Bipolartransistoren: Schaltkreis. Das Schema der Einbeziehung eines Bipolartransistors mit einem gemeinsamen Emitter

Eine Art von Drei-Elektroden-Halbleiterbauelement sind Bipolartransistoren. Schaltkreise hängen davon ab, welche Leitfähigkeit sie haben (Loch oder elektronisch) und welche Funktionen sie ausführen.

Klassifizierung

Transistoren sind in Gruppen unterteilt:

1. Basierend auf Materialien: Galliumarsenid und Silizium werden am häufigsten verwendet.
2. Nach Signalfrequenz: niedrig (bis zu 3 MHz), mittel (bis zu 30 MHz), hoch (bis zu 300 MHz), ultrahoch (über 300 MHz).
3. Entsprechend der maximalen Verlustleistung: bis zu 0,3 W, bis zu 3 W, mehr als 3 W.
4. Nach Gerätetyp: drei verbundene Halbleiterschichten mit abwechselnden Änderungen der Vorwärts- und Rückwärtsmethoden der Leitfähigkeit von Verunreinigungen.

Wie funktionieren Transistoren?

Die äußere und innere Schicht des Transistors sind mit den Leitelektroden verbunden, die jeweils als Emitter, Kollektor und Basis bezeichnet werden.

Emitter und Sammler sind gleichArten der Leitfähigkeit, aber der Grad der Dotierung mit Verunreinigungen in letzteren ist viel geringer. Dies stellt eine Erhöhung der zulässigen Ausgangsspannung sicher.

Die Basis, die die mittlere Schicht ist, hat eine großeWiderstand, da es aus leicht dotiertem Halbleiter besteht. Es hat eine signifikante Kontaktfläche mit dem Kollektor, was die Abfuhr von Wärme verbessert, die aufgrund der umgekehrten Vorspannung des Übergangs freigesetzt wird, und auch den Durchgang von Minoritätsträgern - Elektronen - erleichtert. Trotz der Tatsache, dass die Übergangsschichten auf dem gleichen Prinzip basieren, ist der Transistor eine unsymmetrische Vorrichtung. Wenn die Stellen der extremen Schichten mit der gleichen Leitfähigkeit geändert werden, ist es unmöglich, ähnliche Parameter eines Halbleiterbauelements zu erhalten.

Bipolartransistor-Schaltkreise sind dazu in der LageHalten Sie es in zwei Zuständen: Es kann offen oder geschlossen sein. Im aktiven Modus erfolgt bei eingeschaltetem Transistor die Emittervorspannung des Übergangs in Vorwärtsrichtung. Um dies beispielsweise bei einer Halbleitertriode vom Typ n-p-n klar zu berücksichtigen, sollte eine Spannung von Quellen an sie angelegt werden, wie in der folgenden Abbildung gezeigt.

Die Grenze am zweiten Kollektorübergang gleichzeitiggeschlossen, und es sollte kein Strom durchfließen. In der Praxis geschieht das Gegenteil jedoch aufgrund der engen Lage der Übergänge zueinander und ihrer gegenseitigen Beeinflussung. Da das "Minus" der Batterie mit dem Emitter verbunden ist, können Elektronen über den offenen Übergang in die Basiszone gelangen, wo sie sich teilweise mit Löchern - den Hauptträgern - rekombinieren. Der Basisstrom I wird gebildet_b... Je stärker es ist, desto proportional größer ist der Ausgangsstrom. Bipolartransistorverstärker arbeiten nach diesem Prinzip.

Es erfolgt nur eine Diffusion durch die Basis.Bewegung von Elektronen, da kein elektrisches Feld einwirkt. Aufgrund der unbedeutenden Schichtdicke (Mikrometer) und des großen Wertes des Konzentrationsgradienten negativ geladener Teilchen fallen fast alle in den Kollektorbereich, obwohl der Basiswiderstand recht hoch ist. Dort werden sie vom elektrischen Übergangsfeld angezogen, das ihre aktive Übertragung fördert. Die Kollektor- und Emitterströme sind praktisch gleich, wenn wir den unbedeutenden Ladungsverlust vernachlässigen, der durch die Rekombination in der Basis verursacht wird: I._äh = Und_b + I._zu.

Transistorparameter

1. Spannungsverstärkung U._Gl/ U._bae und Strom: β = I._zu/ ICH_b (Istwerte). Typischerweise überschreitet der β-Koeffizient 300 nicht, kann jedoch 800 und höher erreichen.
2. Eingangsimpedanz.
3. Frequenzgang - Die Funktionsfähigkeit des Transistors bis zu einer bestimmten Frequenz, bei deren Überschreitung die darin enthaltenen Übergangsprozesse nicht mit den Änderungen des zugeführten Signals Schritt halten.

