Tranzystory bipolarne: obwody przełączające. Schemat podłączenia tranzystora bipolarnego nadajnika

Jednym z typów trójelektrodowych urządzeń półprzewodnikowych są tranzystory bipolarne. Obwody przełączające zależą od ich przewodności (otworowej lub elektronicznej) i funkcji, które pełnią.

Klasyfikacja

Tranzystory są podzielone na grupy:

1. Według materiałów najczęściej stosuje się arsenek galu i krzem.
2. Według częstotliwości sygnału: niska (do 3 MHz), średnia (do 30 MHz), wysoka (do 300 MHz), ultra wysoka (powyżej 300 MHz).
3. Zgodnie z maksymalnym rozpraszaniem mocy: do 0,3 W, do 3 W, ponad 3 W.
4. Według typu urządzenia: trzy połączone warstwy półprzewodnikowe z naprzemiennymi bezpośrednimi i odwrotnymi metodami przewodzenia zanieczyszczeń.

Jak działają tranzystory?

Zewnętrzna i wewnętrzna warstwa tranzystora są połączone z elektrodami zasilającymi, zwanymi odpowiednio emiterem, kolektorem i bazą.

Emiter i kolektor są takie samerodzaje przewodnictwa, ale stopień domieszkowania zanieczyszczeń w tych ostatnich jest znacznie niższy. Zapewnia to wzrost dopuszczalnego napięcia wyjściowego.

Baza, czyli warstwa środkowa, ma dużąodporność, ponieważ jest wykonany z lekko domieszkowanego półprzewodnika. Posiada znaczną powierzchnię styku z kolektorem, co usprawnia odprowadzanie ciepła powstającego w wyniku odwrotnego polaryzacji złącza, a także ułatwia przechodzenie nośników mniejszościowych – elektronów. Pomimo tego, że warstwy przejściowe opierają się na tej samej zasadzie, tranzystor jest urządzeniem typu single-ended. Zmieniając miejsca skrajnych warstw o ​​tej samej przewodności niemożliwe jest uzyskanie podobnych parametrów urządzenia półprzewodnikowego.

Obwody przełączające tranzystor bipolarny są zdolne doutrzymywać go w dwóch stanach: może być otwarty lub zamknięty. W trybie aktywnym, gdy tranzystor jest włączony, polaryzacja emitera złącza odbywa się w kierunku do przodu. Aby wizualnie to rozważyć, na przykład na triodzie półprzewodnikowej typu n-p-n, należy do niej przyłożyć napięcie ze źródeł, jak pokazano na poniższym rysunku.

W tym przypadku granica na drugim skrzyżowaniu kolektorówzamknięty i żaden prąd nie powinien przez niego przepływać. Ale w praktyce dzieje się odwrotnie ze względu na bliskość przejść do siebie i ich wzajemny wpływ. Ponieważ „minus” baterii jest połączony z emiterem, otwarte przejście pozwala elektronom na wejście do strefy bazowej, gdzie częściowo łączą się z otworami - głównymi nośnikami. Powstaje prąd bazowy I_b. Im jest silniejszy, tym proporcjonalnie więcej prądu jest na wyjściu. Na tej zasadzie działają wzmacniacze oparte na tranzystorach bipolarnych.

Tylko dyfuzja następuje przez podstawęruch elektronów, ponieważ pole elektryczne nie działa. Ze względu na niewielką grubość warstwy (mikrony) i duży gradient stężeń ujemnie naładowanych cząstek prawie wszystkie wpadają w obszar kolektora, chociaż rezystancja podstawy jest dość wysoka. Tam są wciągane przez pole elektryczne przejścia, które przyczynia się do ich aktywnego przenoszenia. Prądy kolektora i emitera są prawie równe sobie, jeśli pominiemy niewielką utratę ładunków spowodowaną rekombinacją w bazie: I_uh = Ja_b + I_do.

Parametry tranzystora

1. Wzmocnienie napięcia U_równ/ U_bae i prąd: β = I_do/I_b (wartości rzeczywiste). Zazwyczaj współczynnik β nie przekracza wartości 300, ale może osiągnąć wartość 800 i wyższą.
2. impedancja wejściowa.
3. Pasmo przenoszenia - wydajność tranzystora do określonej częstotliwości, powyżej której transjenty w nim nie nadążają za zmianami w zastosowanym sygnale.

