Bipolārie tranzistori: komutācijas shēma. Bipolārā tranzistora ķēde ar kopēju emitētāju

Viens no trīs elektrodu pusvadītāju ierīču veidiem ir bipolāri tranzistori. Pārslēgšanas ķēdes ir atkarīgas no to vadītspējas veida (caurums vai elektronika) un funkcijām, ko tās veic.

Klasifikācija

Tranzistori ir sadalīti grupās:

1. Pamatojoties uz materiāliem: visbiežāk tiek izmantoti gallija arsenīds un silīcijs.
2. Pēc signāla frekvences: zems (līdz 3 MHz), vidējs (līdz 30 MHz), augsts (līdz 300 MHz), īpaši augsts (virs 300 MHz).
3. Saskaņā ar maksimālo jaudas izkliedi: līdz 0,3 W, līdz 3 W, vairāk nekā 3 W.
4. Pēc ierīces veida: trīs savienoti pusvadītāju slāņi ar mainīgām izmaiņām piemaisījumu vadītspējas virzienā uz priekšu un atpakaļ.

Kā darbojas tranzistori?

Tranzistora ārējais un iekšējais slānis ir savienots ar svina elektrodiem, ko attiecīgi sauc par emitētāju, kolektoru un pamatni.

Emitētājs un savācējs ir vienādivadītspējas veidi, bet dopinga pakāpe ar piemaisījumiem pēdējā ir daudz zemāka. Tas nodrošina pieļaujamā izejas sprieguma palielināšanos.

Pamatnei, kas ir vidējais slānis, ir lielapretestību, jo tas ir izgatavots no viegli leģēta pusvadītāja. Tam ir ievērojama saskares zona ar kolektoru, kas uzlabo pārejas reversās novirzes dēļ radītā siltuma noņemšanu, kā arī atvieglo mazākuma nesēju - elektronu - pāreju. Neskatoties uz to, ka pārejas slāņi ir balstīti uz to pašu principu, tranzistors ir nelīdzsvarota ierīce. Mainot galējo slāņu vietas ar tādu pašu vadītspēju, nav iespējams iegūt līdzīgus pusvadītāju ierīces parametrus.

Bipolāro tranzistoru komutācijas shēmas spējglabājiet to divos stāvokļos: tas var būt atvērts vai aizvērts. Aktīvajā režīmā, kad tranzistors ir ieslēgts, savienojuma izstarotāja novirze tiek veikta uz priekšu. Lai to skaidri apsvērtu, piemēram, n-p-n tipa pusvadītāju triodam, tam jāpieliek spriegums no avotiem, kā parādīts attēlā zemāk.

Robeža otrā kolektora krustojumā vienlaikusaizvērts, un caur to nedrīkst plūst strāva. Bet praksē notiek otrādi, pateicoties pāreju tuvumam un savstarpējai ietekmei. Tā kā akumulatora "mīnus" ir savienots ar emitētāju, atvērtais savienojums ļauj elektroniem iekļūt bāzes zonā, kur tie daļēji rekombinējas ar caurumiem - galvenajiem nesējiem. Tiek veidota bāzes strāva I_b... Jo spēcīgāks tas ir, proporcionāli lielāka ir izejas strāva. Bipolārie tranzistoru pastiprinātāji darbojas pēc šī principa.

Tikai difūzija notiek caur pamatni.elektronu kustība, jo nav elektriskā lauka darbības. Sakarā ar nenozīmīgo slāņa biezumu (mikroni) un negatīvi lādēto daļiņu koncentrācijas gradienta lielo vērtību, gandrīz visas tās iekrīt kolektora zonā, lai gan bāzes pretestība ir diezgan augsta. Tur tos ievelk pārejas elektriskais lauks, kas veicina to aktīvo pārnešanu. Kolektora un izstarotāja strāvas ir praktiski vienādas viena ar otru, ja mēs neņemam vērā nenozīmīgo lādiņu zudumu, ko izraisa rekombinācija bāzē: I_uh = Es_b + Es_uz.

Tranzistora parametri

1. Sprieguma pieaugums U_ekv/ U_bae un strāva: β = I_uz/ Es_b (faktiskās vērtības). Parasti β koeficients nepārsniedz 300, bet var sasniegt 800 un vairāk.
2. Ieejas pretestība.
3. Frekvences reakcija - tranzistora darbība līdz noteiktai frekvencei, kuru pārsniedzot, tajā esošie pārejas procesi neatpaliek no piegādātā signāla izmaiņām.

