Bipolaariset transistorit: kytkentäpiirit. Kaavio kaksisuuntaisen transistorin kytkemiseksi päälle yhteisellä emitterillä

Yksi kolmielektrodisten puolijohdelaitteiden tyyppi on bipolaariset transistorit. Kytkentäpiirit riippuvat niiden johtavuudesta (reikä tai elektroninen) ja toiminnoista, joita ne suorittavat.

luokitus

Transistorit on jaettu ryhmiin:

1. Perustuu materiaaleihin: galliumarsenidiä ja piitä käytetään yleisimmin.
2. Signaalitaajuuden mukaan: matala (enintään 3 MHz), keskitaso (jopa 30 MHz), korkea (jopa 300 MHz), erittäin korkea (yli 300 MHz).
3. Suurin tehohäviö: jopa 0,3 W, jopa 3 W, yli 3 W.
4. Laitetyypin mukaan: kolme yhdistettyä puolijohdekerrosta vaihtelevin muutoksin epäpuhtauksien johtokyvyn eteenpäin ja taaksepäin.

Kuinka transistorit toimivat?

Transistorin ulompi ja sisempi kerros on kytketty lyijyelektrodeihin, joita kutsutaan vastaavasti emitteriksi, kollektoriksi ja alustaksi.

Emitteri ja kerääjä eivät eroa toisistaanjohtokyvyn tyypit, mutta epäpuhtauksia sisältävän dopingin aste on jälkimmäisessä paljon pienempi. Tämä varmistaa sallitun lähtöjännitteen nousun.

Pohjalla, joka on keskikerros, on suurikoska se on valmistettu kevyesti seostetusta puolijohteesta. Sillä on merkittävä kosketuspinta kollektorin kanssa, mikä parantaa siirtymän käänteisen esijännityksen takia syntyvän lämmön poistoa ja helpottaa myös vähemmistökantajien - elektronien - kulkemista. Huolimatta siitä, että siirtymäkerrokset perustuvat samaan periaatteeseen, transistori on epätasapainoinen laite. Kun vaihdetaan äärimmäisten kerrosten paikkoja samalla johtavuudella, on mahdotonta saada samanlaisia ​​parametreja puolijohdelaitteelle.

Bipolaariset transistorikytkentäpiirit pystyvätpidä se kahdessa tilassa: se voi olla avoin tai suljettu. Aktiivisessa tilassa, kun transistori on päällä, risteyksen emitterin esijännitys tapahtuu eteenpäin. Tämän selkeäksi havaitsemiseksi esimerkiksi n-p-n-tyyppisellä puolijohdetriodilla, siihen tulisi käyttää jännitettä lähteistä, kuten alla olevassa kuvassa on esitetty.

Raja toisella keräysristeyksellä onsuljettu, eikä sen läpi tulisi virrata virtaa. Mutta käytännössä päinvastoin tapahtuu johtuen siirtymien läheisyydestä toisiinsa ja niiden keskinäisestä vaikutuksesta. Koska pariston "miinus" on kytketty emitteriin, avoin risteys antaa elektronien päästä perusvyöhykkeelle, jossa ne yhdistyvät osittain rei'illä - pääkantajilla. Perusvirta I_b... Mitä vahvempi se on, suhteellisesti suurempi lähtövirta. Bipolaarisiin transistoreihin perustuvat vahvistimet toimivat tällä periaatteella.

Vain diffuusio tapahtuu pohjan läpi.elektronien liike, koska sähkökenttä ei toimi. Merkityksettömän kerroksen paksuuden (mikronit) ja negatiivisesti varautuneiden hiukkasten pitoisuusgradientin suuren arvon vuoksi melkein kaikki putoavat kollektorialueelle, vaikka pohjan vastus onkin melko korkea. Siellä heidät vetää sisään siirtymäsähkökenttä, joka edistää niiden aktiivista siirtymistä. Kerääjä- ja emitterivirrat ovat käytännöllisesti katsoen samanlaisia ​​toistensa kanssa, jos jätetään huomiotta merkityksetön lataushäviö, joka aiheutuu rekombinaatiosta emäksessä: I_e = Ja_b + Ja_että.

Transistorin parametrit

1. Jännitevahvistus U_eq/ Y_bae ja virta: β = I_että/ Ja_b (todelliset arvot). Tyypillisesti β-kerroin ei ylitä 300: ta, mutta se voi saavuttaa 800 ja korkeamman.
2. Tuloimpedanssi.
3. Taajuusvaste - transistorin toimintakyky tietylle taajuudelle, jonka yläpuolella siinä olevat transienttiprosessit eivät pysy mukana toimitetun signaalin muutosten tahdissa.

