Bipolární tranzistory: spínací obvody. Schéma spínání bipolárního tranzistoru se společným emitorem

Jedním typem tříelektrodového polovodičového zařízení jsou bipolární tranzistory. Spínací obvody závisí na tom, jaký druh vodivosti mají (dírový nebo elektronický) a na funkcích, které vykonávají.

Klasifikace

Tranzistory jsou rozděleny do skupin:

1. Na základě materiálů: Nejčastěji se používá arzenid galia a křemík.
2. Podle frekvence signálu: nízká (až 3 MHz), střední (až 30 MHz), vysoká (až 300 MHz), ultra vysoká (nad 300 MHz).
3. Podle maximálního ztrátového výkonu: až 0,3 W, až 3 W, více než 3 W.
4. Podle typu zařízení: tři spojené polovodičové vrstvy se střídavými změnami v dopředném a zpětném režimu vodivosti nečistot.

Jak fungují tranzistory?

Vnější a vnitřní vrstva tranzistoru jsou připojeny k olověným elektrodám, nazývaným vysílač, kolektor a základna.

Vysílač a kolektor se navzájem nelišítypy vodivosti, ale stupeň dotování nečistotami v nich je mnohem nižší. Tím je zajištěno zvýšení přípustného výstupního napětí.

Základna, která je střední vrstvou, má velkouodpor, protože je vyroben z lehce dopovaného polovodiče. Má významnou kontaktní plochu s kolektorem, což zlepšuje odvod tepla generovaného reverzním zkreslením přechodu a také usnadňuje průchod menšinových nosičů - elektronů. Navzdory skutečnosti, že přechodové vrstvy jsou založeny na stejném principu, je tranzistor nevyvážené zařízení. Při změně míst extrémních vrstev se stejnou vodivostí není možné získat podobné parametry polovodičového zařízení.

Bipolární tranzistorové spínací obvody jsou schopnéudržujte jej ve dvou stavech: může být otevřený nebo zavřený. V aktivním režimu, když je tranzistor zapnutý, se předpětí emitoru spojení provádí v dopředném směru. Abychom to jasně zvážili, například na polovodičové triodě typu n-p-n, napětí by na ni mělo být přiváděno ze zdrojů, jak je znázorněno na obrázku níže.

Hranice na druhém kolektorovém uzlu jeuzavřený a neměl by jím protékat žádný proud. V praxi se však opak děje kvůli blízkému umístění přechodů k sobě a jejich vzájemnému ovlivňování. Vzhledem k tomu, že „minus“ baterie je připojen k emitoru, otevřený přechod umožňuje elektronům vstoupit do základní zóny, kde se částečně rekombinují s otvory - hlavními nosiči. Vytvoří se základní proud I_b... Čím je silnější, tím je úměrně větší výstupní proud. Na tomto principu fungují bipolární tranzistorové zesilovače.

Pouze difúzí dochází skrz základnu.pohyb elektronů, protože nedochází k působení elektrického pole. Vzhledem k nevýznamné tloušťce vrstvy (mikrony) a velké hodnotě koncentračního gradientu negativně nabitých částic téměř všechny spadají do oblasti kolektoru, přestože odpor báze je poměrně vysoký. Tam jsou vtaženi přechodovým elektrickým polem, které podporuje jejich aktivní přenos. Kolektorové a emitorové proudy jsou si navzájem prakticky stejné, pokud pomineme nevýznamnou ztrátu nábojů způsobenou rekombinací v základně: I_uh = A_b + Já_na.

Parametry tranzistoru

1. Zisk napětí U_ekv/ U_miláček a proud: β = I_na/ Já_b (skutečné hodnoty). Koeficient β obvykle nepřesahuje 300, ale může dosáhnout 800 a výše.
2. Vstupní impedance.
3. Frekvenční odezva - provozuschopnost tranzistoru až do dané frekvence, nad kterou přechodové procesy v ní nedrží krok se změnami dodávaného signálu.

Bipolární tranzistor: spínací obvody, provozní režimy

Provozní režimy se liší v závislosti najak je obvod sestaven. Signál musí být aplikován a odstraněn ve dvou bodech pro každý případ a jsou k dispozici pouze tři kolíky. Z toho vyplývá, že jedna elektroda musí současně patřit na vstup a výstup. Tím se zapnou všechny bipolární tranzistory. Integrační schémata: OB, OE a OK.

1. Schéma pomocí OK

Schéma zapnutí bipolárního tranzistoru se společným kolektorem: signál je přiveden na odpor R_L, který je také součástí kolektorového obvodu. Toto připojení se nazývá společný kolektorový obvod.

Tato možnost vytváří pouze aktuální zisk. Výhodou sledovače emitoru je vytvoření velkého vstupního odporu (10-500 kOhm), který umožňuje pohodlné přizpůsobení stupňů.

2. Schéma s OB

Schéma zapnutí bipolárního tranzistoru se společnou základnou: vstupní signál prochází C₁a poté, co je zesílení odstraněno ve výstupním kolektorovém obvodu, kde je základní elektroda společná. V tomto případě je vytvořen napěťový zisk podobný práci s OE.

Nevýhodou je nízký odpor vstupu (30-100 Ohm) a obvod s OB je použit jako oscilátor.

3. Schéma s OE

V mnoha případech, když jsou použity bipolární tranzistory, spínací obvody jsou převážně vyrobeny se společným emitorem. Napájecí napětí je dodáváno přes výsuvný odpor R_L, a záporný pól externího napájecího zdroje je připojen k emitoru.