Bipolartransistor: Schaltkreise, Betriebsarten

Die Betriebsarten unterscheiden sich je nachwie die Schaltung zusammengebaut ist. Das Signal muss jeweils an zwei Punkten angelegt und entfernt werden, und es sind nur drei Pins verfügbar. Daraus folgt, dass eine Elektrode gleichzeitig zum Eingang und Ausgang gehören muss. Dadurch werden alle Bipolartransistoren eingeschaltet. Einschlussschemata: OB, OE und OK.

1. Schema mit OK

Schema zum Einschalten eines Bipolartransistors mit einem gemeinsamen Kollektor: Das Signal geht an den Widerstand R._L, die auch in der Kollektorschaltung enthalten ist. Diese Verbindung wird als gemeinsame Kollektorschaltung bezeichnet.

Diese Option erzeugt nur die aktuelle Verstärkung. Der Vorteil des Emitterfolgers ist die Erzeugung eines großen Eingangswiderstands (10-500 kOhm), der eine bequeme Anpassung der Stufen ermöglicht.

2. Schema mit OB

Schema zum Einschalten eines Bipolartransistors mit einer gemeinsamen Basis: Das Eingangssignal kommt über C.₁und nachdem die Verstärkung in der Ausgangskollektorschaltung entfernt wurde, wo die Basiselektrode gemeinsam ist. In diesem Fall wird eine Spannungsverstärkung ähnlich wie beim Arbeiten mit einer OE erzeugt.

Der Nachteil ist der niedrige Widerstand des Eingangs (30-100 Ohm) und die Schaltung mit OB wird als Oszillator verwendet.

3. Schema mit OE

In vielen Fällen werden bei Verwendung von Bipolartransistoren Schaltkreise überwiegend mit einem gemeinsamen Emitter hergestellt. Die Versorgungsspannung wird über den Pull-up-Widerstand R geliefert_Lund der negative Pol der externen Stromversorgung ist mit dem Emitter verbunden.

Ein Wechselsignal vom Eingang geht zu den Emitter- und Basiselektroden (V._im) und in der Kollektorschaltung wird der Wert größer (V._CE). Grundlegende Schaltungselemente: Transistor, Widerstand R._L und eine extern versorgte Verstärkerausgangsschaltung. Hilfs: Kondensator C.₁Dies verhindert den Durchgang von Gleichstrom in die Schaltung des angelegten Eingangssignals und des Widerstands R.₁durch die sich der Transistor öffnet.

In der Kollektorschaltung ist die Spannung am Ausgang des Transistors und über dem Widerstand R._L zusammen sind gleich dem Wert der EMF: V._CC = Und_CP_L + V._CE.

Somit ist ein kleines Signal V._im am Eingang das Variationsgesetz der KonstanteVersorgungsspannung zum Wechsel am Ausgang des gesteuerten Transistorwandlers. Die Schaltung erhöht den Eingangsstrom um das 20-100-fache und die Spannung um das 10-200-fache. Dementsprechend wird auch die Leistung erhöht.

Nachteil der Schaltung: niedriger Eingangswiderstand (500-1000 Ohm). Aus diesem Grund gibt es Probleme bei der Bildung von Amplifikationsstufen. Die Ausgangsimpedanz beträgt 2-20 kOhm.

Die folgenden Diagramme zeigen, wieBipolartransistor. Wenn Sie keine zusätzlichen Maßnahmen ergreifen, wirken sich externe Einflüsse wie Überhitzung und Signalfrequenz stark auf deren Leistung aus. Außerdem erzeugt die Emittererdung eine harmonische Verzerrung am Ausgang. Um die Zuverlässigkeit des Betriebs zu erhöhen, sind Rückkopplungen, Filter usw. in der Schaltung angeschlossen. In diesem Fall nimmt die Verstärkung ab, aber das Gerät wird effizienter.

Betriebsarten

Die Funktion des Transistors wird durch den Wert der angeschlossenen Spannung beeinflusst. Alle Betriebsarten können gezeigt werden, wenn die zuvor vorgestellte Schaltung zum Einschalten eines Bipolartransistors mit einem gemeinsamen Emitter verwendet wird.

1. Abschaltmodus

Dieser Modus wird erzeugt, wenn der Spannungswert V erreicht wird_SEIN nimmt auf 0,7 V ab. In diesem Fall schließt der Emitterübergang und es gibt keinen Kollektorstrom, da sich keine freien Elektronen in der Basis befinden. Somit ist der Transistor verriegelt.

