Bipolaarisilla transistoreilla on seuraavat elektrodit. Kuinka määrittää toimintatila bipolaarisissa transistoreissa

Joten, kolmas ja viimeinen osa tarinaa bipolaarisista transistoreista verkkosivuillamme =) Tänään puhumme näiden upeiden laitteiden käyttämisestä vahvistimina, pidä mahdollisena bipolaaritransistorin kytkentäpiirit ja niiden tärkeimmät edut ja haitat. Aloitetaan!

Tämä piiri on erittäin hyvä käytettäessä suurtaajuisia signaaleja. Periaatteessa tästä syystä transistori kytketään päälle. Erittäin suuria haittoja ovat alhainen tuloresistanssi ja tietysti virranvahvistuksen puute. Katso itse, tulossa on emitterin virta, lähdössä.

Eli emitterivirta on pienellä määrällä perusvirtaa suurempi kuin kollektorivirta. Tämä tarkoittaa, että virran vahvistusta ei vain ole, lisäksi lähtövirta on hieman pienempi kuin tulovirta. Vaikka toisaalta tällä piirillä on melko suuri jännitteensiirtokerroin) Nämä ovat edut ja haitat, jatketaan...

Yhteisellä kollektorilla varustetun bipolaaritransistorin kytkentäkaavio

Tältä näyttää bipolaaritransistorin kytkentäkaavio, jossa on yhteinen kollektori. Muistuttaako se sinua jostakin?) Jos katsomme piiriä hieman eri näkökulmasta, tunnistamme vanhan ystävämme - emitterin seuraajan. Siitä oli melkein koko artikkeli (), joten olemme jo käsitelleet kaiken tähän järjestelmään liittyvän. Sillä välin odotamme yleisimmin käytettyä piiriä - yhteisellä emitterillä.

Yhteisellä emitterillä varustetun bipolaaritransistorin kytkentäpiiri.

Tämä piiri on ansainnut suosion vahvistusominaisuuksillaan. Kaikista piireistä se antaa suurimman vahvistuksen virrassa ja jännitteessä, myös signaalitehon lisäys on suuri. Piirin haittana on, että lämpötilan ja signaalitaajuuden nousu vaikuttaa voimakkaasti vahvistusominaisuuksiin.

Tutustuimme kaikkiin piireihin, tarkastellaan nyt lähemmin viimeistä (mutta ei vähiten tärkeää) vahvistinpiiriä, joka perustuu bipolaariseen transistoriin (yhteisellä emitterillä). Kuvataanpa sitä ensin hieman eri tavalla:

Tässä on yksi miinus - maadoitettu lähetin. Kun transistori kytketään päälle tällä tavalla, lähdössä on epälineaarisia vääristymiä, joita on tietysti taisteltava. Epälineaarisuus johtuu tulojännitteen vaikutuksesta emitteri-kantaliitoksen jännitteeseen. Emitteripiirissä ei todellakaan ole mitään "ylimääräistä", koko tulojännite on kohdistettu juuri kanta-emitteri-liitokseen. Tämän ilmiön ratkaisemiseksi lisäämme vastuksen emitteripiiriin. Joten saamme negatiivista palautetta.

Mikä tämä on?

Siis lyhyesti sanottuna negatiivinen käänteisperiaate th viestintää johtuu siitä, että osa lähtöjännitteestä siirretään tuloon ja vähennetään tulosignaalista. Luonnollisesti tämä johtaa vahvistuksen laskuun, koska transistorin tulo takaisinkytkennän vaikutuksesta saa pienemmän jännitearvon kuin takaisinkytkennän puuttuessa.

Siitä huolimatta negatiivinen palaute on meille erittäin hyödyllistä. Katsotaanpa, kuinka se auttaa vähentämään tulojännitteen vaikutusta kannan ja emitterin väliseen jännitteeseen.

Joten vaikka takaisinkytkentää ei olisi, tulosignaalin lisäys 0,5 V:lla johtaa samaan kasvuun. Täällä kaikki on selvää 😉 Ja nyt laitetaan palautetta! Ja täsmälleen samalla tavalla lisäämme tulojännitettä 0,5 V. Tämän jälkeen , kasvaa, mikä johtaa emitterin virran kasvuun. Ja lisäys johtaa jännitteen nousuun takaisinkytkentävastuksen yli. Vaikuttaa siltä, ​​mikä tässä on vikana? Mutta tämä jännite vähennetään tulosta! Katso mitä tapahtui:

Tulojännite on kasvanut - emitterin virta on kasvanut - jännite negatiivisen takaisinkytkentävastuksen yli on kasvanut - tulojännite on laskenut (vähennyksen vuoksi) - jännite on laskenut.

Toisin sanoen negatiivinen takaisinkytkentä estää kanta-emitterin jännitettä muuttumasta tulosignaalin muuttuessa.

