Биполярни транзистори: комутационни вериги. Схема за включване на биполярен транзистор с общ излъчвател

Един тип три електроди полупроводникови устройства

класификация

Транзисторите са разделени на групи:

1. Въз основа на материали: най-често се използват галиев арсенид и силиций.
2. Чрез честота на сигнала: ниска (до 3 MHz), средна (до 30 MHz), висока (до 300 MHz), ултра-висока (над 300 MHz).
3. Според максималното разсейване на мощност: до 0,3 W, до 3 W, повече от 3 вата.
4. Според вида на устройството: три свързани слоя на полупроводник с алтернативно изменение на преките и обратните методи на проводимост на примесите.

Как функционират транзисторите?

Външният и вътрешният слой на транзистора са свързани към захранващите електроди, наречени съответно емитер, колектор и основа.

Емитиращият и колекторът не се различават по видове проводимост, но степента на допинг с примеси в тях е много по-ниска. Това осигурява увеличение на допустимото изходно напрежение.

Основата, която е средният слой, има голяма устойчивост, тъй като е направена от полупроводник със слаб допинг. Той има голяма контактна зона с колектора, което подобрява разсейването на топлината, дължащо се на обратното отклонение от прехода, и улеснява преминаването на малцинствените превозвачи - електрони. Въпреки факта, че преходните слоеве се основават на един принцип, транзисторът е асиметрично устройство. При смяна на местата на външните слоеве със същата проводимост е невъзможно да се получат аналогични параметри на полупроводниковото устройство.

Схеми на включване биполярни транзистори те могат да я подкрепят в две държави: тя може да бъде отворена или затворена. В активния режим, когато транзисторът е отворен, преместването на емитерния възел се извършва в посока напред. За да видим това ясно, например, на полупроводников триод от тип n-p-n, той трябва да бъде захранван с напрежение от източниците, както е показано на фигурата по-долу.

Границата на второто колекторно кръстовище е затворена и през нея токът не трябва да тече. Но на практика, обратното се случва поради близкото разположение на преходите един към друг и тяхното взаимно влияние. Тъй като "минусът" на акумулатора е свързан към емитера, отворен преход позволява на електроните да влязат в основната зона, където те са частично рекомбинирани с дупки - основните носители. Базовият ток I_б. Колкото по-силно е, толкова по-пропорционален е изходен ток. По този принцип усилвателите работят с биполярни транзистори.

Чрез основата има изключително дифузивно движение на електрони, тъй като няма действие на електрическото поле. Поради незначителната дебелина на слоя (микрони) и големия размер градиент на концентрацията негативно заредени частици, почти всички от тях попадат в областта на колектора, въпреки че съпротивлението на основата е достатъчно голямо. Там те са привлечени от електрическото поле на прехода, което допринася за тяхното активно прехвърляне. Колекторът и емитерните токове са на практика равни една на друга, ако пренебрегнем незначителната загуба на такси, причинена от рекомбинация в основата: I_д = I_б + аз_за.

Параметри на транзисторите

1. Коефициентите на усилване на напрежението U_Ек/ U_BE и ток: бета- = I_за/ I_б (действителни стойности). Обикновено съотношението бета- не надвишава 300, но може да достигне 800 или повече.
2. Входно съпротивление.
3. Честотна характеристика - работата на транзистора до определена честота, при която прекомерните преходи в него не се справят с промените в доставения сигнал.

Биполярен транзистор: комутационни вериги, режими на работа

Режимите на работа се различават в зависимост от това как е монтирана веригата. Сигналът трябва да се захранва и фотографира в две точки за всеки случай и са налице само три изхода. Оттук следва, че един електрод трябва едновременно да принадлежи към входа и изхода. Това включва всички биполярни транзистори. Схеми на включване: OB, OE и OK.

1. Схема с OK

Диаграма на свързване биполярен транзистор с общ колектор: сигналът отива към резистора R_L, който също влиза в колекторната верига. Тази връзка се нарича обща колекторна верига.

Тази опция създава само текуща печалба. Предимството на емитерния последовател е да създаде голямо съпротивление на входа (10-500 kOhm), което го прави удобно да се координират каскадите.

2. Схемата с ОБ

Схемата за включване на биполярен транзистор с обща основа: входящият сигнал се подава през С₁, и след усилването се отстранява в изходната колекторна верига, където основният електрод е общ. В този случай се създава подобрение на напрежението, аналогично на работата с УО.

Недостатъкът е малката съпротива на входа (30-100 ома), а схемата с OB се използва като осцилатор.

3. Схема с OE

В много случаи, когато се използват биполярни транзистори, превключвателните схеми за предпочитане се правят с общ емитер. Захранващото напрежение се захранва чрез издърпващ резистор R_L, а отрицателният полюс на външното захранване е свързан към излъчвателя.

Редуващият се сигнал от входа отива към електродите на емитер и основата (V_в), а в колекторната верига тя вече е по-голяма в магнитуд (V_CE). Основните елементи на веригата: транзистор, резистор R_L и изходна верига на усилвателя с външно захранване. Допълнителен: кондензатор C₁, предотвратявайки преминаването на постоянен ток в схемата на подадения входен сигнал и резистора R₁, през който се отваря транзисторът.

