Transistors bipolaires: circuits de commutation. Schéma de commutation sur un transistor bipolaire avec un émetteur commun

Les transistors bipolaires constituent un type de dispositif semi-conducteur à trois électrodes. Les circuits de commutation dépendent de leur conductivité (trou ou électronique) et des fonctions qu'ils remplissent.

Classification

Les transistors sont divisés en groupes:

1. À base de matériaux: l'arséniure de gallium et le silicium sont les plus couramment utilisés.
2. Par fréquence du signal: faible (jusqu'à 3 MHz), moyenne (jusqu'à 30 MHz), élevée (jusqu'à 300 MHz), ultra-élevée (au-dessus de 300 MHz).
3. Dissipation de puissance maximale: jusqu'à 0,3 W, jusqu'à 3 W, plus de 3 W.
4. Par type d'appareil: trois couches semi-conductrices connectées avec des changements alternés dans les modes avant et arrière de conductivité des impuretés.

Comment fonctionnent les transistors?

Les couches externe et interne du transistor sont connectées aux électrodes conductrices, appelées respectivement émetteur, collecteur et base.

L'émetteur et le collecteur ne diffèrent pas l'un de l'autretypes de conductivité, mais le degré de dopage avec des impuretés dans ce dernier est beaucoup plus faible. Cela garantit une augmentation de la tension de sortie autorisée.

La base, qui est la couche intermédiaire, a un grandrésistance, car il est constitué d'un semi-conducteur légèrement dopé. Il a une surface de contact importante avec le collecteur, ce qui améliore l'élimination de la chaleur générée en raison de la polarisation inverse de la transition, et facilite également le passage des porteurs minoritaires - les électrons. Malgré le fait que les couches de transition sont basées sur le même principe, le transistor est un dispositif asymétrique. Lors du changement des emplacements des couches extrêmes avec la même conductivité, il est impossible d'obtenir des paramètres similaires d'un dispositif à semi-conducteur.

Les circuits de commutation de transistors bipolaires sont capables degardez-le dans deux états: il peut être ouvert ou fermé. En mode actif, lorsque le transistor est passant, la polarisation de l'émetteur de la jonction se fait dans le sens direct. Pour bien considérer cela, par exemple, sur une triode semi-conductrice du type n-p-n, une tension doit lui être appliquée à partir de sources, comme le montre la figure ci-dessous.

La limite à la deuxième jonction de collecteur estfermé et aucun courant ne doit le traverser. Mais en pratique, l'inverse se produit en raison de la proximité des transitions les unes par rapport aux autres et de leur influence mutuelle. Puisque le «moins» de la batterie est connecté à l'émetteur, la jonction ouverte permet aux électrons d'entrer dans la zone de base, où ils se recombinent partiellement avec des trous - les principaux porteurs. Courant de base I_b... Plus il est fort, plus le courant de sortie est proportionnellement élevé. Les amplificateurs sur transistors bipolaires fonctionnent sur ce principe.

Seule la diffusion se produit à travers la base.mouvement d'électrons, car il n'y a pas d'action d'un champ électrique. En raison de l'épaisseur de couche insignifiante (microns) et de la grande valeur du gradient de concentration des particules chargées négativement, presque toutes tombent dans la zone du collecteur, bien que la résistance de base soit assez élevée. Là, ils sont attirés par le champ électrique de transition, ce qui facilite leur transfert actif. Les courants de collecteur et d'émetteur sont pratiquement égaux l'un à l'autre, si l'on néglige la perte insignifiante de charges provoquée par la recombinaison dans la base: I_e = Je_b + Je_à.

Paramètres du transistor

1. Gain de tension U_eq/ U_bae et courant: β = I_à/ JE_b (valeurs réelles). Habituellement, le coefficient β ne dépasse pas 300, mais peut atteindre 800 et plus.
2. Impédance d'entrée.
3. Réponse en fréquence - l'opérabilité du transistor jusqu'à une fréquence donnée, au-delà de laquelle les processus transitoires ne suivent pas le rythme des changements du signal fourni.