Střídavý signál ze vstupu jde na emitor a základní elektrodu (V._v) a v kolektorovém obvodu nabývá na hodnotě (V_CE). Základní prvky obvodu: tranzistor, odpor R_L a externě napájený výstupní obvod zesilovače. Pomocný: kondenzátor C₁, který brání průchodu stejnosměrného proudu do obvodu aplikovaného vstupního signálu, a rezistoru R₁přes který se tranzistor otevírá.

V kolektorovém obvodu je napětí na výstupu z tranzistoru a přes odpor R_L společně se rovnají hodnotě EMF: V_CC = A_CP_L + B_CE.

Malý signál V_v na vstupu zákon variace konstantynapájecí napětí do AC na výstupu měniče řízeného tranzistoru. Obvod poskytuje zvýšení vstupního proudu 20-100krát a napětí-10-200krát. V souladu s tím se také zvýší výkon.

Nevýhoda obvodu: nízký vstupní odpor (500-1000 ohmů). Z tohoto důvodu existují problémy při tvorbě amplifikačních stupňů. Výstupní impedance je 2-20 kOhm.

Níže uvedené diagramy ukazují, jakbipolární tranzistor. Pokud nepřijmete další opatření, vnější vlivy, jako je přehřátí a frekvence signálu, výrazně ovlivní jejich výkon. Uzemnění emitoru také vytváří na výstupu harmonické zkreslení. Pro zvýšení spolehlivosti provozu jsou v obvodu zapojeny zpětné vazby, filtry atd. V tomto případě zisk klesá, ale zařízení se stává efektivnějším.

Provozní režimy

Funkce tranzistoru je ovlivněna hodnotou připojeného napětí. Všechny režimy provozu lze zobrazit, pokud je použit dříve představený obvod pro zapnutí bipolárního tranzistoru se společným emitorem.

1. Cutoff mode

Tento režim se vytvoří, když hodnota napětí V_BÝT klesá na 0,7 V. V tomto případě se přechod emitoru zavře a neexistuje žádný kolektorový proud, protože v základně nejsou žádné volné elektrony. Tranzistor je tedy zablokován.

2. Aktivní režim

Pokud je na základnu aplikováno dostatečné napětí,k otevření tranzistoru se objeví malý vstupní proud a zvýšený výkon, v závislosti na velikosti zisku. Poté bude tranzistor fungovat jako zesilovač.

3. Režim sytosti

Režim se liší od aktivního režimu v tom, že tranzistorúplně se otevře a kolektorový proud dosáhne maximální možné hodnoty. Jeho zvýšení lze dosáhnout pouze změnou aplikovaného EMF nebo zátěže ve výstupním obvodu. Když se změní základní proud, kolektorový proud se nezmění. Režim nasycení je charakterizován skutečností, že tranzistor je extrémně otevřený a zde slouží jako spínač v zapnutém stavu. Obvody pro zapnutí bipolárních tranzistorů při kombinaci režimů cut-off a saturace umožňují vytvářet s jejich pomocí elektronické klíče.

Všechny režimy provozu závisí na povaze výstupních charakteristik uvedených v grafu.

Lze je názorně předvést, pokud je sestaven obvod pro spínání bipolárního tranzistoru s OE.

Odložíme -li na osy souřadnic a úseček úseky odpovídající maximálnímu možnému kolektorovému proudu a hodnotě napájecího napětí V_CC, a poté spojte jejich konce k sobě, získáte zatěžovací čáru (červená). Je popsán výrazem: I_C = (B_CC - V_CE) / R._C... Z obrázku vyplývá, že pracovní bod, který určuje kolektorový proud I_C a napětí V_CE, se bude posouvat podél zatěžovací linie zdola nahoru se zvyšujícím se základním proudem I_V.

Zóna mezi osou V_CE a první výstupní charakteristika (stínovaná), kde I_V = 0, charakterizuje režim přerušení. V tomto případě je zpětný proud I_C zanedbatelný a tranzistor je uzavřen.

Nejvyšší charakteristika v bodě A se protíná s přímým zatížením, načež s dalším zvýšením I_V kolektorový proud se již nemění. Zóna nasycení v grafu je stínovaná oblast mezi osou I._C a nejlepší vlastnost.

Jak se tranzistor chová v různých režimech?

Tranzistor pracuje s proměnnými nebo konstantními signály vstupujícími do vstupního obvodu.

Bipolární tranzistor: spínací obvody, zesilovač

Tranzistor většinou slouží jakozesilovač. Střídavý signál na vstupu vede ke změně jeho výstupního proudu. Zde můžete použít schémata s OK nebo OE. Signál vyžaduje zátěž ve výstupním obvodu. Obvykle se používá rezistor nainstalovaný v obvodu výstupního kolektoru. Při správném výběru bude výstupní napětí výrazně vyšší než vstupní.

Činnost zesilovače je jasně vidět na časovacích diagramech.

Při převodu pulzních signálů zůstává režim stejný jako u sinusových. Kvalita transformace jejich harmonických složek je dána frekvenční charakteristikou tranzistorů.

Spínací režim

Tranzistorové spínače jsou určeny probezkontaktní přepínání zapojení v elektrických obvodech. Principem je postupná změna odporu tranzistoru. Bipolární typ je docela vhodný pro požadavky klíčového zařízení.

Závěr

V obvodech se používají polovodičové prvkypřevod elektrických signálů. Univerzální schopnosti a velká klasifikace umožňují široké využití bipolárních tranzistorů. Schémata připojení určují jejich funkce a režimy provozu. Hodně také závisí na vlastnostech.

Základní obvody pro spínání bipolárních tranzistorů zesilují, generují a převádějí vstupní signály a také spínají elektrické obvody.