Bipolaire transistoren: schakelcircuits. Schema van het inschakelen van een bipolaire transistor met een gemeenschappelijke emitter

Een type halfgeleiderinrichting met drie elektroden zijn bipolaire transistors. Schakelcircuits zijn afhankelijk van hun geleidbaarheid (gat of elektronisch) en de functies die ze vervullen.

classificatie

Transistors zijn onderverdeeld in groepen:

1. Op basis van materialen: galliumarsenide en silicium worden het meest gebruikt.
2. Op signaalfrequentie: laag (tot 3 MHz), gemiddeld (tot 30 MHz), hoog (tot 300 MHz), ultrahoog (boven 300 MHz).
3. Maximaal vermogensverlies: tot 0,3 W, tot 3 W, meer dan 3 W.
4. Op apparaattype: drie verbonden halfgeleiderlagen met afwisselende veranderingen in de voorwaartse en achterwaartse modi van onzuiverheidsgeleidbaarheid.

Hoe werken transistors?

De buitenste en binnenste lagen van de transistor zijn verbonden met de loden elektroden, respectievelijk de emitter, collector en basis genoemd.

Emitter en collector verschillen niet van elkaarsoorten geleidbaarheid, maar de mate van dotering met onzuiverheden in de laatste is veel lager. Dit zorgt voor een verhoging van de toegestane uitgangsspanning.

De basis, de middelste laag, heeft een groteweerstand, omdat het is gemaakt van licht gedoteerde halfgeleider. Het heeft een aanzienlijk contactoppervlak met de collector, wat de afvoer van warmte die vrijkomt als gevolg van de omgekeerde voorspanning van de overgang verbetert, en ook de doorgang van minderheidsdragers - elektronen - vergemakkelijkt. Ondanks dat de overgangslagen op hetzelfde principe zijn gebaseerd, is de transistor een ongebalanceerd apparaat. Bij het veranderen van de plaatsen van de extreme lagen met dezelfde geleidbaarheid, is het onmogelijk om vergelijkbare parameters van een halfgeleiderinrichting te verkrijgen.

Bipolaire transistorschakelcircuits zijn in staatbewaar het in twee staten: het kan open of gesloten zijn. In actieve modus, wanneer de transistor aan is, wordt de emittervoorspanning van de junctie in voorwaartse richting uitgevoerd. Om dit duidelijk te overwegen, bijvoorbeeld op een halfgeleidertriode van het n-p-n-type, moet er spanning op worden aangelegd vanuit bronnen, zoals weergegeven in de onderstaande afbeelding.

De grens bij het tweede collectorovergang isgesloten en er mag geen stroom doorheen stromen. Maar in de praktijk gebeurt het tegenovergestelde door de nabijheid van de overgangen tot elkaar en hun onderlinge invloed. Omdat de "minus" van de batterij is verbonden met de emitter, laat de open junctie elektronen toe om de basiszone binnen te gaan, waar ze gedeeltelijk recombineren met gaten - de hoofddragers. Basisstroom I_b​Hoe sterker het is, hoe proportioneel groter de uitgangsstroom. Op basis van bipolaire transistoren werken versterkers volgens dit principe.

Alleen diffusie vindt plaats via de basis.beweging van elektronen, omdat er geen actie is van een elektrisch veld. Vanwege de onbeduidende laagdikte (micron) en de grote waarde van de concentratiegradiënt van negatief geladen deeltjes vallen ze bijna allemaal in het collectorgebied, hoewel de basisweerstand vrij hoog is. Daar worden ze naar binnen getrokken door het elektrische overgangsveld, wat hun actieve overdracht bevordert. De collector- en emitterstromen zijn praktisch gelijk aan elkaar, als we het onbeduidende ladingsverlies als gevolg van recombinatie in de basis verwaarlozen: I_e = Ik_b + Ik_naar.

Transistorparameters

1. Spanningsversterking U_eq/ U_bae en stroom: β = I_naar/ Ik_b (werkelijke waarden). Meestal is de β-coëfficiënt niet hoger dan 300, maar kan deze 800 en hoger bereiken.
2. Ingangsimpedantie.
3. Frequentierespons - de bruikbaarheid van de transistor tot een bepaalde frequentie, waarboven de transiënte processen daarin geen gelijke tred houden met de veranderingen in het geleverde signaal.