Bipolaaritransistori: kytkentäpiirit, toimintatilat

Käyttötavat vaihtelevatkuinka piiri on koottu. Signaali on annettava ja poistettava kahdesta kohdasta kussakin tapauksessa, ja käytettävissä on vain kolme päätelaitetta. Tästä seuraa, että yhden elektrodin on kuuluttava samanaikaisesti tuloon ja lähtöön. Tämä kytkee päälle kaikki kaksisuuntaiset transistorit. Inkluusiojärjestelmät: OB, OE ja OK.

1. Piirrä OK-painikkeella

Kaavio kaksisuuntaisen transistorin kytkemiseksi päälle yhteisellä kollektorilla: signaali menee vastukseen R_L, joka sisältyy myös keräinpiiriin. Tätä yhteyttä kutsutaan yhteiseksi kollektoripiiriksi.

Tämä vaihtoehto luo vain nykyisen vahvistuksen. Emitter-seuraajan etuna on suuren tulovastuksen (10-500 kOhm) luominen, mikä mahdollistaa vaiheiden mukaisen sovittamisen.

2. Kaavio OB: n kanssa

Kaavio kaksisuuntaisen transistorin kytkemiseksi päälle yhteisellä alustalla: tulosignaali tulee C: n kautta₁ja vahvistuksen poistamisen jälkeen ulostulokollektoripiirissä, jossa peruselektrodi on yhteinen. Tällöin syntyy jännitevahvistus, joka muistuttaa OE: n kanssa työskentelyä.

Haittana on tulon pieni vastus (30-100 Ohm), ja OB-piiriä käytetään oskillaattorina.

3. Kaavio OE: n kanssa

Monissa tapauksissa, joissa käytetään bipolaarisia transistoreita, kytkentäpiirit tehdään pääasiassa yhteisellä emitterillä. Syöttöjännite syötetään vetovastuksen R kautta_L, ja ulkoisen virtalähteen negatiivinen napa on kytketty emitteriin.

Vaihtosignaali tulosta menee emitteriin ja peruselektrodeihin (V_instituutti), ja kollektoripiirissä siitä tulee suurempi arvo (V_CE). Pääpiirin elementit: transistori, vastus R_L ja ulkoisella virralla varustetun vahvistimen lähtöpiiri. Apu: kondensaattori C₁, joka estää tasavirran kulkemisen sovelletun tulosignaalin ja vastuksen R piiriin₁jonka kautta transistori avautuu.

Keräinpiirissä jännite transistorin ulostulossa ja vastuksen R poikki_L yhdessä ovat yhtä suuret kuin EMF: n arvo: V_CC = Ja_CP_L + V_CE.

Siten pieni signaali V_instituutti syötteessä vakion vaihtelulakiSyöttöjännite vaihtelee ohjattavan transistorimuuntimen ulostulossa. Piiri lisää tulovirtaa 20-100 kertaa ja jännite 10-200 kertaa. Vastaavasti myös tehoa lisätään.

Piirin haitta: pieni tulovastus (500-1000 ohmia). Tästä syystä monistusvaiheiden muodostamisessa on ongelmia. Lähtöimpedanssi on 2-20 kΩ.

Alla olevat kaaviot osoittavat mitenkaksisuuntainen transistori. Jos et ryhdy lisätoimenpiteisiin, ulkoiset vaikutukset, kuten ylikuumeneminen ja signaalitaajuus, vaikuttavat suuresti niiden suorituskykyyn. Myös emitterin maadoitus aiheuttaa harmonista vääristymää lähdössä. Toiminnan luotettavuuden lisäämiseksi piiriin on kytketty palautteita, suodattimia jne. Tällöin vahvistus pienenee, mutta laitteesta tulee tehokkaampi.

Toimintatavat

Transistorin toimintaan vaikuttaa kytketyn jännitteen arvo. Kaikki toimintatilat voidaan näyttää, jos käytetään aiemmin esitettyä piiriä bipolaarisen transistorin kytkemiseksi yhteisellä emitterillä.

1. Katkaisutila

Tämä tila luodaan, kun jännitearvo V_OLLA laskee 0,7 V. Tässä tapauksessa emitteriliitäntä sulkeutuu eikä kollektorivirtaa ole, koska alustassa ei ole vapaita elektroneja. Siten transistori on lukittu.