Transistor bipolaire: circuits de commutation, modes de fonctionnement

Les modes de fonctionnement diffèrent selon lecomment le circuit est assemblé. Le signal doit être appliqué et supprimé en deux points pour chaque cas, et il n'y a que trois bornes disponibles. Il s'ensuit qu'une électrode doit appartenir simultanément à l'entrée et à la sortie. Cela active tous les transistors bipolaires. Schémas d'inclusion: OB, OE et OK.

1. Schéma avec OK

Schéma de mise en marche d'un transistor bipolaire avec un collecteur commun: le signal va à la résistance R_L, qui est également inclus dans le circuit collecteur. Cette connexion est appelée un circuit collecteur commun.

Cette option crée uniquement un gain de courant. L'avantage de l'émetteur suiveur est la création d'une grande résistance d'entrée (10-500 kOhm), ce qui permet d'adapter commodément les étages.

2. Schéma avec OB

Schéma de commutation sur un transistor bipolaire avec une base commune: le signal d'entrée passe par C₁, et après que l'amplification est supprimée dans le circuit collecteur de sortie, où l'électrode de base est commune. Dans ce cas, un gain de tension est créé similaire à l'utilisation d'un OE.

L'inconvénient est la faible résistance de l'entrée (30-100 Ohm) et le circuit avec OB est utilisé comme oscillateur.

3. Schéma avec OE

Dans de nombreux cas, lorsque des transistors bipolaires sont utilisés, les circuits de commutation sont principalement constitués d'un émetteur commun. La tension d'alimentation est fournie par la résistance pull-up R_L, et le pôle négatif de l'alimentation externe est connecté à l'émetteur.

Le signal alternatif de l'entrée va à l'émetteur et aux électrodes de base (V_dans), et dans le circuit collecteur, sa valeur augmente (V_CE). Éléments du circuit principal: transistor, résistance R_L et un circuit de sortie d'amplificateur alimenté de l'extérieur. Auxiliaire: condensateur C₁, qui empêche le passage du courant continu dans le circuit du signal d'entrée appliqué, et la résistance R₁à travers lequel le transistor s'ouvre.

Dans le circuit collecteur, la tension à la sortie du transistor et aux bornes de la résistance R_L ensemble sont égaux à la valeur de la FEM: V_CC = Je_DER_L + V_CE.

Ainsi, un petit signal V_dans en entrée, la loi de variation de la constantealimentation en tension alternative à la sortie du convertisseur à transistor commandé. Le circuit fournit une augmentation du courant d'entrée de 20 à 100 fois et de la tension de 10 à 200 fois. En conséquence, la puissance est également augmentée.

Inconvénient du circuit: faible résistance d'entrée (500-1000 ohms). Pour cette raison, il y a des problèmes dans la formation d'étages d'amplification. L'impédance de sortie est de 2 à 20 kΩ.

Les schémas ci-dessous montrent commenttransistor bipolaire. Si aucune mesure supplémentaire n'est prise, des influences externes telles que la surchauffe et la fréquence du signal affecteront considérablement leurs performances. De plus, la mise à la terre de l'émetteur crée une distorsion harmonique à la sortie. Pour augmenter la fiabilité de fonctionnement, des rétroactions, des filtres, etc. sont connectés dans le circuit Dans ce cas, le gain diminue, mais le dispositif devient plus efficace.

Modes de fonctionnement

La fonction du transistor est influencée par la valeur de la tension connectée. Tous les modes de fonctionnement peuvent être représentés si le circuit présenté précédemment pour la mise sous tension d'un transistor bipolaire avec un émetteur commun est utilisé.

1. Mode de coupure

Ce mode est créé lorsque la valeur de tension V_ÊTRE diminue à 0,7 V. Dans ce cas, la jonction de l'émetteur se ferme et il n'y a pas de courant de collecteur, car il n'y a pas d'électrons libres dans la base. Ainsi, le transistor est verrouillé.