2. Aktiver Modus

Wenn genügend Spannung an die Basis angelegt wird,Zum Öffnen des Transistors erscheint ein kleiner Eingangsstrom und ein erhöhter Ausgang, abhängig von der Größe der Verstärkung. Dann wirkt der Transistor als Verstärker.

3. Sättigungsmodus

Der Modus unterscheidet sich vom aktiven Modus dadurch, dass der Transistoröffnet sich vollständig und der Kollektorstrom erreicht den maximal möglichen Wert. Seine Erhöhung kann nur durch Ändern der angelegten EMK oder Last im Ausgangsstromkreis erreicht werden. Wenn sich der Basisstrom ändert, ändert sich der Kollektorstrom nicht. Der Sättigungsmodus ist dadurch gekennzeichnet, dass der Transistor extrem offen ist und hier im eingeschalteten Zustand als Schalter dient. Schaltungen zum Einschalten von Bipolartransistoren beim Kombinieren von Abschalt- und Sättigungsmodi ermöglichen es, mit ihrer Hilfe elektronische Schlüssel zu erstellen.

Alle Betriebsarten hängen von der Art der in der Grafik gezeigten Ausgabeeigenschaften ab.

Sie können deutlich demonstriert werden, wenn eine Schaltung zum Einschalten eines Bipolartransistors mit einer OE zusammengebaut ist.

Verschieben wir die Segmente der Ordinaten und Abszissen auf die Segmente, die dem maximal möglichen Kollektorstrom und dem Wert der Versorgungsspannung V entsprechen_CCWenn Sie dann ihre Enden miteinander verbinden, erhalten Sie eine Ladeleitung (rot). Es wird durch den Ausdruck beschrieben: I._C = (V._CC - V._CE) / R._C... Aus der Figur folgt, dass der Arbeitspunkt den Kollektorstrom I bestimmt_C und Spannung V._CEverschiebt sich mit zunehmendem Basisstrom I entlang der Lastlinie von unten nach oben_{In der}.

Zone zwischen V-Achse_CE und die erste Ausgangscharakteristik (schattiert), wobei I._{In der} = 0, kennzeichnet den Abschaltmodus. In diesem Fall ist der Rückstrom I._C vernachlässigbar und der Transistor ist ausgeschaltet.

Die oberste Kennlinie am Punkt A schneidet sich mit der direkten Last, wonach sich I weiter erhöht_{In der} Der Kollektorstrom ändert sich nicht mehr. Die Sättigungszone im Diagramm ist der schattierte Bereich zwischen der I-Achse_C und die coolste Eigenschaft.

Wie verhält sich der Transistor in verschiedenen Modi?

Der Transistor arbeitet mit variablen oder konstanten Signalen, die in die Eingangsschaltung eintreten.

Bipolartransistor: Schaltkreise, Verstärker

Zum größten Teil dient der Transistor alsVerstärker. Ein Wechselsignal am Eingang führt zu einer Änderung seines Ausgangsstroms. Hier können Sie Schemata mit OK oder mit OE anwenden. Das Signal erfordert eine Last im Ausgangsstromkreis. Normalerweise wird ein Widerstand verwendet, der in der Ausgangskollektorschaltung installiert ist. Bei richtiger Auswahl ist die Ausgangsspannung deutlich höher als die Eingangsspannung.

Der Betrieb des Verstärkers ist in den Zeitdiagrammen deutlich sichtbar.

Wenn gepulste Signale konvertiert werden, bleibt der Modus der gleiche wie für sinusförmige. Die Umwandlungsqualität ihrer harmonischen Komponenten wird durch die Frequenzeigenschaften der Transistoren bestimmt.

Schaltmodusbetrieb

Transistorschalter sind für ausgelegtberührungsloses Schalten von Verbindungen in Stromkreisen. Das Prinzip ist eine schrittweise Änderung des Widerstands des Transistors. Der bipolare Typ ist für die wichtigsten Geräteanforderungen gut geeignet.

Fazit

Halbleiterelemente werden in Schaltungen verwendetUmwandlung elektrischer Signale. Universelle Fähigkeiten und eine große Klassifizierung ermöglichen die weit verbreitete Verwendung von Bipolartransistoren. Anschlusspläne bestimmen deren Funktionen und Betriebsarten. Viel hängt auch von den Eigenschaften ab.

Grundschaltungen zum Einschalten von Bipolartransistoren verstärken, erzeugen und wandeln Eingangssignale und schalten auch elektrische Schaltungen.