Un tip de dispozitiv semiconductor cu trei electrozi este tranzistoarele bipolare. Circuitele de comutare depind de conductivitatea lor (orificială sau electronică) și de funcțiile pe care le îndeplinesc.
Tranzistoarele sunt împărțite în grupuri:
Straturile exterioare și interioare ale tranzistorului sunt conectate la electrozii de plumb, numiți respectiv emițător, colector și bază.
Emițătorul și colectorul nu diferă unul de celălalttipuri de conductivitate, dar gradul de dopaj cu impurități în acesta din urmă este mult mai mic. Acest lucru asigură o creștere a tensiunii de ieșire admisibile.
Baza, care este stratul de mijloc, are un marerezistență, deoarece este fabricat din semiconductor ușor dopat. Are o zonă de contact semnificativă cu colectorul, care îmbunătățește îndepărtarea căldurii generate din cauza polarizării inverse a tranziției și, de asemenea, facilitează trecerea purtătorilor minoritari - electroni. În ciuda faptului că straturile de tranziție se bazează pe același principiu, tranzistorul este un dispozitiv dezechilibrat. La schimbarea locurilor straturilor extreme cu aceeași conductivitate, este imposibil să se obțină parametri similari ai unui dispozitiv semiconductor.
Circuitele de comutare a tranzistorului bipolar sunt capabilepăstrați-l în două stări: poate fi deschis sau închis. În modul activ, când tranzistorul este pornit, polarizarea emițătorului de joncțiune se face în direcția înainte. Pentru a considera clar acest lucru, de exemplu, pe o triodă semiconductoare de tip n-p-n, ar trebui să i se aplice tensiune din surse, așa cum se arată în figura de mai jos.
Limita de la a doua joncțiune colectoră esteînchis și nu ar trebui să curgă curent prin el. Dar, în practică, opusul se întâmplă datorită apropierii tranzițiilor între ele și a influenței lor reciproce. Deoarece „minusul” bateriei este conectat la emițător, joncțiunea deschisă permite electronilor să intre în zona de bază, unde se recombină parțial cu găuri - principalele purtătoare. Curent de bază Ib... Cu cât este mai puternic, cu atât este mai mare curentul de ieșire proporțional. Amplificatoarele bazate pe tranzistoare bipolare funcționează pe acest principiu.
Numai difuzia are loc prin bază.mișcarea electronilor, deoarece nu există nicio acțiune a unui câmp electric. Datorită grosimii nesemnificative a stratului (microni) și a valorii mari a gradientului de concentrație a particulelor încărcate negativ, aproape toate cad în zona colectorului, deși rezistența de bază este destul de mare. Acolo sunt atrași de câmpul electric de tranziție, care facilitează transferul lor activ. Curenții colectorului și emițătorului sunt practic egali unul cu celălalt, dacă neglijăm pierderea nesemnificativă a sarcinilor cauzate de recombinarea în bază: Ie = Eub + Eula.
Modurile de operare diferă în funcție decum este asamblat circuitul. Semnalul trebuie aplicat și eliminat în două puncte pentru fiecare caz și există doar trei terminale disponibile. Prin urmare, rezultă că un electrod trebuie să aparțină simultan intrării și ieșirii. Acest lucru pornește orice tranzistoare bipolare. Scheme de incluziune: OB, OE și OK.
Schema pentru pornirea unui tranzistor bipolar cu un colector comun: semnalul merge la rezistorul RL, care este inclus și în circuitul colector. Această conexiune se numește un circuit colector comun.
Această opțiune creează doar câștig curent. Avantajul adeptului emițătorului este crearea unei rezistențe mari de intrare (10-500 kOhm), care face posibilă potrivirea convenabilă a etapelor.
Schema pentru pornirea unui tranzistor bipolar cu o bază comună: semnalul de intrare vine prin C1, și după amplificare este îndepărtat în circuitul colector de ieșire, unde electrodul de bază este comun. În acest caz, se creează un câștig de tensiune similar cu lucrul cu un OE.
Dezavantajul este rezistența redusă a intrării (30-100 Ohm), iar circuitul cu OB este folosit ca oscilator.
În multe cazuri în care se utilizează tranzistoare bipolare, circuitele de comutare sunt realizate în principal cu un emițător comun. Tensiunea de alimentare este alimentată prin rezistența de tracțiune RL, iar polul negativ al sursei de alimentare externe este conectat la emițător.
Un semnal alternativ de la intrare merge la emițător și la electrozii de bază (Vinstitut), iar în circuitul colector devine mai mare ca valoare (VCE). Elementele principale ale circuitului: tranzistor, rezistor RL și un circuit de ieșire a amplificatorului alimentat extern. Auxiliar: condensator C1, care împiedică trecerea curentului continuu în circuitul semnalului de intrare aplicat și a rezistorului R1prin care se deschide tranzistorul.
În circuitul colector, tensiunea la ieșirea tranzistorului și pe rezistorul RL împreună sunt egale cu valoarea EMF: VCC = EuCPL + VCE.
