poza 1.

Cristalul tranzistorului este format din trei părți (straturi) cu alternanță secvențială de tip conductivitate (n-p-n sau p-n-p). Tranzițiile de la un strat la altul formează potențiale bariere. Se numește tranziția de la bază la emițător emițător(EP), către colecționar – colector(KP). În figura 1, structura tranzistorului este prezentată ca simetrică, idealizată. În practică, în timpul producției, dimensiunile zonelor sunt semnificativ asimetrice, aproximativ așa cum se arată în figura 2. Aria joncțiunii colectorului este semnificativ mai mare decât joncțiunea emițătorului. Stratul de bază este foarte subțire, de ordinul mai multor microni.

Figura 2.

Principiul de funcționare al unui tranzistor bipolar

Orice joncțiune p-n a unui tranzistor funcționează în mod similar. Când o diferență de potențial este aplicată polilor săi, aceasta este „deplasată”. Dacă diferența de potențial aplicată este pozitivă condiționat și joncțiunea pn se deschide, se spune că joncțiunea este polarizată direct. Când se aplică o diferență de potențial negativă condiționat, are loc o polarizare inversă a joncțiunii, la care este blocată. O caracteristică a funcționării tranzistorului este aceea că, cu o polarizare pozitivă a cel puțin o tranziție, zona generală, numită bază, este saturată cu electroni sau locuri libere de electroni (în funcție de tipul de conductivitate a materialului de bază), ceea ce provoacă o reducere semnificativă a barierei potențiale a celei de-a doua tranziții și, în consecință, a conductivității acesteia sub polarizare inversă.

Moduri de operare

Toate circuitele de conectare a tranzistorului pot fi împărțite în două tipuri: normalȘi invers.

Figura 3.

Circuit normal de comutare a tranzistorului presupune modificarea conductibilității electrice a joncțiunii colectorului prin controlul polarizării joncțiunii emițătorului.

Schema inversă, spre deosebire de normal, vă permite să controlați conductivitatea joncțiunii emițătorului controlând polarizarea joncțiunii colectorului. Circuitul invers este un analog simetric al celui normal, dar din cauza asimetriei structurale a tranzistorului bipolar, este ineficient pentru utilizare, are restricții mai stricte cu privire la parametrii maximi admisi și practic nu este utilizat.

Cu orice circuit de comutare, tranzistorul poate funcționa în trei moduri: Modul de întrerupere, modul activȘi modul de saturație.

Pentru a descrie munca, direcția curentului electric din acest articol este convențional considerată a fi direcția electronilor, adică. de la polul negativ al sursei de alimentare la polul pozitiv. Să folosim diagrama din figura 4 pentru aceasta.

Figura 4.

Modul de întrerupere

Pentru o joncțiune pn, există o tensiune de polarizare directă minimă la care electronii sunt capabili să depășească bariera de potențial a acestei joncțiuni. Adică, la o tensiune de polarizare directă până la această valoare de prag, niciun curent nu poate circula prin joncțiune. Pentru tranzistoarele cu siliciu, valoarea acestui prag este de aproximativ 0,6 V. Astfel, cu un circuit de comutare normal, atunci când polarizarea directă a joncțiunii emițătorului nu depășește 0,6 V (pentru tranzistoarele cu siliciu), nici un curent nu trece prin bază, este nu este saturat cu electroni și, ca rezultat, nu există nicio emisie de electroni de bază în regiunea colectorului, adică Nu există curent de colector (zero).

Astfel, pentru modul cutoff condițiile necesare sunt identitățile:

TU FI<0,6 В

I B =0

Modul activ

În modul activ, joncțiunea emițătorului este polarizată în direcția înainte până în momentul deblocării (curentul începe să curgă) cu o tensiune mai mare de 0,6 V (pentru tranzistoarele de siliciu), iar joncțiunea colectorului în direcția inversă. Dacă baza are conductivitate de tip p, electronii sunt transferați (injectați) de la emițător în bază, care sunt distribuiti instantaneu într-un strat subțire al bazei și aproape toți ajung la limita colectorului. Saturarea bazei cu electroni duce la o reducere semnificativă a dimensiunii joncțiunii colectorului, prin care electronii, sub influența unui potențial negativ de la emițător și bază, sunt forțați în zona colectorului, curgând prin terminalul colectorului, prin urmare provocând curentul de colector. Stratul foarte subțire al bazei limitează curentul maxim care trece printr-o secțiune transversală foarte mică în direcția ieșirii bazei. Dar această grosime mică a bazei provoacă saturația sa rapidă cu electroni. Zona de joncțiune este semnificativă, ceea ce creează condiții pentru fluxul de curent emițător-colector semnificativ, de zeci și sute de ori mai mare decât curentul de bază. Astfel, prin trecerea unor curenți nesemnificativi prin bază, putem crea condiții pentru trecerea curenților mult mai mari prin colector. Cu cât este mai mare curentul de bază, cu atât este mai mare saturația sa și cu atât este mai mare curentul colectorului. Acest mod vă permite să controlați (reglați) fără probleme conductivitatea joncțiunii colectorului prin modificarea (reglarea) în mod corespunzător a curentului de bază. Această proprietate a modului activ al tranzistorului este utilizată în diferite circuite amplificatoare.

