Tranzistoare bipolare: circuite de comutare. Schema de cablare a tranzistorului bipolar de emițător comun

Un tip de dispozitiv semiconductor cu trei electrozi sunt tranzistoarele bipolare. Circuitele de comutare depind de ce fel de conductivitate au (gaură sau electronică) și de funcțiile pe care le îndeplinesc.

clasificare

Tranzistoarele sunt împărțite în grupuri:

1. Pe baza materialelor: arseniura de galiu și siliciul sunt cel mai frecvent utilizate.
2. După frecvența semnalului: scăzut (până la 3 MHz), mediu (până la 30 MHz), ridicat (până la 300 MHz), ultra-înalt (peste 300 MHz).
3. În funcție de puterea maximă de disipare: până la 0,3 W, până la 3 W, mai mult de 3 W.
4. După tipul de dispozitiv: trei straturi semiconductoare conectate cu modificări alternative în modurile înainte și inversă ale conductibilității impurităților.

Cum funcționează tranzistorii?

Straturile exterior și interior ale tranzistorului sunt conectate la electrozii de plumb, numiți respectiv emițător, colector și bază.

Emițătorul și colectorul sunt la feltipuri de conductivitate, dar gradul de dopaj cu impurități în acestea din urmă este mult mai scăzut. Aceasta asigură o creștere a tensiunii de ieșire admisă.

Baza, care este stratul mijlociu, are un marerezistență, deoarece este realizat din semiconductor ușor dopat. Are o zonă de contact semnificativă cu colectorul, ceea ce îmbunătățește îndepărtarea căldurii generate din cauza polarizării inverse a tranziției și, de asemenea, facilitează trecerea purtătorilor minoritari - electroni. În ciuda faptului că straturile de tranziție se bazează pe același principiu, tranzistorul este un dispozitiv dezechilibrat. Când se schimbă locurile straturilor extreme cu aceeași conductivitate, este imposibil să se obțină parametri similari ai unui dispozitiv semiconductor.

Circuitele de comutare cu tranzistoare bipolare sunt capabilepăstrați-l în două stări: poate fi deschis sau închis. În modul activ, când tranzistorul este pornit, polarizarea emițătorului joncțiunii se face în direcția înainte. Pentru a lua în considerare acest lucru în mod clar, de exemplu, pe o triodă semiconductoare de tip n-p-n, ar trebui să i se aplice tensiune de la surse, așa cum se arată în figura de mai jos.

Limita la a doua joncțiune a colectorului esteînchis și nici un curent nu ar trebui să circule prin el. Dar, în practică, opusul se întâmplă din cauza locației apropiate a tranzițiilor una la cealaltă și a influenței lor reciproce. Deoarece „minusul” bateriei este conectat la emițător, joncțiunea deschisă permite electronilor să intre în zona de bază, unde se recombină parțial cu găuri - purtătorii principali. Se formează curentul de bază I_b... Cu cât este mai puternic, cu atât este proporțional mai mare curentul de ieșire. Amplificatoarele bipolare cu tranzistori funcționează pe acest principiu.

Doar difuzia are loc prin bază.mișcarea electronilor, deoarece nu există nicio acțiune a unui câmp electric. Datorită grosimii nesemnificative a stratului (microni) și valorii mari a gradientului de concentrație al particulelor încărcate negativ, aproape toate acestea cad în zona colectorului, deși rezistența de bază este destul de mare. Acolo sunt atrași de câmpul electric de tranziție, care promovează transferul lor activ. Curenții de colector și emițător sunt practic egali între ei, dacă neglijăm pierderea nesemnificativă de sarcini cauzată de recombinare în bază: I_eh = eu_b + eu_la.

Parametrii tranzistorului

1. Câștigul de tensiune U_eq/ U_bae și curent: β = I_la/ eu_b (valori reale). De obicei, coeficientul β nu depășește 300, dar poate ajunge la 800 și mai mult.
2. Impedanta de intrare.
3. Răspuns în frecvență - operabilitatea tranzistorului până la o frecvență dată, la depășirea căreia procesele tranzitorii din acesta nu țin pasul cu modificările semnalului furnizat.