Tämän seurauksena yhteisellä emitterillä varustettua vahvistinpiiriämme täydennettiin emitteripiirin vastuksella:

Vahvistimessamme on toinenkin ongelma. Jos tuloon tulee negatiivinen jännitearvo, transistori sulkeutuu välittömästi (kantajännitteestä tulee pienempi kuin emitterijännite ja kanta-emitteridiodi sulkeutuu), eikä lähdössä tapahdu mitään. Tämä ei ole jotenkin kovin hyvä) Siksi on tarpeen luoda puolueellisuus. Tämä voidaan tehdä käyttämällä jakajaa seuraavasti:

Saimme sellaisen kauneuden 😉 Jos vastukset ovat yhtä suuret, niin jokaisen jännite on 6V (12V / 2). Siten, jos sisääntulossa ei ole signaalia, kantapotentiaali on +6 V. Jos sisääntuloon tulee negatiivinen arvo, esimerkiksi -4V, niin peruspotentiaali on yhtä suuri kuin +2V, eli arvo on positiivinen eikä häiritse transistorin normaalia toimintaa. Näin hyödyllistä on luoda offset peruspiiriin)

Miten muuten voisimme parantaa järjestelmäämme...

Kerro meille, mitä signaalia vahvistamme, eli tiedämme sen parametrit, erityisesti taajuuden. Olisi hienoa, jos tulossa ei olisi mitään muuta kuin hyödyllinen vahvistettu signaali. Miten tämä varmistetaan? Tietenkin ylipäästösuodattimella) Lisätään kondensaattori, joka yhdessä biasvastuksen kanssa muodostaa ylipäästösuodattimen:

Näin piiri, jossa ei ollut melkein mitään muuta kuin itse transistori, kasvoi ylimääräisillä elementeillä 😉 Ehkä pysähdymme siihen, että pian tulee artikkeli, joka on omistettu bipolaariseen transistoriin perustuvan vahvistimen laskentaan. Siinä emme vain kokoa vahvistimen piirikaavio, mutta laskemme myös kaikkien elementtien arvot ja valitsemme samalla tarkoituksiinmme sopivan transistorin. Nähdään pian! =)

Bipolaarinen transistori on puolijohdeelementti, jossa on kaksi p-n-liitosta ja kolme napaa ja joka vahvistaa tai vaihtaa signaaleja. Niitä on p-n-p ja n-p-n tyyppejä. Kuva 7.1, a ja b esittävät niiden symbolit.

Kuva 7.1. Bipolaaritransistorit ja niiden diodiekvivalenttipiirit: a) p-n-p, b) n-p-n transistori

Transistori koostuu kahdesta vastakkain kytketystä diodista, joilla on yksi yhteinen p- tai n-kerros. Siihen kytketty elektrodi on nimeltään kanta B. Kaksi muuta elektrodia ovat emitteri E ja kollektori K. Symbolin vieressä oleva diodiekvivalenttipiiri selittää transistoriliitosten kytkentärakenteen. Vaikka tämä kaavio ei täysin karakterisoi transistorin toimintoja, sen avulla on mahdollista kuvitella siinä toimivat paluu- ja myötäjännitteet. Tyypillisesti emitteri-kantaliitos on eteenpäin esijännitetty (avoin) ja kanta-kollektori-liitos on käänteinen esijännitetty (suljettu). Siksi jännitelähteet on kytkettävä päälle kuvan 7.2 mukaisesti.

Kuva 7.2. Kytkentänapaisuus: a) n-p-n, b) p-n-p transistori

N-p-n-tyypin transistoreihin sovelletaan seuraavia sääntöjä (p-n-p-tyypin transistoreille säännöt pysyvät samoina, mutta on huomattava, että jännitteen polariteetit on vaihdettava):

1. Kerääjällä on positiivisempi potentiaali kuin emitterilla.

2. Kanta-emitteri- ja kanta-kollektoripiirit toimivat kuten diodit (kuva 7.1). Tyypillisesti kanta-emitteri-liitos on avoin ja kanta-kollektori-liitos on käänteinen biasoitu, ts. käytetty jännite estää virtaa kulkemasta sen läpi. Tästä säännöstä seuraa, että kannan ja emitterin välistä jännitettä ei voida lisätä loputtomiin, koska kantapotentiaali ylittää emitteripotentiaalin yli 0,6 - 0,8 V (diodin myötäsuuntainen jännite), ja syntyy erittäin suuri virta. Näin ollen toimivassa transistorissa kannan ja emitterin jännitteet liittyvät toisiinsa seuraavan suhteen: UB ≈ UE+0.6V; (UB = UE + UBE).

3. Jokaiselle transistorille on ominaista maksimiarvot IK, IB, UKE. Jos nämä parametrit ylittyvät, on käytettävä toista transistoria. Muista myös muiden parametrien raja-arvot, esimerkiksi RC:n hajautettu teho, lämpötila, UBE jne.

4. Jos noudatetaan sääntöjä 1-3, kollektorivirta on suoraan verrannollinen kantavirtaan. Kollektori- ja emitterivirtojen suhde on suunnilleen sama

IК = αIE, missä α=0,95…0,99 on emitterin virransiirtokerroin. Ero emitteri- ja kollektorivirtojen välillä Kirchhoffin ensimmäisen lain mukaan (ja kuten kuvasta 7.2, a voidaan nähdä) on kantavirta IB = IE - IK. Kollektorivirta riippuu kantavirrasta lausekkeen mukaisesti: IK = βIB, missä β=α/(1-α) on kantavirran siirtokerroin, β >>1.