În modul activ, curentul emițătorului tranzistorului este suma curentului de bază și al colectorului:

I E = I K + eu B

Curentul colectorului poate fi exprimat astfel:

I K = α eu E

unde α este coeficientul de transfer al curentului emițătorului

Din egalitățile de mai sus putem obține următoarele:

unde β este factorul de amplificare a curentului de bază.

Modul de saturație

Limita de creștere a curentului de bază până în momentul în care curentul de colector rămâne neschimbat determină punctul de maximă saturație a bazei cu electroni. O creștere suplimentară a curentului de bază nu va modifica gradul de saturație a acestuia și nu va afecta în niciun fel curentul colectorului, poate duce la supraîncălzirea materialului în zona de contact de bază și la defecțiunea tranzistorului. Datele de referință pentru tranzistoare pot indica valorile curentului de saturație și curentul de bază maxim admisibil, sau tensiunea de saturație emițător-bază și tensiunea maximă admisă emițător-bază. Aceste limite determină modul de saturație al tranzistorului în condiții normale de funcționare.

Modul de tăiere și modul de saturație sunt eficiente atunci când tranzistoarele funcționează ca întrerupătoare electronice pentru comutarea circuitelor de semnal și de putere.

Diferența în principiul funcționării tranzistorilor cu structuri diferite

Mai sus a fost considerat cazul de funcționare a unui tranzistor n-p-n. Tranzistorii structurilor pnp funcționează în mod similar, dar există diferențe fundamentale pe care ar trebui să le cunoașteți. Un material semiconductor cu conductivitate acceptor de tip p are un flux de electroni relativ scăzut, deoarece se bazează pe principiul tranziției electronilor de la un loc liber (gaură) la altul. Când toate locurile libere sunt înlocuite cu electroni, mișcarea lor este posibilă doar pe măsură ce apar locuri vacante în direcția mișcării. Cu o suprafață semnificativă de astfel de material, va avea o rezistență electrică semnificativă, ceea ce duce la probleme mai mari atunci când este utilizat ca cel mai masiv colector și emițător de tranzistori bipolari p-n-p decât atunci când este utilizat într-un strat de bază foarte subțire de tranzistori n-p-n. Un material semiconductor cu conductivitate donor de tip n are proprietățile electrice ale metalelor conductoare, făcându-l mai avantajos pentru utilizare ca emițător și colector, ca în tranzistoarele n-p-n.

Această trăsătură distinctivă a diferitelor structuri de tranzistor bipolar duce la mari dificultăți în producerea de perechi de componente cu structuri diferite și caracteristici electrice similare între ele. Dacă acordați atenție datelor de referință pentru caracteristicile perechilor de tranzistoare, veți observa că atunci când se obțin aceleași caracteristici pentru două tranzistoare de tipuri diferite, de exemplu KT315A și KT361A, în ciuda puterii lor identice de colector (150 mW) și aproximativ același câștig de curent (20-90) , au curenți maximi admisibili de colector, tensiuni emițător-bază, etc.

P.S. Această descriere a principiului de funcționare a tranzistorului a fost interpretată din poziția teoriei ruse, prin urmare nu există o descriere a acțiunii câmpurilor electrice asupra sarcinilor pozitive și negative fictive. Fizica rusă face posibilă folosirea unor modele mecanice mai simple, ușor de înțeles, care sunt mai aproape de realitate decât abstracțiile sub formă de câmpuri electrice și magnetice, sarcini pozitive și electrice, pe care școala tradițională le îndepărtează cu trădare. Din acest motiv, nu recomand să folosiți teoria enunțată fără analiză și înțelegere preliminară atunci când vă pregătiți pentru a susține teste, cursuri și alte tipuri de muncă simț și logică. În plus, din partea mea, aceasta este prima încercare de a descrie funcționarea unui dispozitiv semiconductor din poziția Fizicii Ruse, care poate fi rafinată și completată în viitor.

Caracteristicile tranzistoarelor bipolare
Modul static funcţionarea tranzistorului Acesta se numește un mod în care nu există sarcină în circuitul de ieșire, iar o modificare a curentului de intrare sau a tensiunii nu provoacă o modificare a tensiunii de ieșire Fig. 7.

Caracteristici statice Există două tipuri de tranzistoare: intrare si iesire. În Fig.8. prezintă o schemă a unei instalaţii de măsurare a caracteristicilor statice ale unui tranzistor conectat după un circuit cu emiţător comun.