Bipolaire transistor: schakelcircuits, bedrijfsmodi

De bedieningsmodi verschillen afhankelijk van dehoe het circuit is samengesteld. Het signaal moet voor elk geval op twee punten worden aangebracht en verwijderd en er zijn slechts drie aansluitingen beschikbaar. Hieruit volgt dat één elektrode gelijktijdig tot de input en output moet behoren. Hierdoor worden alle bipolaire transistors ingeschakeld. Inclusieschema's: OB, OE en OK.

1. Schema met OK

Schema voor het inschakelen van een bipolaire transistor met een gemeenschappelijke collector: het signaal gaat naar de weerstand R_L, die ook is opgenomen in het collectorcircuit. Deze verbinding wordt een gemeenschappelijk collectorcircuit genoemd.

Deze optie creëert alleen huidige winst. Het voordeel van de emittervolger is het creëren van een grote ingangsweerstand (10-500 kOhm), waardoor het gemakkelijk is om de trappen op elkaar af te stemmen.

2. Regeling met OB

Schema voor het inschakelen van een bipolaire transistor met een gemeenschappelijke basis: het ingangssignaal komt via C₁, en nadat de versterking is verwijderd in het uitgangscollectorcircuit, waar de basiselektrode gemeenschappelijk is. In dit geval wordt een spanningsversterking gecreëerd, vergelijkbaar met werken met een OE.

Het nadeel is de lage weerstand van de ingang (30-100 Ohm), en de schakeling met OB wordt gebruikt als oscillator.

3. Regeling met OE

In veel gevallen waar bipolaire transistors worden gebruikt, worden schakelcircuits voornamelijk gemaakt met een gemeenschappelijke emitter. De voedingsspanning wordt geleverd via de pull-up-weerstand R_L, en de negatieve pool van de externe voeding is verbonden met de zender.

Een wisselend signaal van de ingang gaat naar de emitter- en basiselektroden (V._in), en in het collectorcircuit wordt het groter in waarde (V._CE​Basiscircuitelementen: transistor, weerstand R_L en een extern aangedreven versterkeruitgangsschakeling. Hulp: condensator C₁, die de doorgang van gelijkstroom in het circuit van het aangelegde ingangssignaal en weerstand R verhindert₁waardoor de transistor opent.

In het collectorcircuit is de spanning aan de uitgang van de transistor en over de weerstand R_L samen zijn gelijk aan de waarde van de EMF: V_CC = Ik_CR_L + V_CE.

Dus een klein signaal V_in aan de ingang, de wet van variatie van de constantevoedingsspanning naar wisselspanning aan de uitgang van de gestuurde transistoromvormer. Het circuit zorgt voor een toename van de ingangsstroom 20-100 keer en de spanning - 10-200 keer. Dienovereenkomstig wordt ook het vermogen vergroot.

Nadeel van de schakeling: lage ingangsweerstand (500-1000 ohm). Om deze reden zijn er problemen bij de vorming van versterkingstrappen. De uitgangsimpedantie is 2-20 kΩ.

De onderstaande diagrammen laten zien hoebipolaire transistor. Als er geen aanvullende maatregelen worden genomen, zullen externe invloeden zoals oververhitting en signaalfrequentie hun prestaties sterk beïnvloeden. Ook zorgt emitter-aarding voor harmonische vervorming aan de uitgang. Om de betrouwbaarheid van de werking te vergroten, zijn terugkoppelingen, filters, enz. In het circuit aangesloten In dit geval neemt de versterking af, maar wordt het apparaat efficiënter.

Bedrijfsmodi

De functie van de transistor wordt beïnvloed door de waarde van de aangesloten spanning. Alle werkingsmodi kunnen worden weergegeven als het eerder gepresenteerde circuit voor het inschakelen van een bipolaire transistor met een gemeenschappelijke emitter wordt gebruikt.

1. Afsnijmodus

Deze modus wordt gecreëerd wanneer de spanningswaarde V_WORDEN neemt af tot 0,7 V. In dit geval sluit de emitterovergang en is er geen collectorstroom, omdat er geen vrije elektronen in de basis zijn. De transistor is dus vergrendeld.