Astfel, un semnal mic Vinstitut la intrare, legea variației constanteitensiunea de alimentare la tensiunea alternativă la ieșirea convertorului tranzistor controlat. Circuitul oferă o creștere a curentului de intrare de 20-100 de ori, iar tensiunea - de 10-200 de ori. În consecință, puterea este, de asemenea, crescută.
Dezavantajul circuitului: rezistență redusă la intrare (500-1000 ohmi). Din acest motiv, există probleme în formarea etapelor de amplificare. Impedanța de ieșire este de 2-20 kΩ.
Diagramele de mai jos arată cumtranzistor bipolar. Dacă nu se iau măsuri suplimentare, influențele externe precum supraîncălzirea și frecvența semnalului le vor afecta foarte mult performanța. De asemenea, împământarea emițătorului creează distorsiuni armonice la ieșire. Pentru a crește fiabilitatea funcționării, feedback-urile, filtrele etc. sunt conectate în circuit. În acest caz, câștigul scade, dar dispozitivul devine mai eficient.
Funcția tranzistorului este influențată de valoarea tensiunii conectate. Toate modurile de funcționare pot fi afișate dacă se utilizează circuitul prezentat anterior pentru pornirea unui tranzistor bipolar cu un emițător comun.
Acest mod este creat atunci când valoarea tensiunii VFI scade la 0,7 V. În acest caz, joncțiunea emițătorului se închide și nu există curent de colector, deoarece nu există electroni liberi în bază. Astfel, tranzistorul este blocat.
Dacă se aplică suficientă tensiune la bază,pentru a deschide tranzistorul, apare un mic curent de intrare și o ieșire crescută, în funcție de magnitudinea câștigului. Apoi tranzistorul va acționa ca un amplificator.
Modul diferă de modul activ în care tranzistorulse deschide complet și curentul colectorului atinge valoarea maximă posibilă. Creșterea sa poate fi realizată numai prin schimbarea EMF aplicată sau a sarcinii în circuitul de ieșire. Când curentul de bază se schimbă, curentul colector nu se modifică. Modul de saturație se caracterizează prin faptul că tranzistorul este extrem de deschis, iar aici servește ca un comutator în starea pornită. Circuitele pentru pornirea tranzistoarelor bipolare atunci când se combină modurile de întrerupere și saturație fac posibilă crearea de chei electronice cu ajutorul lor.
Toate modurile de funcționare depind de natura caracteristicilor de ieșire prezentate în grafic.
Acestea pot fi clar demonstrate dacă este asamblat un circuit pentru pornirea unui tranzistor bipolar cu OE.
Dacă amânăm pe axele ordonatelor și absciselor segmentele corespunzătoare curentului maxim posibil al colectorului și valoarea tensiunii de alimentare VCC, și apoi conectați capetele lor între ele, veți obține o linie de încărcare (roșie). Este descris prin expresia: IC = (VCC - VCE) / RC... Din figură rezultă că punctul de operare care determină curentul colector IC și tensiunea VCE, se va deplasa de-a lungul liniei de încărcare de jos în sus cu creșterea curentului de bază IÎn.
Zona dintre axa VCE și prima caracteristică de ieșire (umbrită), unde IÎn = 0, caracterizează modul de întrerupere. În acest caz, curentul invers IC neglijabil, iar tranzistorul este oprit.
Caracteristica cea mai de sus din punctul A se intersectează cu sarcina directă, după care, cu o creștere suplimentară a lui IÎn curentul colectorului nu se mai schimbă. Zona de saturație de pe grafic este zona umbrită dintre axa IC și cea mai tare caracteristică.
Tranzistorul funcționează cu semnale variabile sau constante care intră în circuitul de intrare.
Tranzistor bipolar: circuite de comutare, amplificator
În cea mai mare parte, tranzistorul servește caamplificator. Un semnal alternativ la intrare duce la o modificare a curentului său de ieșire. Aici puteți aplica scheme cu OK sau OE. Semnalul necesită o sarcină în circuitul de ieșire. De obicei, un rezistor este utilizat instalat în circuitul colector de ieșire. Dacă este selectat corect, tensiunea de ieșire va fi semnificativ mai mare decât tensiunea de intrare.
Funcționarea amplificatorului este clar vizibilă pe diagramele de sincronizare.
Când se convertesc semnale pulsate, modul rămâne același ca și pentru cele sinusoidale. Calitatea transformării componentelor lor armonice este determinată de caracteristicile de frecvență ale tranzistoarelor.
Funcționarea modului de comutare
Comutatoarele tranzistor sunt concepute pentrucomutarea fără contact a conexiunilor în circuitele electrice. Principiul este o schimbare treptată a rezistenței tranzistorului. Tipul bipolar este destul de potrivit pentru cerințele cheie ale dispozitivului.
Elementele semiconductoare sunt utilizate în circuiteconversia semnalelor electrice. Capacitățile universale și o clasificare mare permit utilizarea pe scară largă a tranzistoarelor bipolare. Diagramele de conexiune determină funcțiile și modurile lor de funcționare. Multe depind și de caracteristici.
Circuitele de bază pentru pornirea tranzistoarelor bipolare amplifică, generează și convertesc semnalele de intrare și, de asemenea, comută circuitele electrice.
