Un tipo de dispositivo semiconductor de tres electrodos son los transistores bipolares. Los circuitos de conmutación dependen del tipo de conductividad que tengan (hueca o electrónica) y las funciones que realizan.
Clasificación
Los transistores se dividen en grupos:
- Basado en materiales: el arseniuro de galio y el silicio son los más utilizados.
- Por frecuencia de señal: baja (hasta 3 MHz), media (hasta 30 MHz), alta (hasta 300 MHz), ultra alta (por encima de 300 MHz).
- Según la disipación de potencia máxima: hasta 0,3 W, hasta 3 W, más de 3 W.
- Por tipo de dispositivo: tres capas semiconductoras conectadas con cambios alternos en los métodos directo e inverso de conductividad de impurezas.
¿Cómo funcionan los transistores?
Las capas exterior e interior del transistor están conectadas a los electrodos de plomo, denominados respectivamente emisor, colector y base.
Emisor y colector son lo mismotipos de conductividad, pero el grado de dopaje con impurezas en este último es mucho menor. Esto asegura un aumento en la tensión de salida permitida.
La base, que es la capa intermedia, tiene una granresistencia, ya que está hecho de semiconductor ligeramente dopado. Tiene un área de contacto significativa con el colector, lo que mejora la eliminación del calor generado debido a la polarización inversa de la transición, y también facilita el paso de portadores minoritarios: electrones. A pesar de que las capas de transición se basan en el mismo principio, el transistor es un dispositivo desequilibrado. Al cambiar los lugares de las capas extremas con la misma conductividad, es imposible obtener parámetros similares de un dispositivo semiconductor.
Los circuitos de conmutación de transistores bipolares son capaces demanténgalo en dos estados: puede estar abierto o cerrado. En modo activo, cuando el transistor está encendido, la polarización del emisor de la unión se realiza en la dirección de avance. Para considerar esto claramente, por ejemplo, en un triodo semiconductor del tipo n-p-n, se le debe aplicar voltaje de fuentes, como se muestra en la figura siguiente.
El límite en la segunda unión del colector escerrado, y no debe fluir corriente a través de él. Pero en la práctica, sucede lo contrario debido a la ubicación cercana de las transiciones entre sí y su influencia mutua. Dado que el "menos" de la batería está conectado al emisor, la unión abierta permite que los electrones entren en la zona base, donde se recombinan parcialmente con los agujeros, los portadores principales. Se forma la corriente base Ib... Cuanto más fuerte es, proporcionalmente mayor es la corriente de salida. Los amplificadores de transistores bipolares funcionan según este principio.
Solo la difusión ocurre a través de la base.movimiento de electrones, ya que no hay acción de un campo eléctrico. Debido al insignificante espesor de capa (micrones) y al gran valor del gradiente de concentración de partículas cargadas negativamente, casi todas caen en la zona del colector, aunque la resistencia base es bastante alta. Allí son atraídos por el campo eléctrico de transición, que promueve su transferencia activa. Las corrientes de colector y emisor son prácticamente iguales entre sí, si descuidamos la insignificante pérdida de cargas provocada por la recombinación en la base: Ieh = Yb + Yoa.
Parámetros de transistor
- Ganancia de voltaje Ueq/ Ubae y corriente: β = Ia/ Ib (valores actuales). Normalmente, el coeficiente β no supera los 300, pero puede llegar a 800 o más.
- Impedancia de entrada.
- Respuesta de frecuencia: la operabilidad del transistor hasta una frecuencia determinada, por encima de la cual los procesos transitorios en él no siguen el ritmo de los cambios en la señal suministrada.
Transistor bipolar: circuitos de conmutación, modos de funcionamiento
Los modos de funcionamiento difieren según elcómo se ensambla el circuito. La señal debe aplicarse y eliminarse en dos puntos para cada caso, y solo hay tres terminales disponibles. De ello se deduce que un electrodo debe pertenecer simultáneamente a la entrada y la salida. Esto enciende los transistores bipolares. Esquemas de inclusión: OB, OE y OK.
1. Esquema con OK
Esquema para encender un transistor bipolar con un colector común: la señal se alimenta a la resistencia RL, que también se incluye en el circuito colector. Esta conexión se denomina circuito colector común.
Esta opción solo crea ganancia de corriente. La ventaja del seguidor de emisor es la creación de una gran resistencia de entrada (10-500 kOhm), lo que permite combinar convenientemente las etapas.
2. Esquema con OB
Esquema para encender un transistor bipolar con una base común: la señal de entrada llega a través de C1, y después de que se elimine la amplificación en el circuito del colector de salida, donde el electrodo base es común. En este caso, se crea una ganancia de voltaje similar a trabajar con un OE.
La desventaja es la baja resistencia de la entrada (30-100 Ohm) y el circuito con OB se usa como oscilador.
3. Esquema con OE
En muchos casos, cuando se utilizan transistores bipolares, los circuitos de conmutación se fabrican predominantemente con un emisor común. La tensión de alimentación se suministra a través de la resistencia pull-up RL, y el polo negativo de la fuente de alimentación externa está conectado al emisor.
La señal alterna de la entrada va al emisor y a los electrodos base (Ven), y en el circuito colector aumenta su valor (VCE). Elementos básicos del circuito: transistor, resistencia RL y un circuito de salida de amplificador alimentado externamente. Auxiliar: condensador C1, que evita el paso de corriente continua al circuito de la señal de entrada aplicada, y la resistencia R1a través del cual se abre el transistor.