Sääntö 4 määrittelee transistorin perusominaisuuden: pieni kantavirta ohjaa suurta kollektorivirtaa.

Transistorin toimintatilat. Jokainen bipolaaritransistorin liitoskohta voidaan kytkeä päälle joko eteen- tai taaksepäin. Tästä riippuen erotetaan seuraavat neljä transistorin toimintatilaa.

Tehostus tai aktiivinen tila- tasajännite syötetään emitteriliitokseen ja käänteinen jännite kollektoriliitokseen. Tämä transistorin toimintatapa vastaa emitterin virransiirtokertoimen maksimiarvoa. Kollektorivirta on verrannollinen perusvirtaan, mikä varmistaa vahvistetun signaalin minimaalisen vääristymisen.

Käänteinen tila- kollektoriliitokseen syötetään tasajännite ja emitteriliitokseen käänteinen jännite. Käänteinen tila johtaa transistorin kantavirran siirtokertoimen merkittävään laskuun verrattuna transistorin toimintaan aktiivisessa tilassa ja siksi sitä käytetään käytännössä vain avainpiireissä.

Kylläisyystila- molemmat liitokset (emitteri ja kollektori) ovat tasajännitteellä. Lähtövirta tässä tapauksessa ei riipu tulovirrasta, ja sen määräävät vain kuormitusparametrit. Kollektori- ja emitteriliittimien välisen matalan jännitteen vuoksi kyllästystilaa käytetään signaalinsiirtopiirien sulkemiseen.

Katkaisutila- molempiin liitoksiin syötetään käänteisiä jännitteitä. Koska katkaisutilassa olevan transistorin lähtövirta on käytännössä nolla, tätä tilaa käytetään signaalinsiirtopiirien avaamiseen.

Bipolaaristen transistorien pääasiallinen toimintatila analogisissa laitteissa on aktiivinen tila. Digitaalisissa piireissä transistori toimii kytkentätilassa, ts. se on vain katkaisu- tai kyllästystilassa, ohittaen aktiivisen tilan.

Bipolaarinen transistori- elektroninen puolijohdelaite, yksi transistoreista, joka on suunniteltu vahvistamaan, generoimaan ja muuntamaan sähköisiä signaaleja. Transistoria kutsutaan kaksisuuntainen mieliala, koska laitteen toimintaan osallistuu samanaikaisesti kahden tyyppisiä varauksenkuljettajia - elektroneja Ja reikiä. Näin se eroaa yksinapainen(kenttävaikutteinen) transistori, jossa on mukana vain yhden tyyppinen varauksenkuljettaja.

Molempien transistorien toimintaperiaate on samanlainen kuin vesihanan toiminta, joka säätelee veden virtausta, vain elektronien virta kulkee transistorin läpi. Bipolaarisissa transistoreissa laitteen läpi kulkee kaksi virtaa - päävirta "suuri" ja ohjaus "pieni" virta. Päävirran teho riippuu säätimen tehosta. Kenttätransistoreilla laitteen läpi kulkee vain yksi virta, jonka teho riippuu sähkömagneettisesta kentästä. Tässä artikkelissa tarkastellaan lähemmin bipolaarisen transistorin toimintaa.

Bipolaaritransistorin suunnittelu.

Bipolaarinen transistori koostuu kolmesta puolijohdekerroksesta ja kahdesta PN-liitoksesta. PNP- ja NPN-transistorit erottuvat reiän ja elektronin johtavuuden vaihtelun tyypistä. Se on samanlainen kuin kaksi kasvotusten kytkettyä diodia tai päinvastoin.

Bipolaarisessa transistorissa on kolme kosketinta (elektrodia). Keskikerroksesta ulos tulevaa kontaktia kutsutaan pohja.Äärimmäisiä elektrodeja kutsutaan keräilijä Ja säteilijä (keräilijä Ja säteilijä). Pohjakerros on hyvin ohut suhteessa kollektoriin ja emitteriin. Tämän lisäksi puolijohdealueet transistorin reunoilla ovat epäsymmetrisiä. Puolijohdekerros kollektorin puolella on hieman paksumpi kuin emitterin puolella. Tämä on välttämätöntä, jotta transistori toimii oikein.

Tarkastellaan bipolaarisen transistorin toiminnan aikana tapahtuvia fyysisiä prosesseja. Otetaan esimerkkinä NPN-malli. PNP-transistorin toimintaperiaate on samanlainen, vain kollektorin ja emitterin välisen jännitteen napaisuus on päinvastainen.

Kuten jo mainittiin artikkelissa puolijohteiden johtavuustyypeistä, P-tyypin aineet sisältävät positiivisesti varautuneita ioneja - reikiä. N-tyypin aine on kyllästetty negatiivisesti varautuneilla elektroneilla. Transistorissa elektronien pitoisuus N-alueella ylittää merkittävästi P-alueen reikien pitoisuuden.

Yhdistetään jännitelähde kollektorin ja emitterin V CE (V CE) välille. Sen vaikutuksesta elektronit ylemmästä N-osasta alkavat vetää plussaan ja kerääntyvät lähelle kollektoria. Virta ei kuitenkaan pääse kulkemaan, koska jännitelähteen sähkökenttä ei saavuta emitteriä. Tämän estää paksu kerros kollektoripuolijohdetta ja kerros peruspuolijohdetta.