2. Aktiivinen tila

Jos tukiasemaan syötetään tarpeeksi jännitettä,transistorin avaamiseksi ilmestyy pieni tulovirta ja lisääntynyt lähtö riippuen vahvistuksen suuruudesta. Sitten transistori toimii vahvistimena.

3. Värikylläisyys-tila

Tila eroaa aktiivisesta moodista siinä, että transistoriavautuu kokonaan ja kollektorivirta saavuttaa suurimman mahdollisen arvon. Sen kasvu voidaan saavuttaa vain muuttamalla käytettyä EMF: ää tai kuormitusta lähtöpiirissä. Kun perusvirta muuttuu, kollektorivirta ei muutu. Saturaatiomoodille on ominaista, että transistori on erittäin avoin, ja tässä se toimii kytkimenä virtatilassa. Piirit kaksisuuntaisten transistoreiden kytkemiseksi päälle katkaisu- ja kyllästystilojen yhdistämisessä mahdollistavat elektronisten avainten luomisen niiden avulla.

Kaikki toimintatilat riippuvat kaaviossa esitettyjen lähtöominaisuuksien luonteesta.

Ne voidaan osoittaa selvästi, jos piirin bipolaarisen transistorin kytkemiseksi OE: n kanssa on koottu.

Jos lykkäämme ordinaattien ja paikoiden akseleita, segmentit, jotka vastaavat suurinta mahdollista kollektorivirtaa ja syöttöjännitteen V_CCja kytke sitten niiden päät toisiinsa, saat kuormituslinjan (punainen). Sitä kuvaillaan ilmaisulla: I_C = (V_CC - V_CE) / R_C... Kuvasta seuraa, että toimintapiste, joka määrittää kollektorivirran I_C ja jännite V._CE, siirtyy kuormituslinjaa pitkin alhaalta ylöspäin kasvattaen perusvirtaa I_V.

Vyöhyke V-akselin välillä_CE ja ensimmäinen lähtöominaisuus (varjostettu), jossa I_V = 0, kuvaa raja-tilaa. Tässä tapauksessa vastavirta I_C merkityksetön, ja transistori on pois päältä.

Pisteen A ylin ominaisuus leikkaa suoran kuormituksen, minkä jälkeen I: n lisäys jatkuu_V kollektorivirta ei enää muutu. Kaavion kyllästysvyöhyke on I-akselin välinen varjostettu alue_C ja tyylikkäin ominaisuus.

Kuinka transistori käyttäytyy eri moodeissa?

Transistori toimii vaihtuvilla tai vakiosignaaleilla, jotka tulevat tulopiiriin.

Bipolaaritransistori: kytkentäpiirit, vahvistin

Transistori toimii suurimmaksi osaksivahvistin. Vaihteleva signaali tulossa johtaa muutokseen sen lähtövirrassa. Täällä voit käyttää järjestelmiä OK: lla tai OE: llä. Signaali vaatii kuormituksen lähtöpiirissä. Yleensä vastusta käytetään asennettuna ulostulokollektoripiiriin. Jos se valitaan oikein, lähtöjännite on merkittävästi suurempi kuin tulojännite.

Vahvistimen toiminta näkyy selvästi ajoituskaavioissa.

Kun pulssisignaalit muunnetaan, tila pysyy samana kuin sinimuotoisissa. Niiden harmonisten komponenttien muunnoksen laatu määräytyy transistorien taajuusominaisuuksien perusteella.

Kytkentätilan käyttö

Transistorikytkimet on suunniteltukosketukseton kytkentä sähköpiireissä. Periaate on transistorin resistanssin vaiheittainen muutos. Bipolaarinen tyyppi on varsin sopiva laitteen keskeisiin vaatimuksiin.

johtopäätös

Puolijohde-elementtejä käytetään piireissämuuntamalla sähköiset signaalit. Universaalit ominaisuudet ja suuri luokitus mahdollistavat kaksisuuntaisten transistoreiden laajan käytön. Liitäntäkaaviot määrittävät niiden toiminnot ja toimintatavat. Paljon riippuu myös ominaisuuksista.

Peruspiirit kaksisuuntaisten transistoreiden kytkemiseksi päälle vahvistavat, tuottavat ja muuntavat tulosignaaleja ja kytkevät myös sähköpiirejä.