2. Actieve modus

Als er voldoende spanning op de basis staat,om de transistor te openen, verschijnt een kleine ingangsstroom en een verhoogde uitgangsstroom, afhankelijk van de grootte van de versterking. Dan werkt de transistor als een versterker.

3. Verzadigingsmodus

De modus verschilt van de actieve modus doordat de transistoropent volledig en de collectorstroom bereikt de maximaal mogelijke waarde. De toename kan alleen worden bereikt door de toegepaste EMF of belasting in het uitgangscircuit te wijzigen. Wanneer de basisstroom verandert, verandert de collectorstroom niet. De verzadigingsmodus wordt gekenmerkt door het feit dat de transistor extreem open is, en hier dient hij als een schakelaar in de aan-toestand. Circuits voor het inschakelen van bipolaire transistors bij het combineren van afsnij- en verzadigingsmodi maken het mogelijk om met hun hulp elektronische sleutels te maken.

Alle bedieningsmodi zijn afhankelijk van de aard van de uitvoerkarakteristieken die in de grafiek worden weergegeven.

Ze kunnen duidelijk worden gedemonstreerd als een schakeling voor het inschakelen van een bipolaire transistor met een OE is samengesteld.

Als we op de assen van ordinaten en abscissen de segmenten opzij leggen die overeenkomen met de maximaal mogelijke collectorstroom en de waarde van de voedingsspanning V_CC, en vervolgens hun uiteinden met elkaar verbinden, krijg je een laadlijn (rood). Het wordt beschreven door de uitdrukking: I_C = (V_CC - V_CE) / R_C​Uit de figuur volgt dat het werkpunt dat de collectorstroom bepaalt I_C en spanning V_CE, verschuift langs de belastingslijn van onder naar boven met toenemende basisstroom I_{In de}.

Zone tussen V-as_CE en het eerste uitgangskarakteristiek (gearceerd), waarbij I_{In de} = 0, kenmerkt de afsnijmodus. In dit geval is de tegenstroom I_C is verwaarloosbaar, en de transistor is gesloten.

Het bovenste kenmerk op punt A snijdt de directe belasting, waarna met een verdere toename van I_{In de} de collectorstroom verandert niet meer. De verzadigingszone in de grafiek is het gearceerde gebied tussen de I-as_C en de coolste eigenschap.

Hoe gedraagt ​​de transistor zich in verschillende modi?

De transistor werkt met variabele of constante signalen die het ingangscircuit binnenkomen.

Bipolaire transistor: schakelcircuits, versterker

De transistor dient voor het grootste deel alsversterker. Een wisselsignaal aan de ingang leidt tot een verandering van de uitgangsstroom. Hier kunt u schema's met OK of OE toepassen. Het signaal vereist een belasting in het uitgangscircuit. Gewoonlijk wordt een weerstand gebruikt die in het uitgangscollectorcircuit is geïnstalleerd. Indien correct geselecteerd, zal de uitgangsspanning veel hoger zijn dan de ingangsspanning.

De werking van de versterker is duidelijk zichtbaar op de timingdiagrammen.

Wanneer gepulseerde signalen worden omgezet, blijft de modus hetzelfde als voor sinusvormige signalen. De kwaliteit van de transformatie van hun harmonische componenten wordt bepaald door de frequentiekarakteristieken van de transistors.

Schakelmodus

Transistorschakelaars zijn ontworpen voorcontactloos schakelen van verbindingen in elektrische circuits. Het principe is om de weerstand van de transistor stapsgewijs te veranderen. Het bipolaire type is redelijk geschikt voor de belangrijkste apparaatvereisten.

conclusie

Halfgeleiderelementen worden gebruikt in schakelingenomzetten van elektrische signalen. Universele mogelijkheden en een grote classificatie maken een wijdverbreid gebruik van bipolaire transistors mogelijk. Aansluitschema's bepalen hun functies en bedrijfsmodi. Veel hangt ook af van de kenmerken.

Basiscircuits voor het schakelen van bipolaire transistors versterken, genereren en converteren ingangssignalen en schakelen ook elektrische circuits.