Kytketään nyt kannan ja emitterin välinen jännite V BE , mutta huomattavasti pienempi kuin V CE (piitransistoreilla vaadittu V BE minimissään 0,6 V). Koska kerros P on erittäin ohut, plus pohjaan kytketty jännitelähde, se pystyy "päästämään" sähkökentällänsä emitterin N-alueen. Sen vaikutuksen alaisena elektronit ohjataan tukikohtaan. Jotkut niistä alkavat täyttää siellä olevia reikiä (yhdistyä uudelleen). Toinen osa ei löydä vapaata reikää, koska reikien pitoisuus pohjassa on paljon pienempi kuin elektronien pitoisuus emitterissä.

Tämän seurauksena pohjan keskuskerros rikastuu vapailla elektroneilla. Suurin osa niistä menee kohti kollektoria, koska jännite on siellä paljon korkeampi. Tätä helpottaa myös keskikerroksen erittäin pieni paksuus. Osa elektroneista, vaikka ne olisivat paljon pienempiä, virtaavat silti kohti kannan plus-puolta.

Tämän seurauksena saamme kaksi virtaa: pienen - alustasta emitteriin I BE ja suuren - kollektorista emitteriin I CE.

Jos lisäät jännitettä pohjassa, vielä enemmän elektroneja kerääntyy P-kerrokseen. Tämän seurauksena kantavirta kasvaa hieman ja kollektorivirta kasvaa merkittävästi. Täten, perusvirran I pienellä muutoksella B , kollektorin virta I muuttuu suuresti S. Näin tapahtuu. signaalin vahvistus bipolaarisessa transistorissa. Kollektorivirran I C suhdetta kantavirtaan I B kutsutaan virranvahvistukseksi. Nimetty β , hfe tai h21e, riippuen transistorin kanssa suoritettujen laskelmien erityispiirteistä.

Yksinkertaisin bipolaarinen transistorivahvistin

Tarkastellaan yksityiskohtaisemmin signaalin vahvistuksen periaatetta sähkötasossa käyttämällä piirin esimerkkiä. Sallikaa minun tehdä varaus etukäteen, että tämä järjestelmä ei ole täysin oikea. Kukaan ei kytke tasajännitelähdettä suoraan vaihtovirtalähteeseen. Mutta tässä tapauksessa on helpompi ja selkeämpi ymmärtää itse vahvistusmekanismi käyttämällä bipolaarista transistoria. Myös itse laskentatekniikka alla olevassa esimerkissä on jonkin verran yksinkertaistettu.

1. Piirin pääelementtien kuvaus

Oletetaan siis, että meillä on transistori, jonka vahvistus on 200 (β = 200). Kollektoripuolelle kytketään suhteellisen voimakas 20V virtalähde, jonka energian ansiosta tapahtuu vahvistusta. Transistorin pohjasta kytketään heikko 2V virtalähde. Kytkemme siihen sarjaan siniaallon muodossa olevan vaihtojännitelähteen, jonka värähtelyamplitudi on 0,1 V. Tämä on signaali, jota on vahvistettava. Tukiaseman lähellä oleva vastus Rb on välttämätön signaalilähteestä tulevan virran rajoittamiseksi, jonka teho on yleensä pieni.

2. Kantatulovirran I laskenta b

Lasketaan nyt perusvirta I b. Koska kyseessä on vaihtojännite, meidän on laskettava kaksi virta-arvoa - maksimijännitteellä (V max) ja minimillä (V min). Kutsutaan näitä nykyarvoja vastaavasti - I bmax ja I bmin.

Kantavirran laskemiseksi sinun on myös tiedettävä kanta-emitterin jännite V BE. Pohjan ja emitterin välillä on yksi PN-liitos. Osoittautuu, että kantavirta "tapaa" puolijohdediodin polullaan. Jännite, jolla puolijohdediodi alkaa johtaa, on noin 0,6 V. Emme mene yksityiskohtiin diodin virta-jänniteominaisuuksista, ja laskennan yksinkertaisuuden vuoksi otamme likimääräisen mallin, jonka mukaan virtaa kuljettavan diodin jännite on aina 0,6 V. Tämä tarkoittaa, että kannan ja emitterin välinen jännite on V BE = 0,6 V. Ja koska emitteri on kytketty maahan (V E = 0), jännite alustasta maahan on myös 0,6 V (V B = 0,6 V).

Lasketaan I bmax ja I bmin Ohmin lain avulla:

2. Kollektorilähtövirran I C laskenta

Nyt, kun tiedät vahvistuksen (β = 200), voit helposti laskea kollektorivirran maksimi- ja vähimmäisarvot (I cmax ja I cmin).

