Bipolare transistorer: Switching Circuits. Vanlige sendere bipolare transistor ledningsskjema

En type halvelederanordning med tre elektroder er bipolare transistorer. Bytte kretser avhenger av hva slags ledningsevne de har (hull eller elektronisk) og funksjonene de utfører.

klassifisering

Transistorer er delt inn i grupper:

1. Basert på materialer: galliumarsenid og silisium er mest brukt.
2. Etter signalfrekvens: lav (opptil 3 MHz), middels (opptil 30 MHz), høy (opptil 300 MHz), ultrahøy (over 300 MHz).
3. I henhold til maksimal kraftavledning: opptil 0,3 W, opptil 3 W, mer enn 3 W.
4. Etter type enhet: tre tilkoblede halvlederlag med vekslende endringer i forover og bakover modus for urenhetsledningsevne.

Hvordan fungerer transistorer?

Transistorens ytre og indre lag er koblet til blyelektrodene, kalt henholdsvis emitter, kollektor og base.

Emitter og samler er de sammetyper ledningsevne, men graden av doping med urenheter i sistnevnte er mye lavere. Dette sikrer en økning i den tillatte utgangsspenningen.

Basen, som er mellomlaget, har en stormotstand, siden den er laget av lett dopet halvleder. Den har et betydelig kontaktområde med samleren, noe som forbedrer fjerningen av varme som genereres på grunn av omvendt skjevhet i overgangen, og letter også passering av minoritetsbærere - elektroner. Til tross for at overgangslagene er basert på det samme prinsippet, er transistoren en ubalansert enhet. Når du endrer stedene til de ekstreme lagene med samme ledningsevne, er det umulig å oppnå lignende parametere for en halvlederenhet.

Bipolare transistorkoblingskretser er i stand tilha den i to tilstander: den kan være åpen eller lukket. I aktiv modus, når transistoren er på, blir emitterforspenningen av krysset gjort i fremoverretningen. For å klart vurdere dette, for eksempel på en halvledertriode av n-p-n-typen, bør spenning påføres fra kilder, som vist i figuren nedenfor.

Grensen ved det andre samlekrysset erlukket, og ingen strøm skal strømme gjennom den. Men i praksis skjer det motsatte på grunn av overgangene til hverandre og deres gjensidige innflytelse. Siden "minus" av batteriet er koblet til emitteren, tillater det åpne krysset elektroner å komme inn i basesonen, der de delvis rekombineres med hull - hovedbærerne. Basisstrøm I dannes_b... Jo sterkere den er, jo proporsjonalt større er utgangsstrømmen. Bipolare transistorforsterkere fungerer på dette prinsippet.

Bare diffusjon skjer gjennom basen.bevegelse av elektroner, siden det ikke er noe av et elektrisk felt. På grunn av den ubetydelige lagtykkelsen (mikroner) og den store verdien av konsentrasjonsgradienten til negativt ladede partikler, faller nesten alle inn i samlerområdet, selv om basemotstanden er ganske høy. Der blir de trukket inn av det elektriske overgangsfeltet, som fremmer deres aktive overføring. Samler- og emitterstrømmen er praktisk talt lik hverandre, hvis vi forsømmer det ubetydelige tapet av ladninger forårsaket av rekombinasjon i basen: I_uh = Jeg_b + Jeg_til.

Transistorparametere

1. Spenningsforsterkning U_ekv/ U_bae og strøm: β = I_til/ JEG_b (faktiske verdier). Vanligvis overstiger β-koeffisienten ikke 300, men kan nå 800 og høyere.
2. Inngangsimpedans.
3. Frekvensrespons - transistorens brukbarhet opp til en gitt frekvens når de overgående prosessene i den ikke holder tritt med endringene i det tilførte signalet.

Bipolar transistor: bytte kretser, driftsmodus

Driftsmodusene varierer avhengig avhvordan kretsen er satt sammen. Signalet må påføres og fjernes på to punkter for hvert tilfelle, og det er bare tre terminaler tilgjengelig. Det følger at en elektrode samtidig må tilhøre inngangen og utgangen. Dette slår på eventuelle bipolare transistorer. Inkluderingsordninger: OB, OE og OK.

1. Oppsett med OK

Ordning for å slå på en bipolar transistor med en felles kollektor: signalet mates til motstanden R_L, som også er inkludert i kollektorkretsen. Denne forbindelsen kalles en felles samlekrets.

Dette alternativet skaper bare nåværende gevinst. Fordelen med emitterfølgeren er etableringen av en stor inngangsmotstand (10-500 kOhm), som gjør det mulig å matche trinnene enkelt.

2. Ordning med OB

Ordning for å slå på en bipolar transistor med en felles base: inngangssignalet kommer gjennom C₁, og etter at forsterkning er fjernet i utgangssamlerkretsen, der basiselektroden er vanlig. I dette tilfellet opprettes en spenningsforsterkning som å jobbe med en OE.

Ulempen er den lave motstanden til inngangen (30-100 Ohm), og kretsen med OB brukes som en oscillator.

3. Ordning med OE

I mange tilfeller, når bipolare transistorer brukes, er bryterkretser hovedsakelig laget med en vanlig emitter. Forsyningsspenningen tilføres gjennom opptrekksmotstanden R_L, og den negative polen til den eksterne strømforsyningen er koblet til emitteren.