Tranzystor bipolarny: obwody przełączające, tryby pracy

Tryby pracy różnią się w zależności odJak powstaje schemat? Sygnał musi być podawany i usuwany w dwóch punktach w każdym przypadku, a dostępne są tylko trzy wyjścia. Wynika z tego, że jedna elektroda musi jednocześnie należeć do wejścia i wyjścia. Tak włączają się dowolne tranzystory bipolarne. Schematy włączenia: O, OE i OK.

1. Schemat z OK

Schemat włączania tranzystora bipolarnego ze wspólnym kolektorem: sygnał jest podawany na rezystor R_L., który jest również zawarty w obwodzie kolektora. Takie połączenie nazywa się wspólnym obwodem kolektora.

Ta opcja tworzy tylko bieżące wzmocnienie. Zaletą wtórnika emitera jest wytworzenie dużej rezystancji wejściowej (10-500 kOhm), co pozwala na wygodne dopasowanie kaskad.

2. Schemat z OB

Obwód przełączający tranzystor bipolarny ze wspólną bazą: sygnał wejściowy przechodzi przez C₁, a po wzmocnieniu jest usuwany w wyjściowym obwodzie kolektora, gdzie elektroda bazowa jest wspólna. W takim przypadku powstaje wzmocnienie napięciowe podobne do pracy z OE.

Wadą jest mała rezystancja wejściowa (30-100 omów), a obwód OB służy jako oscylator.

3. Schemat z OE

W wielu przypadkach, gdy stosuje się tranzystory bipolarne, obwody przełączające są w większości wykonane ze wspólnym emiterem. Napięcie zasilania podawane jest przez terminator R_L., a ujemny biegun zewnętrznego zasilacza jest podłączony do emitera.

Zmienny sygnał z wejścia trafia do elektrody emiterowej i bazowej (V_w), a w obwodzie kolektora staje się już większy (V_CE). Podstawowe elementy obwodu: tranzystor, rezystor R_L. oraz zewnętrznie zasilany obwód wyjściowy wzmacniacza. Pomocniczy: kondensator C₁, który zapobiega przedostawaniu się prądu stałego do obwodu sygnału wejściowego oraz rezystora R₁przez który otwiera się tranzystor.

W obwodzie kolektora napięcie na wyjściu tranzystora i na rezystorze R_L. razem równe wartości pola elektromagnetycznego: V_CC = Ja_ZR_L. + V_CE.

Tak więc przy małym sygnale V_w na wejściu jest ustawione prawo zmiany stałejzasilanie napięciem przemiennym AC na wyjściu sterowanego przekształtnika tranzystorowego. Obwód zapewnia wzrost prądu wejściowego o 20-100 razy, a napięcie - o 10-200 razy. W związku z tym moc również wzrasta.

Wada obwodu: mała rezystancja wejściowa (500-1000 omów). Z tego powodu pojawiają się problemy w tworzeniu etapów amplifikacji. Impedancja wyjściowa wynosi 2-20 kOhm.

Poniższe schematy pokazują, jak to działa.tranzystor bipolarny. Jeśli nie podejmiesz dodatkowych środków, na ich działanie duży wpływ będą miały czynniki zewnętrzne, takie jak przegrzanie i częstotliwość sygnału. Również uziemienie emitera powoduje nieliniowe zniekształcenia na wyjściu. Aby zwiększyć niezawodność działania, w obwodzie podłączone są sprzężenia zwrotne, filtry itp. W takim przypadku wzmocnienie maleje, ale urządzenie staje się bardziej wydajne.

Tryby pracy

Na działanie tranzystora ma wpływ wartość podłączonego napięcia. Wszystkie tryby pracy można pokazać, jeśli wykorzystany zostanie przedstawiony wcześniej układ załączania tranzystora bipolarnego ze wspólnym emiterem.

1. Tryb odcięcia

Ten tryb jest tworzony, gdy wartość napięcia V_BYĆ spada do 0,7 V. W tym przypadku złącze emitera zamyka się i nie ma prądu kolektora, ponieważ w podstawie nie ma wolnych elektronów. W ten sposób tranzystor jest zablokowany.