3. Lähtöjännitteen V out laskenta

Kollektorivirta kulkee vastuksen Rc läpi, jonka olemme jo laskeneet. On vielä korvattava arvot:

4. Tulosten analysointi

Kuten tuloksista voidaan nähdä, V Cmax osoittautui pienemmäksi kuin V Cmin. Tämä johtuu siitä, että vastuksen V Rc jännite vähennetään syöttöjännitteestä VCC. Useimmissa tapauksissa tällä ei kuitenkaan ole väliä, koska olemme kiinnostuneita signaalin muuttuvasta komponentista - amplitudista, joka on kasvanut 0,1 V:sta 1 V:iin. Signaalin taajuus ja sinimuoto eivät ole muuttuneet. Tietenkin suhde V out / V in kymmenen kertaa on kaukana vahvistimen parhaasta indikaattorista, mutta se on varsin sopiva havainnollistamaan vahvistusprosessia.

Tehdään siis yhteenveto bipolaariseen transistoriin perustuvan vahvistimen toimintaperiaatteesta. A virta I b kulkee kannan läpi kuljettaen vakioita ja muuttuvia komponentteja. Vakiokomponentti tarvitaan, jotta kannan ja emitterin välinen PN-liitos alkaa johtaa - "avautuu". Muuttuva komponentti on itse asiassa signaali itse (hyödyllistä tietoa). Transistorin sisällä oleva kollektori-emitterivirta on seuraus kantavirrasta kerrottuna vahvistuksella β. Jännite puolestaan ​​vastuksen Rc yli kollektorin yläpuolella on seurausta kertomalla vahvistettu kollektorivirta vastuksen arvolla.

Siten V out -nasta vastaanottaa signaalin, jolla on lisääntynyt värähtelyamplitudi, mutta jolla on sama muoto ja taajuus. On tärkeää korostaa, että transistori ottaa energiaa vahvistusta varten VCC-virtalähteestä. Jos syöttöjännite on riittämätön, transistori ei voi toimia täysin ja lähtösignaali saattaa vääristyä.

Bipolaaritransistorin toimintatilat

Transistorin elektrodien jännitetasojen mukaisesti sen toimintatilaa on neljä:

• Katkaisutila.
• Aktiivinen tila.
• Kylläisyystila.
• Käänteinen tila.

Katkaisutila

Kun kanta-emitterin jännite on pienempi kuin 0,6 V - 0,7 V, tukiaseman ja emitterin välinen PN-liitos on suljettu. Tässä tilassa transistorilla ei ole kantavirtaa. Tuloksena ei myöskään tule kollektorivirtaa, koska kannassa ei ole vapaita elektroneja, jotka olisivat valmiita liikkumaan kohti kollektorijännitettä. Osoittautuu, että transistori on ikään kuin lukittu, ja he sanovat, että se on sisällä katkaisutila.

Aktiivinen tila

SISÄÄN aktiivinen tila Jännite kannalla on riittävä, jotta kannan ja emitterin välinen PN-liitos aukeaa. Tässä tilassa transistorilla on kanta- ja kollektorivirrat. Kollektorivirta on yhtä suuri kuin perusvirta kerrottuna vahvistuksella. Eli aktiivinen tila on transistorin normaali toimintatila, jota käytetään vahvistukseen.

Kylläisyystila

Joskus perusvirta voi olla liian korkea. Tämän seurauksena syöttöteho ei yksinkertaisesti riitä tarjoamaan sellaista kollektorivirran suuruutta, joka vastaisi transistorin vahvistusta. Kyllästystilassa kollektorivirta on suurin, jonka virtalähde voi tarjota, eikä se riipu perusvirrasta. Tässä tilassa transistori ei pysty vahvistamaan signaalia, koska kollektorivirta ei reagoi perusvirran muutoksiin.

Kyllästystilassa transistorin johtavuus on maksimi, ja se sopii paremmin kytkimen (kytkimen) toimintaan "päällä"-tilassa. Samoin katkaisutilassa transistorin johtavuus on minimaalinen, ja tämä vastaa kytkintä pois päältä.

Käänteinen tila

Tässä tilassa kollektori ja emitteri vaihtavat rooleja: kollektorin PN-liitos on biasoitu eteenpäin ja emitteriliitos on esijännitetty vastakkaiseen suuntaan. Tämän seurauksena virta kulkee alustasta kollektoriin. Kollektoripuolijohdealue on epäsymmetrinen emitteriin nähden ja vahvistus käänteistilassa on pienempi kuin normaalissa aktiivisessa tilassa. Transistori on suunniteltu siten, että se toimii mahdollisimman tehokkaasti aktiivisessa tilassa. Siksi transistoria ei käytännössä käytetä käänteisessä tilassa.

Bipolaarisen transistorin perusparametrit.

Nykyinen voitto– kollektorivirran I C suhde perusvirtaan I B. Nimetty β , hfe tai h21e, riippuen transistoreilla suoritettujen laskelmien erityispiirteistä.

β on vakioarvo yhdelle transistorille, ja se riippuu laitteen fyysisestä rakenteesta. Suuri vahvistus lasketaan sadoissa yksiköissä, pieni vahvistus - kymmenissä. Kahden erillisen samantyyppisen transistorin β voi olla hieman erilainen, vaikka ne olisivat olleet "putkien naapureita" tuotannon aikana. Tämä bipolaarisen transistorin ominaisuus on ehkä tärkein. Jos laitteen muut parametrit voidaan usein jättää huomiotta laskelmissa, virran vahvistus on lähes mahdotonta.