Et vekslende signal fra inngangen går til emitter- og basiselektrodene (V_i), og i kollektorkretsen blir den allerede større i verdi (V_CE). Grunnleggende kretselementer: transistor, motstand R_L og en ekstern drevet forsterkerutgangskrets. Ekstra: kondensator C₁, som forhindrer passering av likestrøm til kretsen til det påførte inngangssignalet, og motstanden R₁som transistoren åpnes gjennom.

I kollektorkretsen er spenningen ved transistorens utgang og over motstanden R_L sammen er lik verdien av EMF: V_CC = Jeg_CP_L + B_CE.

Dermed et lite signal V_i ved inngangen, variasjonsloven til konstantenforsyningsspenning til AC ved utgangen til den kontrollerte transistoromformeren. Kretsen gir en økning i inngangsstrømmen 20-100 ganger, og spenningen - 10-200 ganger. Følgelig økes også kraften.

Ulempen med kretsen: lav inngangsmotstand (500-1000 ohm). Av denne grunn er det problemer i dannelsen av forsterkningstrinn. Utgangsimpedansen er 2-20 kΩ.

Diagrammene nedenfor viser hvordanbipolar transistor. Hvis du ikke tar ytterligere tiltak, vil ytre påvirkninger som overoppheting og signalfrekvens i stor grad påvirke ytelsen. Emitterjording skaper også harmonisk forvrengning ved utgangen. For å øke driftssikkerheten er tilbakemeldinger, filtre osv. Koblet til i kretsen. I dette tilfellet reduseres forsterkningen, men enheten blir mer effektiv.

Driftsmodus

Transistorens funksjon påvirkes av verdien av den tilkoblede spenningen. Alle driftsmåter kan vises hvis den tidligere presenterte kretsen for å slå på en bipolar transistor med en vanlig emitter blir brukt.

1. Kuttemodus

Denne modusen opprettes når spenningsverdien V._VÆRE synker til 0,7 V. I dette tilfellet lukkes emitterkrysset, og det er ingen kollektorstrøm, siden det ikke er frie elektroner i basen. Dermed er transistoren slått av.

2. Aktiv modus

Hvis tilstrekkelig spenning tilføres basen,for å åpne transistoren, vises en liten inngangsstrøm og en økt på utgangen, avhengig av forsterkningens størrelse. Da vil transistoren fungere som en forsterker.

3. Metningsmodus

Modusen skiller seg fra den aktive ved at transistorenåpnes helt og kollektorstrømmen når sin maksimalt mulige verdi. Økningen kan bare oppnås ved å endre den påførte EMF eller belastningen i utgangskretsen. Når grunnstrømmen endres, endres ikke kollektorstrømmen. Metningsmodus er preget av det faktum at transistoren er ekstremt åpen, og her fungerer den som en bryter i på-tilstand. Kretser for å slå på bipolare transistorer ved å kombinere cutoff- og metningsmoduser gjør det mulig å lage elektroniske brytere med deres hjelp.

Alle driftsmoduser avhenger av arten av utgangskarakteristikkene vist i grafen.

De kan tydelig demonstreres hvis en krets for å slå på en bipolar transistor med en OE er satt sammen.

Hvis vi plotter på ordinat- og abscisseaksene, svarer segmentene til maksimal mulig kollektorstrøm og forsyningsspenningen V_CC, og deretter koble endene deres sammen, får du en lastlinje (rød). Det beskrives med uttrykket: I_C = (B_CC - IN_CE) / R_C. Fra figuren følger det at driftspunktet som bestemmer kollektorstrømmen I_C og spenning V_CE, vil skifte langs belastningslinjen fra bunn til topp ettersom grunnstrømmen I øker_I.

Sone mellom V-aksen_CE og den første utdatakarakteristikken (skyggelagt), der I_I = 0, karakteriserer cutoff-modusen. I dette tilfellet vil reversstrømmen I_C er ubetydelig, og transistoren er lukket.

Den øverste karakteristikken i punkt A skjærer den direkte lasten, hvoretter med en ytterligere økning i I_I kollektorstrømmen endres ikke lenger. Metningssonen på grafen er det skraverte området mellom I-aksen_C og den kuleste egenskapen.

Hvordan oppfører en transistor seg i forskjellige moduser?

Transistoren opererer med variable eller konstante signaler som kommer inn i inngangskretsen.

Bipolar transistor: svitsjekretser, forsterker

For det meste fungerer transistoren somforsterker Et vekslende signal ved inngangen får utgangsstrømmen til å endre seg. Her kan du bruke ordninger med OK eller med OE. Signalet krever en belastning i utgangskretsen. Vanligvis brukes en motstand i utgangskollektorkretsen. Hvis den velges riktig, vil utgangsspenningen være betydelig høyere enn inngangen.

Virkemåten til forsterkeren er godt synlig i tidsdiagrammene.

Når pulssignaler konverteres, forblir modusen den samme som for sinusformede. Kvaliteten på konverteringen av deres harmoniske komponenter bestemmes av frekvenskarakteristikkene til transistorene.

Drift i byttemodus

Transistorbrytere er designet forkontaktløs kobling av koblinger i elektriske kretser. Prinsippet er å endre motstanden til transistoren i trinn. Den bipolare typen er ganske egnet for kravene til nøkkelenheten.

konklusjon

Halvlederelementer brukes i kretsertransformasjon av elektriske signaler. Universelle muligheter og stor klassifisering gjør at bipolare transistorer kan brukes mye. Byttekretser bestemmer deres funksjoner og driftsmoduser. Mye avhenger også av egenskapene.

De grunnleggende svitsjekretsene til bipolare transistorer forsterker, genererer og konverterer inngangssignaler, og bytter også elektriske kretser.