В колекторната верига, напрежението на изхода на транзистора и резистора R_L заедно са равни на стойността emf: V_CC = I_CR_L + V_CE.

По този начин, малък сигнал V_в на входа е даден законът за промяната на захранващото напрежение DC към променливата на изхода на управляващия транзисторен преобразувател. Веригата осигурява увеличение на входния ток от 20-100 пъти, а напрежението - в 10-200 пъти. Съответно, мощността също се увеличава.

Недостатък на схемата: малка съпротива на входа (500-1000 ома). По тази причина възникват проблеми при формирането на каскади на усилване. Изходното съпротивление е 2-20 kΩ.

Горните диаграми показват как работи биполярен транзистор. Ако не предприемете допълнителни мерки, тяхното изпълнение ще бъде силно повлияно от външни влияния, като прегряване и честота на сигнала. Също така, земята на емитер създава нелинейни изкривявания на изхода. За да се подобри надеждността на работата, веригите за обратна връзка, филтрите и т.н. са свързани в схемата. Същевременно коефициентът на усилване намалява, но устройството става по-ефективно.

Режими на работа

Функцията на транзистора се влияе от стойността на свързаното напрежение. Всички режими на работа могат да бъдат показани, ако се използва предишната схема за включване на биполярен транзистор с общ емитер.

1. Режим на изключване

Този режим се създава, когато стойността на напрежението V_BE се редуцира до 0,7 V. В този случай връзката на емитер се затваря и токът на колектора отсъства, тъй като в основата няма свободни електрони. По този начин транзисторът е заключен.

2. Активен режим

Ако достатъчно напрежение е приложено към основата за отваряне на транзистора, има малък входен ток и увеличен изход, в зависимост от стойността на печалбата. Тогава транзисторът ще работи като усилвател.

3. Режим на насищане

Режимът се различава от активния в това, че транзисторът е напълно отворен и токът на колектора достига максималната възможна стойност. Увеличаването му може да бъде постигнато само чрез промяна на приложения ЕМФ или натоварване във изходната верига. Когато базовият ток се промени, токът на колектора не се променя. Режимът на насищане се характеризира с факта, че транзисторът е изключително отворен и тук той служи като превключвател в състояние включено. Схемите за превключване на биполярни транзистори при комбиниране на режимите на прекъсване и насищане позволяват създаване на електронни ключове с тяхна помощ.

Всички режими на работа зависят от характера на изходните характеристики, показани на графиката.

Те могат да бъдат визуално демонстрирани, ако е сглобена схема за свързване на биполярен транзистор с ОЕ.

Ако ние описваме осите на ордината и абсциса сегменти, съответстващи на максималния възможен колекторен ток и величината на захранващото напрежение V_CC, и след това свържете краищата си един към друг, вие получавате линия на натоварване (червено). Тя се описва от израза: I_C = (V_CC - V_CE) / R_C. От фигурата следва, че работната точка, която определя тока на колектора I_C и напрежението V_CE, ще се премести по дължината на товарната линия отдолу нагоре с увеличаващия се базов ток I_В.

Зона между оста V_CE и първата характеристика на изхода (сенчести), където I_В = 0, характеризира режима на изключване. В този случай обратният ток I_C е незначителен и транзисторът е затворен.

Най-високата характеристика в точка А се пресича с директното натоварване, след което с по-нататъшно увеличение на I_В токът на колектора вече не се променя. Зоната на насищане в графиката е сенчестата зона между оста I_C и най-яката характеристика.

Как се държи транзисторът в различни режими?

Транзисторът работи с променливи или постоянни сигнали, влизащи във входната верига.

Биполярен транзистор: комутационни вериги, усилвател

В по-голямата си част транзисторът служи като усилвател. Променлив входен сигнал променя своя изходен ток. Тук можете да приложите схеми с OK или с OE. В изходната схема е необходим сигнал за сигнала. Обикновено резистор е инсталиран в изходната колекторна верига. Ако го изберете правилно, изходното напрежение ще бъде много по-високо от входното напрежение.

Работата на усилвателя е ясно видима във времевите диаграми.

Когато импулсните сигнали се преобразуват, режимът остава същият като при синусоидалните сигнали. Качеството на преобразуване на техните хармонични компоненти се определя от честотните характеристики на транзисторите.

Работа в режим на превключване

Транзисторни ключове са предназначени за безконтактно превключване на връзки в електрически вериги. Принципът е стъпкова промяна в съпротивлението на транзистора. Биполярният тип е доста подходящ за изискванията на ключовото устройство.

заключение

Полупроводникови елементи се използват в електрически вериги за преобразуване на сигнали. Универсалните възможности и голямата класификация позволяват широко използване на биполярни транзистори. Превключвателните схеми определят техните функции и режими на работа. Много зависи и от характеристиките.

Основните схеми на включване на биполярни транзистори усилват, генерират и конвертират входните сигнали, а също и превключват електрическите вериги.