Tranzistor bipolar: circuite de comutare, moduri de operare

Modurile de funcționare diferă în funcție decum este asamblat circuitul. Semnalul trebuie aplicat și eliminat în două puncte pentru fiecare caz și sunt disponibile doar trei terminale. Rezultă că un electrod trebuie să aparțină simultan la intrare și la ieșire. Aceasta pornește orice tranzistoare bipolare. Scheme de includere: OB, OE și OK.

1. Schema cu OK

Schema de pornire a unui tranzistor bipolar cu un colector comun: semnalul este alimentat la rezistorul R_L, care este inclus și în circuitul colectorului. Această conexiune se numește circuit colector comun.

Această opțiune creează doar câștig de curent. Avantajul emițătorului urmăritor este crearea unei rezistențe mari de intrare (10-500 kOhm), care face posibilă potrivirea convenabilă a treptelor.

2. Schema cu OB

Schemă de pornire a unui tranzistor bipolar cu o bază comună: semnalul de intrare vine prin C₁, iar după ce amplificarea este îndepărtată în circuitul colector de ieșire, unde electrodul de bază este comun. În acest caz, se creează un câștig de tensiune similar cu lucrul cu un OE.

Dezavantajul este rezistența scăzută a intrării (30-100 Ohm), iar circuitul cu OB este folosit ca oscilator.

3. Schema cu OE

În multe cazuri, când se folosesc tranzistoare bipolare, circuitele de comutare sunt realizate în principal cu un emițător comun. Tensiunea de alimentare este furnizată prin rezistența de tracțiune R_L, iar polul negativ al sursei externe de alimentare este conectat la emițător.

Semnalul alternativ de la intrare merge către emițător și electrozii de bază (V_în), iar în circuitul colectorului devine mai mare ca valoare (V_CE). Elemente de bază ale circuitului: tranzistor, rezistență R_L și un circuit de ieșire a amplificatorului alimentat extern. Auxiliar: condensator C₁, împiedicând trecerea curentului continuu în circuitul semnalului de intrare aplicat și rezistorul R₁prin care se deschide tranzistorul.

În circuitul colector, tensiunea la ieșirea tranzistorului și pe rezistorul R_L împreună sunt egale cu valoarea EMF: V_CC = eu_CR_L + B_CE.

Astfel, un semnal mic V_în la intrare, legea variației constanteitensiune de alimentare la AC la ieșirea convertorului cu tranzistor controlat. Circuitul asigură o creștere a curentului de intrare de 20-100 de ori, iar tensiunea - de 10-200 de ori. În consecință, puterea este de asemenea crescută.

Dezavantajul circuitului: rezistență scăzută de intrare (500-1000 ohmi). Din acest motiv, există probleme în formarea etapelor de amplificare. Impedanța de ieșire este de 2-20 kOhm.

Diagramele de mai jos demonstrează cumtranzistor bipolar. Dacă nu luați măsuri suplimentare, influențele externe precum supraîncălzirea și frecvența semnalului le vor afecta foarte mult performanța. De asemenea, împământarea emițătorului creează distorsiuni armonice la ieșire. Pentru a crește fiabilitatea funcționării, în circuit sunt conectate feedback-uri, filtre etc.. În acest caz, câștigul scade, dar dispozitivul devine mai eficient.

Moduri de operare

Funcția tranzistorului este influențată de valoarea tensiunii conectate. Toate modurile de funcționare pot fi afișate dacă se aplică circuitul prezentat anterior pentru pornirea unui tranzistor bipolar cu un emițător comun.

1. Modul Cutoff

Acest mod este creat atunci când valoarea tensiunii V_FI scade la 0,7 V. În acest caz, joncțiunea emițătorului se închide și nu există curent de colector, deoarece nu există electroni liberi în bază. Astfel, tranzistorul este blocat.