Tuloimpedanssi– transistorin resistanssi, joka "täyttää" kantavirran. Nimetty R sisään (R sisään). Mitä suurempi se on, sitä parempi on laitteen vahvistusominaisuuksille, koska pohjapuolella on yleensä heikko signaalin lähde, jonka on kulutettava mahdollisimman vähän virtaa. Ihanteellinen vaihtoehto on, kun tuloimpedanssi on ääretön.

Keskimääräisen bipolaarisen transistorin R-tulo on useita satoja KΩ (kiloohmia). Tässä bipolaarinen transistori häviää hyvin paljon kenttätransistorille, jossa tuloresistanssi saavuttaa satoja GΩ (gigaohmeja).

Lähtöjohtavuus- transistorin johtavuus kollektorin ja emitterin välillä. Mitä suurempi lähdön konduktanssi, sitä enemmän kollektori-emitterivirtaa pystyy kulkemaan transistorin läpi pienemmällä teholla.

Myös ulostulon johtavuuden kasvaessa (tai lähtöresistanssin pienentyessä) vahvistimen maksimikuorma kasvaa merkityksettömällä kokonaisvahvistuksen häviöllä. Esimerkiksi jos transistori, jolla on alhainen lähtöjohtavuus, vahvistaa signaalia 100 kertaa ilman kuormaa, niin kun 1 KΩ kuorma on kytketty, se vahvistaa jo vain 50 kertaa. Transistorilla, jolla on sama vahvistus mutta korkeampi lähtöjohtavuus, on pienempi vahvistuksen pudotus. Ihanteellinen vaihtoehto on, kun lähdön johtavuus on ääretön (tai lähtövastus R out = 0 (R out = 0)).

Kerran transistorit korvasivat tyhjiöputket. Tämä johtuu siitä, että niillä on pienemmät mitat, korkea luotettavuus ja alhaisemmat tuotantokustannukset. Nyt bipolaaritransistoritovat peruselementtejä kaikissa vahvistuspiireissä.

Se on puolijohdeelementti, jolla on kolmikerroksinen rakenne, joka muodostaa kaksi elektronireikäliitoskohtaa. Siksi transistori voidaan esittää kahtena peräkkäisenä diodina. Riippuen siitä, mitkä ovat tärkeimmät varauksen kantajat, ne erottavat p-n-p Ja n-p-n transistorit.

Pohja– puolijohdekerros, joka on transistorin suunnittelun perusta.

Lähettäjä kutsutaan puolijohdekerrokseksi, jonka tehtävänä on ruiskuttaa varauksen kantajia pohjakerrokseen.

Keräilijä kutsutaan puolijohdekerrokseksi, jonka tehtävänä on kerätä pohjakerroksen läpi kulkevia varauksenkuljettajia.

Tyypillisesti emitteri sisältää paljon suuremman määrän päävarauksia kuin kanta. Tämä on transistorin toiminnan pääedellytys, koska tässä tapauksessa, kun emitteriliitos on eteenpäin esijännitetty, virran määräävät emitterin pääkantajat. Säteilijä pystyy suorittamaan päätehtävänsä - ruiskuttamaan kantoaineita pohjakerrokseen. He yrittävät yleensä tehdä emitterin käänteisvirran mahdollisimman pieneksi. Emitter-enemmistokantoaaltojen kasvu saavutetaan käyttämällä suurta seostusainepitoisuutta.

Tee pohja mahdollisimman ohueksi. Tämä johtuu maksujen kestosta. Varauksenkuljettajien tulee ylittää kanta ja yhdistyä mahdollisimman vähän uudelleen pääkantaajien kanssa saavuttaakseen keräilijän.

Jotta keräilijä voisi paremmin kerätä alustan läpi kulkevaa mediaa, he yrittävät tehdä siitä leveämmän.

Transistorin toimintaperiaate

Katsotaanpa esimerkkiä p-n-p-transistorista.

Ulkoisten jännitteiden puuttuessa kerrosten välille muodostuu potentiaaliero. Risteyksiin asennetaan mahdolliset esteet. Lisäksi, jos emitterissä ja kollektorissa olevien reikien määrä on sama, mahdolliset esteet ovat yhtä leveitä.

Jotta transistori toimisi oikein, emitteriliitoksen on oltava eteenpäin esijännitetty ja kollektoriliitoksen on oltava käänteinen.. Tämä vastaa transistorin aktiivista toimintatilaa. Tällaisen yhteyden muodostamiseen tarvitaan kaksi lähdettä. Lähde, jonka jännite on Ue, on kytketty positiivisella navalla emitteriin ja negatiivisella navalla kantaan. Lähde jännitteellä Uк on kytketty negatiivisella napalla kollektoriin ja positiivisella napalla kantaan. Lisäksi Ue< Uк.

Jännitteen Ue vaikutuksesta emitteriliitos on biasoitu eteenpäin. Kuten tiedetään, kun elektroni-aukko-siirtymä on biasoitu eteenpäin, ulkoinen kenttä on suunnattu vastapäätä siirtymäkenttää ja siten pienentää sitä. Suurin osa kantajista alkaa kulkea siirtymän läpi emitterissä on 1-5 reikää ja pohjassa 7-8 elektronia. Ja koska emitterissä olevien reikien määrä on suurempi kuin elektronien lukumäärä pohjassa, emitterin virta johtuu pääasiassa niistä.