Fig.8. Sistem

măsurători statice

parametrii tranzistorului cu OE.

Intrare staticăcaracteristică eu B de la tensiunea de intrare TU FI la tensiune de ieșire constantă U CE. Pentru un circuit emițător comun:

I B = f (U BE) la U EC = const.

Deoarece ramurile caracteristicii statice de intrare pentru U FE > 0 sunt situate foarte aproape unul de celălalt și practic se contopesc într-unul singur, apoi, în practică, o caracteristică medie poate fi utilizată cu suficientă precizie (Fig. 9). A). O caracteristică a caracteristicii statice de intrare este prezența în partea inferioară a unei secțiuni neliniare în zona de îndoire U 1(aproximativ 0,2...0,3 V pentru tranzistoarele cu germaniu și 0,3...0,4 V pentru cele cu siliciu).

Zi libera static caracteristică este dependența curentului de ieșire eu K de la tensiunea de ieșire U CE la curent de intrare constant eu B. Pentru un circuit de conectare cu un emițător comun:

I K = f (U KE) la I B = const.

Din Fig.9 b Se poate observa că caracteristicile de ieșire sunt linii drepte, aproape paralele cu axa tensiunii. Acest lucru se explică prin faptul că joncțiunea colectorului este închisă indiferent de mărimea tensiunii bază-colector, iar curentul colectorului este determinat doar de numărul de purtători de sarcină care trec de la emițător prin bază la colector, adică de curentul emițătorului eu E.

Modul dinamic funcționarea unui tranzistor se numește un astfel de mod în care există o rezistență de sarcină în circuitul de ieșire R K, din cauza căreia modificarea curentului sau tensiunii de intrare U VX va provoca o modificare a tensiunii de ieșire U OUT = U CE(Fig. 10).

Fig.9. Caracteristicile statice ale unui tranzistor cu OE: A- intrare; b- sfârșit de săptămână.

Intrare dinamicăcaracteristică este dependența curentului de intrare eu B de la tensiunea de intrare TU FI când există o sarcină. Pentru un circuit emițător comun:

I B = f (U BE)

Deoarece în modul static pentru U FE > 0 folosim o caracteristică medie, atunci dinamică de intrare caracteristica coincide cu intrare statică(Fig.11 A).

Fig. 10. Schemă pentru pornirea unui tranzistor în modul dinamic cu OE.

Zi libera dinamic caracteristica (sarcină) reprezintă dependența tensiunii de ieșire U CE de la curentul de ieșire eu K la valori fixe ale curentului de intrare eu B(Fig.11 b):

U KE = E K – I K R K

Deoarece această ecuație este liniară, atunci ieșire dinamică caracteristica este linie dreaptași este construit pe caracteristicile statice de ieșire în două puncte, de exemplu: A, ÎNîn Fig. 11 b.

Coordonatele punctului A [U CE = 0; I K = E K⁄ R K] – pe axă eu K.

Coordonatele punctului ÎN [I K = 0; U KE = E K] – pe axă U CE.

Coordonatele punctului R [U 0K; eu 0K] – corespunde poziției punctului de operare RT în regim de repaus (în absența unui semnal).

Fig. 11. Caracteristicile dinamice ale unui tranzistor cu OE: A)- Intrare; b)- zi libera.

Linia de sarcină este trasată prin oricare două puncte A, B sau P, ale căror coordonate sunt cunoscute.

În funcție de starea joncțiunilor p-n ale tranzistoarelor, se disting mai multe tipuri de funcționare a acestuia - modul de întrerupere, modul de saturație, modurile limită și liniare (Fig. 11).

Modul Cutoff. Acesta este un mod în care ambele tranziții sunt închise - tranzistorul este blocat. Curentul de bază în acest caz este zero. Curentul colectorului va fi egal cu curentul invers eu K0, iar tensiunea U KE = E K.

Modul de saturație- acesta este un mod în care ambele tranziții - emițătorul și colectorul sunt deschise și are loc o tranziție liberă a purtătorilor de sarcină în tranzistor. În acest caz, curentul de bază va fi maxim, curentul colectorului va fi egal cu curentul de saturație al colectorului, iar tensiunea dintre colector și emițător va tinde spre zero.

I B = max; I K ≈ I KN; U KE = E K – I KN R N; U CE → 0.

Moduri limită– acestea sunt moduri în care funcționarea este limitată de parametrii maximi admisibili: I K suplimentar, U CE suplimentar, P K suplimentar(Fig.11 b) Și I B us, TU BE extra(Fig.11 A) și este asociat cu supraîncălzirea tranzistorului sau defectarea acestuia.

Modul liniar- Acesta este un mod în care este asigurată o liniaritate suficientă a caracteristicilor și poate fi utilizat pentru amplificarea activă.