En el circuito colector, el voltaje en la salida del transistor y a través de la resistencia RL juntos son iguales al valor de la EMF: VCC = YCPL + VCE.
Por lo tanto, una pequeña señal Ven en la entrada, la ley de cambio de constanteSuministro de voltaje a CA en la salida del convertidor de transistor controlado. El circuito proporciona un aumento en la corriente de entrada de 20 a 100 veces y el voltaje, de 10 a 200 veces. En consecuencia, también aumenta la potencia.
Desventaja del circuito: baja resistencia de entrada (500-1000 ohmios). Por esta razón, existen problemas en la formación de etapas de amplificación. La impedancia de salida es de 2 a 20 kΩ.
Los siguientes diagramas demuestran cómotransistor bipolar. Si no toma medidas adicionales, las influencias externas, como el sobrecalentamiento y la frecuencia de la señal, afectarán en gran medida su rendimiento. Además, la conexión a tierra del emisor crea una distorsión armónica en la salida. Para aumentar la fiabilidad de funcionamiento, se conectan en el circuito retroalimentaciones, filtros, etc. En este caso, la ganancia disminuye, pero el dispositivo se vuelve más eficiente.
Modos de funcionamiento
La función del transistor está influenciada por el valor del voltaje conectado. Se pueden mostrar todos los modos de operación si se usa el circuito presentado anteriormente para encender un transistor bipolar con un emisor común.
1. Modo de corte
Este modo se crea cuando el valor de voltaje VSER disminuye a 0,7 V. En este caso, la unión del emisor se cierra y no hay corriente de colector, ya que no hay electrones libres en la base. Por tanto, el transistor está bloqueado.
2. Modo activo
Si se aplica suficiente voltaje a la base,para abrir el transistor, aparece una pequeña corriente de entrada y una salida aumentada, dependiendo de la magnitud de la ganancia. Entonces el transistor actuará como amplificador.
3. Modo de saturación
El modo difiere del modo activo en que el transistorse abre completamente y la corriente del colector alcanza el valor máximo posible. Su aumento solo se puede lograr cambiando la EMF aplicada o la carga en el circuito de salida. Cuando cambia la corriente base, la corriente del colector no cambia. El modo de saturación se caracteriza por el hecho de que el transistor está extremadamente abierto y aquí sirve como interruptor en el estado de encendido. Los circuitos para encender transistores bipolares cuando se combinan los modos de corte y saturación permiten crear llaves electrónicas con su ayuda.
Todos los modos de funcionamiento dependen de la naturaleza de las características de salida que se muestran en el gráfico.
Pueden demostrarse claramente si se ensambla un circuito para encender un transistor bipolar con un OE.
Si posponemos en los ejes de ordenadas y abscisas los segmentos correspondientes a la máxima corriente de colector posible y el valor de la tensión de alimentación VCC, y luego conectar sus extremos entre sí, se obtiene una línea de carga (roja). Se describe con la expresión: IC = (VCC - VCE) / RC... De la figura se deduce que el punto de funcionamiento que determina la corriente del colector IC y voltaje VCE, se desplazará a lo largo de la línea de carga de abajo hacia arriba con el aumento de la corriente base IEn el.
Zona entre eje VCE y la primera característica de salida (sombreada), donde yoEn el = 0, caracteriza el modo de corte. En este caso, la corriente inversa IC insignificante, y el transistor está apagado.
La característica más alta en el punto A se cruza con la carga directa, después de lo cual, con un aumento adicional en IEn el la corriente del colector ya no cambia. La zona de saturación en el gráfico es el área sombreada entre el eje IC y la característica más genial.
¿Cómo se comporta el transistor en diferentes modos?
El transistor opera con señales variables o constantes que ingresan al circuito de entrada.
Transistor bipolar: circuitos de conmutación, amplificador
En su mayor parte, el transistor sirve comoamplificador. Una señal alterna en la entrada provoca un cambio en su corriente de salida. Aquí puede aplicar esquemas con OK u OE. La señal requiere una carga en el circuito de salida. Por lo general, se utiliza una resistencia instalada en el circuito del colector de salida. Si se selecciona correctamente, el voltaje de salida será significativamente más alto que el voltaje de entrada.
El funcionamiento del amplificador es claramente visible en los diagramas de tiempo.
Cuando se convierten las señales pulsadas, el modo sigue siendo el mismo que para las sinusoidales. La calidad de conversión de sus componentes armónicos está determinada por las características de frecuencia de los transistores.
Operación de modo de conmutación
Los interruptores de transistor están diseñados paraConmutación sin contacto de conexiones en circuitos eléctricos. El principio es un cambio gradual en la resistencia del transistor. El tipo bipolar es bastante adecuado para los requisitos clave del dispositivo.
Conclusión
Los elementos semiconductores se utilizan en circuitos.conversión de señales eléctricas. Las capacidades universales y una gran clasificación permiten el uso generalizado de transistores bipolares. Los diagramas de conexión determinan sus funciones y modos de funcionamiento. Mucho también depende de las características.
Los circuitos básicos para encender transistores bipolares amplifican, generan y convierten señales de entrada y también conmutan circuitos eléctricos.