Emitterivirta on emitterivirran reikäkomponentin ja alustan elektronisen komponentin summa.

Koska vain reikäkomponentti on hyödyllinen, elektroniikkakomponentista pyritään tekemään mahdollisimman pieni. Emitteriliitoksen laadullinen ominaisuus on ruiskutussuhde.

He yrittävät tuoda ruiskutuskertoimen lähemmäksi yhtä.

Pohjaan menneet reiät 1-5 kerääntyvät emitteriliitoksen rajalle. Tällöin emitterin läheisyyteen syntyy suuri reikien pitoisuus ja kollektoriliitoksen lähelle pieni pitoisuus, minkä seurauksena reikien diffuusioliike emitteristä kollektoriliitokseen alkaa. Mutta lähellä kollektoriliitoskohtaa reikäpitoisuus pysyy nollana, koska heti kun reiät saavuttavat liitoskohdan, ne kiihtyvät sen sisäisen kentän vaikutuksesta ja ne vedetään pois (vedetään) kollektoriin. Tämä kenttä hylkii elektroneja.

Kun reiät ylittävät pohjakerroksen, ne yhdistyvät uudelleen siellä olevien elektronien kanssa, kuten esimerkiksi reikä 5 ja elektroni 6. Ja koska reikiä tulee jatkuvasti, ne muodostavat ylimääräisen positiivisen varauksen, joten sisään on tultava myös elektroneja, jotka vedetään. kantapään läpi ja muodostavat kantavirran Ibr. Tämä on tärkeä ehto transistorin toiminnalle – pohjassa olevien reikien pitoisuuden tulee olla suunnilleen yhtä suuri kuin elektronien pitoisuus. Toisin sanoen Alustan sähköinen neutraalisuus on varmistettava.

Keräimeen saapuvien reikien määrä on pienempi kuin emitteristä lähtevien reikien määrä pohjassa olevien rekombinoitujen reikien määrällä. Tuo on, Kollektorivirta eroaa emitterin virrasta kantavirran määrällä.

Täältä se näkyy siirtokerroin operaattorit, joita he myös yrittävät tuoda lähemmäs 1:tä.

Transistorin kollektorivirta koostuu reikäkomponentista Icr ja käänteiskollektorivirrasta.

Käänteinen kollektorivirta syntyy kollektoriliitoksen käänteisen esijännityksen seurauksena, joten se koostuu reiän 9 ja elektronin 10 vähemmistökantajista. Juuri siksi, että käänteisvirta muodostuu vähemmistökannettajista, se riippuu vain lämmönmuodostusprosessista, eli lämpötilassa. Siksi sitä usein kutsutaan lämpövirta.

Transistorin laatu riippuu lämpövirran suuruudesta, mitä pienempi se on, sitä parempi transistori.

Kollektorivirta on kytketty emitteriin virransiirtokerroin.

Transistorin virrat voidaan esittää seuraavasti

Tässä artikkelissa keskustelimme niin tärkeästä transistoriparametrista kuin beeta-kerroin (β) . Mutta transistorissa on toinen mielenkiintoinen parametri. Sinänsä hän on merkityksetön, mutta hän voi tehdä paljon bisnestä! Se on kuin kivi, joka joutuu urheilijan lenkkariin: se näyttää pieneltä, mutta aiheuttaa haittaa juostessa. Joten mitä tämä "kivi" häiritsee transistoria? Otetaan selvää...

PN-liitoksen suora ja käänteinen liitäntä

Kuten muistamme, transistori koostuu kolmesta puolijohteesta. , jota kutsumme kanta-emitteriksi emitteriliitos, ja kantakeräimen siirtymä on keräilijän siirto.

Koska tässä tapauksessa meillä on NPN-transistori, se tarkoittaa, että virta kulkee kollektorista emitteriin edellyttäen, että avaamme kannan kohdistamalla siihen yli 0,6 voltin jännite (no niin, että transistori avautuu) .

Otetaan hypoteettisesti ohut, ohut veitsi ja leikataan emitteri suoraan PN-liitosta pitkin. Päädymme johonkin tämän kaltaiseen:

Lopettaa! Onko meillä diodi? Kyllä, hän on se! Muista, että artikkelissa virta-jänniteominaisuus (CVC) tarkasteltiin diodin CVC:tä:

Virta-jännite-ominaiskäyrän oikealla puolella näemme kuinka kaavion haara lensi erittäin jyrkästi ylöspäin. Tässä tapauksessa asetimme diodille vakiojännitteen näin, eli se oli diodin suora liitäntä.

Diodi kulki sähkövirran läpi itsensä. Teimme jopa kokeita diodin suoralla ja käänteisellä kytkennällä. Ne, jotka eivät muista, voivat lukea sen.

Mutta jos muutat napaisuutta

silloin diodimme ei läpäise virtaa. Meille on aina opetettu tällä tavalla, ja siinä on totuutta, mutta... maailmamme ei ole ihanteellinen).