Bipolārais tranzistors: komutācijas shēmas, darbības režīmi

Darbības režīmi atšķiras atkarībā nokā tiek montēta ķēde. Signāls jāpiemēro un jānoņem divos punktos katram gadījumam, un ir pieejami tikai trīs termināļi. No tā izriet, ka vienam elektrodam vienlaikus jāpieder ieejai un izejai. Tas ieslēdz visus bipolāros tranzistorus. Iekļaušanas shēmas: OB, OE un OK.

1. Shēma ar OK

Shēma bipolārā tranzistora ieslēgšanai ar kopēju kolektoru: signāls iet uz rezistoru R_L, kas ir iekļauts arī kolektora ķēdē. Šo savienojumu sauc par kopējo kolektora ķēdi.

Šī opcija rada tikai pašreizējo peļņu. Emitētāja sekotāja priekšrocība ir lielas ieejas pretestības radīšana (10-500 kOhm), kas ļauj ērti saskaņot posmus.

2. Shēma ar OB

Shēma bipolārā tranzistora ieslēgšanai ar kopēju bāzi: ieejas signāls nāk caur C₁, un pēc pastiprināšanas tiek noņemts izejas kolektora ķēdē, kur bāzes elektrods ir izplatīts. Šajā gadījumā tiek radīts sprieguma pieaugums, kas līdzīgs darbam ar OE.

Trūkums ir zema ieejas pretestība (30-100 omi), un ķēde ar OB tiek izmantota kā oscilators.

3. Shēma ar OE

Daudzos gadījumos, kad tiek izmantoti bipolāri tranzistori, pārslēgšanas shēmas pārsvarā tiek veidotas ar kopēju emitētāju. Barošanas spriegums tiek piegādāts caur uzvilkšanas rezistoru R_L, un ārējā barošanas avota negatīvais pols ir pievienots emitētājam.

Mainīgais signāls no ieejas nonāk emitenta un bāzes elektrodos (V._iekšā), un kolektora ķēdē tā vērtība kļūst lielāka (V_CE). Pamata ķēdes elementi: tranzistors, rezistors R_L un pastiprinātāja izejas ķēde ar ārēju barošanu. Palīgiekārta: kondensators C.₁, kas novērš tiešās strāvas iekļūšanu pielietotā ieejas signāla ķēdē, un rezistoru R₁caur kuru atveras tranzistors.

Kolektora ķēdē spriegums pie tranzistora izejas un pāri rezistoram R_L kopā ir vienādi ar EML vērtību: V_CC = Es_ArR_L + B_CE.

Tādējādi neliels signāls V_iekšā pie ievades, konstantes variācijas likumsbarošanas spriegums maiņstrāvai pie kontrolētā tranzistora pārveidotāja izejas. Ķēde nodrošina ieejas strāvas palielināšanos 20-100 reizes, bet spriegumu-10-200 reizes. Attiecīgi tiek palielināta arī jauda.

Ķēdes trūkums: zema ieejas pretestība (500-1000 omi). Šī iemesla dēļ ir problēmas pastiprināšanas posmu veidošanā. Izejas pretestība ir 2-20 kOhm.

Zemāk redzamās diagrammas parāda, kābipolārs tranzistors. Ja neveicat papildu pasākumus, ārējā ietekme, piemēram, pārkaršana un signāla frekvence, ievērojami ietekmēs to darbību. Arī emitētāja zemējums rada harmonisku izkropļojumu pie izejas. Lai palielinātu darbības uzticamību, ķēdē ir pievienotas atsauksmes, filtri utt.Šajā gadījumā pastiprinājums samazinās, bet ierīce kļūst efektīvāka.

Darbības režīmi

Tranzistora funkciju ietekmē pievienotā sprieguma vērtība. Visus darbības režīmus var parādīt, ja tiek izmantota iepriekš parādītā shēma bipolārā tranzistora ar kopēju emitētāju ieslēgšanai.

1. Izslēgšanas režīms

Šis režīms tiek izveidots, kad sprieguma vērtība V_BE samazinās līdz 0,7 V. Šajā gadījumā emitera savienojums aizveras, un nav kolektora strāvas, jo pamatnē nav brīvu elektronu. Tādējādi tranzistors ir bloķēts.