2. Mode actif

Si une tension suffisante est appliquée à la base,pour ouvrir le transistor, un petit courant d'entrée apparaît et une sortie accrue, en fonction de l'amplitude du gain. Ensuite, le transistor agira comme un amplificateur.

3. Mode de saturation

Le mode diffère du mode actif en ce que le transistors'ouvre complètement et le courant du collecteur atteint la valeur maximale possible. Son augmentation ne peut être obtenue qu'en modifiant l'EMF ou la charge appliquée dans le circuit de sortie. Lorsque le courant de base change, le courant du collecteur ne change pas. Le mode saturation est caractérisé par le fait que le transistor est extrêmement ouvert, et ici il sert d'interrupteur à l'état passant. Les circuits de mise en marche des transistors bipolaires en combinant les modes de coupure et de saturation permettent de créer des clés électroniques avec leur aide.

Tous les modes de fonctionnement dépendent de la nature des caractéristiques de sortie indiquées dans le graphique.

Ils peuvent être clairement mis en évidence si un circuit de commutation sur un transistor bipolaire avec un OE est assemblé.

Si l'on met sur les axes des ordonnées et des abscisses les segments correspondant au courant de collecteur maximum possible et à la valeur de la tension d'alimentation V_CC, puis connectez leurs extrémités ensemble, vous obtenez une ligne de charge (rouge). Il est décrit par l'expression: I_DE = (V_CC - V_CE) / R_DE... Il ressort de la figure que le point de fonctionnement qui détermine le courant de collecteur I_DE et tension V_CE, se déplacera le long de la ligne de charge de bas en haut avec l'augmentation du courant de base I_{Dans le}.

Zone entre l'axe V_CE et la première caractéristique de sortie (grisée), où I_{Dans le} = 0, caractérise le mode de coupure. Dans ce cas, le courant inverse I_DE est négligeable et le transistor est fermé.

La caractéristique la plus élevée au point A croise la charge directe, après quoi, avec une nouvelle augmentation de I_{Dans le} le courant du collecteur ne change plus. La zone de saturation sur le graphique est la zone ombrée entre l'axe I_DE et la caractéristique la plus cool.

Comment le transistor se comporte-t-il dans différents modes?

Le transistor fonctionne avec des signaux variables ou constants entrant dans le circuit d'entrée.

Transistor bipolaire: circuits de commutation, amplificateur

Pour la plupart, le transistor sert deamplificateur. Un signal alternatif à l'entrée entraîne une modification de son courant de sortie. Ici, vous pouvez appliquer des schémas avec OK ou OE. Le signal nécessite une charge dans le circuit de sortie. Habituellement, une résistance est installée dans le circuit du collecteur de sortie. Si elle est sélectionnée correctement, la tension de sortie sera nettement supérieure à la tension d'entrée.

Le fonctionnement de l'amplificateur est clairement visible sur les chronogrammes.

Lorsque les signaux pulsés sont convertis, le mode reste le même que pour les signaux sinusoïdaux. La qualité de transformation de leurs composantes harmoniques est déterminée par les caractéristiques de fréquence des transistors.

Fonctionnement en mode de commutation

Les commutateurs à transistors sont conçus pourcommutation sans contact des connexions dans les circuits électriques. Le principe est un changement progressif de la résistance du transistor. Le type bipolaire est tout à fait adapté aux exigences clés de l'appareil.

Conclusion

Les éléments semi-conducteurs sont utilisés dans les circuitsconvertir des signaux électriques. Des capacités universelles et une large classification permettent une utilisation généralisée des transistors bipolaires. Les schémas de connexion déterminent leurs fonctions et modes de fonctionnement. Beaucoup dépend aussi des caractéristiques.

Les circuits de base pour la commutation de transistors bipolaires amplifient, génèrent et convertissent les signaux d'entrée et commutent également les circuits électriques.