Kuinka PN-liitos toimii? Kuvittelimme sen suppiloksi. Joten tähän piirustukseen

suppilomme käännetään ylösalaisin kohti puroa

Veden virtaussuunta on sähkövirran suunta. Suppilo on diodi. Mutta vesi, joka pääsi suppilon kapean kaulan läpi? Mitä sitä voi kutsua? Ja sitä kutsutaan PN-liitoksen käänteinen virta (palaan).

Mitä mieltä olet, jos lisäät veden virtausnopeutta, lisääntyykö suppilon kapean kaulan läpi kulkevan veden määrä? Ehdottomasti! Tämä tarkoittaa, että jos lisäät jännitettä U arr., niin käänteisvirta kasvaa minä arr., jonka näemme diodin virta-jännite-ominaisuuden kaavion vasemmalla puolella:

Mutta mihin rajaan veden virtausnopeutta voidaan lisätä? Jos se on hyvin suuri, suppilomme ei kestä, seinät halkeilevat ja se lentää palasiksi, eikö niin? Siksi jokaiselle diodille löydät parametrin, kuten U kierros max, jonka ylittäminen vastaa diodilla kuolemaa.

Esimerkiksi diodille D226B:

U kierros max= 500 volttia ja suurin käänteispulssi U arr. im.max= 600 volttia. Mutta muista, että elektroniset piirit on suunniteltu, kuten sanotaan, "30% marginaalilla". Ja vaikka piirissä diodin käänteinen jännite on 490 volttia, piiriin asennetaan diodi, joka kestää yli 600 volttia. On parempi olla leikkiä kriittisillä arvoilla). Pulssin käänteinen jännite on äkillinen jännitepiikki, joka voi saavuttaa jopa 600 voltin amplitudin. Mutta tässäkin on parempi ottaa pienellä marginaalilla.

Joten... miksi puhun tästä kaikesta diodista ja diodista... On kuin tutkisimme transistoreja. Mutta mitä tahansa voidaan sanoa, diodi on rakennuspalikka transistorin rakentamisessa. Joten jos käytämme käänteistä jännitettä kollektoriliitokseen, käänteinen virta kulkee liitoksen läpi, kuten diodissa? Tarkalleen. Ja tätä transistorin parametria kutsutaan . Merkitsemme sitä nimellä Minä KBO, porvariston keskuudessa - Olen CBO. Tarkoittaa "virta kollektorin ja kannan välillä, emitteri auki". Karkeasti sanottuna emitterijalka ei tartu mihinkään ja roikkuu ilmassa.

Kerääjän käänteisen virran mittaamiseksi riittää näiden yksinkertaisten piirien kokoaminen:

NPN-transistorille PNP-transistorille

Piitransistoreilla käänteisen kollektorin virta on alle 1 µA, germaniumtransistoreilla: 1-30 µA. Koska mittaan vain 10 µA, eikä minulla ole germaniumtransistoreja käsillä, en voi suorittaa tätä kokeilua, koska laitteen resoluutio ei salli sitä.

Emme ole vieläkään vastanneet kysymykseen, miksi kollektorin käänteisvirta on niin tärkeä ja lueteltu hakuteoksissa? Asia on siinä, että toiminnan aikana transistori hajottaa jonkin verran tehoa avaruuteen, mikä tarkoittaa, että se lämpenee. Käänteinen kollektorivirta on hyvin riippuvainen lämpötilasta ja kaksinkertaistaa arvon jokaista 10 celsiusastetta kohti. Ei, mutta mikä on vialla? Anna sen kasvaa, se ei näytä häiritsevän ketään.

Käänteisen kollektorivirran vaikutus

Asia on, että joissakin kytkentäpiireissä osa tästä virrasta kulkee emitteriliitoksen läpi. Ja kuten muistamme, kantavirta kulkee emitteriliitoksen läpi. Mitä suurempi ohjausvirta (perusvirta), sitä suurempi on ohjattu virta (kollektorivirta). Keskustelimme tästä artikkelissa. Näin ollen pieninkin muutos kantavirrassa johtaa suureen muutokseen kollektorivirrassa ja koko piiri alkaa toimia väärin.

Kuinka torjua käänteistä keräinvirtaa

Tämä tarkoittaa, että transistorin tärkein vihollinen on lämpötila. Kuinka radioelektronisten laitteiden (REA) kehittäjät taistelevat sitä vastaan?

- käytä transistoreita, joissa käänteisen kollektorivirran arvo on hyvin pieni. Nämä ovat tietysti piitransistoreita. Pieni vihje - piitransistorien merkintä alkaa kirjaimilla "KT", mikä tarkoittaa TO vyö T transistori.

- sellaisten piirien käyttö, jotka minimoivat kollektorin käänteisvirran.

Käänteinen kollektorivirta on tärkeä transistorin parametri. Se on annettu kunkin transistorin tietolomakkeessa. Piireissä, joita käytetään äärimmäisissä lämpötiloissa, kollektorin paluuvirralla on erittäin suuri rooli. Siksi, jos kokoat piiriä, joka ei käytä jäähdytintä ja tuuletinta, on tietysti parempi ottaa transistorit, joilla on minimaalinen käänteinen kollektorivirta.