2. Tryb aktywny

Jeśli do podstawy zostanie przyłożone wystarczające napięcie,aby otworzyć tranzystor, pojawia się mały prąd wejściowy i zwiększony prąd wyjściowy, w zależności od wielkości wzmocnienia. Wtedy tranzystor będzie pracował jako wzmacniacz.

3. Tryb nasycenia

Tryb różni się od aktywnego tym, że tranzystorcałkowicie otwiera się, a prąd kolektora osiąga maksymalną możliwą wartość. Jego wzrost można osiągnąć tylko poprzez zmianę zastosowanego pola elektromagnetycznego lub obciążenia w obwodzie wyjściowym. Gdy zmienia się prąd podstawowy, prąd kolektora się nie zmienia. Tryb nasycenia charakteryzuje się tym, że tranzystor jest ekstremalnie otwarty, a tutaj służy jako przełącznik w stanie włączonym. Obwody do włączania tranzystorów bipolarnych przy łączeniu trybów odcięcia i nasycenia umożliwiają tworzenie kluczy elektronicznych za ich pomocą.

Wszystkie tryby pracy zależą od charakteru charakterystyki wyjściowej pokazanej na wykresie.

Można je wyraźnie zademonstrować, jeśli zmontowany zostanie obwód do włączania tranzystora bipolarnego z OE.

Jeśli wykreślimy odcinki na osi rzędnych i odciętych odpowiadające maksymalnemu możliwemu prądowi kolektora i wielkości napięcia zasilania V_CC, a następnie połącz ich końce ze sobą, otrzymasz linię obciążenia (czerwoną). Opisuje to wyrażenie: I_Z = (V_CC - V_CE) / R_Z. Z rysunku wynika, że ​​punkt pracy określający prąd kolektora I_Z i napięcie V_CE, przesuwa się wzdłuż linii obciążenia od dołu do góry wraz ze wzrostem prądu bazowego I_W.

Strefa między osią V_CE oraz pierwsza charakterystyka wyjściowa (zacieniowana), gdzie I_W = 0 charakteryzuje tryb odcięcia. W tym przypadku prąd wsteczny I_Z znikome, a tranzystor jest zamknięty.

Najwyższa charakterystyka w punkcie A przecina się z obciążeniem bezpośrednim, po czym z dalszym wzrostem I_W prąd kolektora nie zmienia się. Strefa nasycenia na wykresie to zacieniony obszar między osią I_Z i najfajniejsza funkcja.

Jak zachowuje się tranzystor w różnych trybach?

Tranzystor pracuje ze zmiennymi lub stałymi sygnałami wprowadzanymi do obwodu wejściowego.

Tranzystor bipolarny: obwody przełączające, wzmacniacz

W większości tranzystor służy jakowzmacniacz. Zmienny sygnał na wejściu prowadzi do zmiany jego prądu wyjściowego. Tutaj możesz zastosować schematy z OK lub z OE. W obwodzie wyjściowym sygnał wymaga obciążenia. Zwykle używaj rezystora zainstalowanego w obwodzie kolektora wyjściowego. Jeśli zostanie wybrany poprawnie, napięcie wyjściowe będzie znacznie wyższe niż wejściowe.

Działanie wzmacniacza jest wyraźnie widoczne na wykresach czasowych.

Podczas konwersji sygnałów impulsowych tryb pozostaje taki sam jak w przypadku sygnałów sinusoidalnych. Jakość konwersji ich składowych harmonicznych zależy od charakterystyki częstotliwościowej tranzystorów.

Praca w trybie przełączania

Klucze tranzystorowe są przeznaczone dobezstykowe przełączanie połączeń w obwodach elektrycznych. Zasada polega na stopniowej zmianie rezystancji tranzystora. Typ bipolarny jest całkiem odpowiedni dla wymagań kluczowego urządzenia.

Wniosek

W obwodach stosowane są elementy półprzewodnikowekonwersja sygnałów elektrycznych. Wszechstronne możliwości i duża klasyfikacja umożliwiają szerokie zastosowanie tranzystorów bipolarnych. Schematy przełączania określają ich funkcje i tryby działania. Wiele zależy również od cech.

Podstawowe obwody przełączające tranzystorów bipolarnych wzmacniają, generują i przetwarzają sygnały wejściowe, a także przełączają obwody elektryczne.