2. Aktīvais režīms

Ja pamatnei tiek piemērots pietiekams spriegums,lai atvērtu tranzistoru, parādās neliela ieejas strāva un palielināta izeja atkarībā no pastiprinājuma lieluma. Tad tranzistors darbosies kā pastiprinātājs.

3. Piesātinājuma režīms

Režīms no aktīvā režīma atšķiras ar tranzistorupilnībā atveras un kolektora strāva sasniedz maksimālo iespējamo vērtību. Tās palielinājumu var panākt, tikai mainot pielietoto EMF vai slodzi izejas ķēdē. Mainoties bāzes strāvai, kolektora strāva nemainās. Piesātinājuma režīmu raksturo fakts, ka tranzistors ir ārkārtīgi atvērts, un šeit tas kalpo kā slēdzis ieslēgtā stāvoklī. Ķēdes bipolāru tranzistoru ieslēgšanai, apvienojot izslēgšanas un piesātinājuma režīmus, ar to palīdzību ļauj izveidot elektroniskās atslēgas.

Visi darbības režīmi ir atkarīgi no grafikā parādīto izvades raksturlielumu rakstura.

Tos var skaidri parādīt, ja ir samontēta ķēde bipolārā tranzistora ieslēgšanai ar OE.

Ja uz ordinātu un abscisu asīm atliekam segmentus, kas atbilst maksimālajai iespējamai kolektora strāvai un barošanas sprieguma V vērtībai_CC, un pēc tam savienojiet to galus savā starpā, iegūstot slodzes līniju (sarkana). To raksturo izteiciens: I_Ar = (B_CC - IN_CE) / R_Ar... No attēla izriet, ka darba punkts, kas nosaka kolektora strāvu I_Ar un spriegums V._CE, mainīsies pa slodzes līniju no apakšas uz augšu, palielinoties bāzes strāvai I_Tajā.

Zona starp V asi_CE un pirmais izvades raksturojums (iekrāsots), kur es_Tajā = 0, raksturo izslēgšanas režīmu. Šajā gadījumā apgrieztā strāva I_Ar niecīgs, un tranzistors ir aizvērts.

Augstākais raksturlielums punktā A krustojas ar tiešo slodzi, pēc tam, vēl vairāk palielinoties I_Tajā kolektora strāva vairs nemainās. Piesātinājuma zona grafikā ir ēnota zona starp I asi_Ar un stilīgākā īpašība.

Kā tranzistors darbojas dažādos režīmos?

Tranzistors darbojas ar mainīgiem vai nemainīgiem signāliem, kas nonāk ieejas ķēdē.

Bipolārais tranzistors: komutācijas shēmas, pastiprinātājs

Lielākoties tranzistors kalpo kāpastiprinātājs. Mainīgs signāls pie ieejas noved pie tā izejas strāvas izmaiņām. Šeit jūs varat pielietot shēmas ar OK vai OE. Signālam nepieciešama slodze izejas ķēdē. Parasti izejas kolektora ķēdē tiek uzstādīts rezistors. Pareizi izvēloties, izejas spriegums būs ievērojami augstāks par ieejas spriegumu.

Pastiprinātāja darbība ir skaidri redzama laika diagrammās.

Pārveidojot impulsa signālus, režīms paliek tāds pats kā sinusoidālajiem. To harmonisko komponentu pārveidošanas kvalitāti nosaka tranzistoru frekvences raksturlielumi.

Slēdža režīma darbība

Tranzistora slēdži ir paredzētibezkontakta savienojumu pārslēgšana elektriskās ķēdēs. Princips ir pakāpeniska tranzistora pretestības maiņa. Bipolārais tips ir diezgan piemērots galvenajām ierīču prasībām.

Secinājums

Ķēdēs tiek izmantoti pusvadītāju elementielektrisko signālu pārveidošana. Universālās iespējas un plašā klasifikācija ļauj plaši izmantot bipolāros tranzistorus. Pārslēgšanas shēmas nosaka to funkcijas un darbības režīmus. Daudz kas ir atkarīgs arī no īpašībām.

Pamata shēmas bipolāru tranzistoru ieslēgšanai pastiprina, ģenerē un pārveido ieejas signālus, kā arī pārslēdz elektriskās ķēdes.