2. Mod activ

Dacă la bază este aplicată suficientă tensiune,pentru a deschide tranzistorul, apare un curent mic de intrare și un curent de ieșire crescut, în funcție de mărimea câștigului. Apoi tranzistorul va acționa ca un amplificator.

3. Modul de saturație

Modul diferă de modul activ prin aceea că tranzistorulse deschide complet iar curentul colectorului atinge valoarea maximă posibilă. Creșterea acestuia poate fi realizată numai prin modificarea EMF aplicată sau a sarcinii în circuitul de ieșire. Când curentul de bază se modifică, curentul colectorului nu se modifică. Modul de saturație se caracterizează prin faptul că tranzistorul este extrem de deschis și aici servește ca comutator în starea de pornire. Circuitele pentru pornirea tranzistoarelor bipolare la combinarea modurilor de întrerupere și saturație fac posibilă crearea cheilor electronice cu ajutorul lor.

Toate modurile de funcționare depind de natura caracteristicilor de ieșire prezentate în grafic.

Ele pot fi demonstrate clar dacă este asamblat un circuit pentru pornirea unui tranzistor bipolar cu un OE.

Dacă amânăm pe axele ordonatelor și absciselor segmentele corespunzătoare curentului maxim posibil de colector și valoarea tensiunii de alimentare V_CC, iar apoi conectați capetele lor unul la celălalt, obțineți o linie de încărcare (roșu). Este descris prin expresia: I_C = (B_CC - IN_CE) / R_C... Din figură rezultă că punctul de funcționare care determină curentul colectorului I_C si tensiunea V_CE, se va deplasa de-a lungul liniei de sarcină de jos în sus cu creșterea curentului de bază I_În.

Zona dintre axa V_CE și prima caracteristică de ieșire (umbrită), unde I_În = 0, caracterizează modul de tăiere. În acest caz, curentul invers I_C neglijabil, iar tranzistorul este închis.

Caracteristica cea mai superioară în punctul A se intersectează cu sarcina directă, după care, cu o creștere suplimentară a I_În curentul colectorului nu se mai modifică. Zona de saturație de pe grafic este zona umbrită dintre axa I_C și cea mai tare caracteristică.

Cum se comportă tranzistorul în diferite moduri?

Tranzistorul funcționează cu semnale variabile sau constante care intră în circuitul de intrare.

Tranzistor bipolar: circuite de comutare, amplificator

În cea mai mare parte, tranzistorul servește caamplificator. Un semnal alternativ la intrare duce la o modificare a curentului său de ieșire. Aici puteți aplica scheme cu OK sau OE. Semnalul necesită o sarcină în circuitul de ieșire. De obicei, se folosește o rezistență instalată în circuitul colectorului de ieșire. Dacă este selectată corect, tensiunea de ieșire va fi semnificativ mai mare decât tensiunea de intrare.

Funcționarea amplificatorului este clar vizibilă pe diagramele de timp.

Când semnalele pulsate sunt convertite, modul rămâne același ca pentru cele sinusoidale. Calitatea transformării componentelor lor armonice este determinată de caracteristicile de frecvență ale tranzistoarelor.

Funcționare în modul comutator

Comutatoarele cu tranzistori sunt proiectate pentrucomutarea fără contact a conexiunilor în circuitele electrice. Principiul este o schimbare treptată a rezistenței tranzistorului. Tipul bipolar este destul de potrivit pentru cerințele cheie ale dispozitivului.

concluzie

Elementele semiconductoare sunt utilizate în circuiteconversia semnalelor electrice. Capacitățile universale și o clasificare largă permit utilizarea pe scară largă a tranzistoarelor bipolare. Schemele de conectare determină funcțiile și modurile de funcționare ale acestora. Depinde mult și de caracteristici.

Circuitele de bază pentru pornirea tranzistoarelor bipolare amplifică, generează și convertesc semnalele de intrare și, de asemenea, comută circuitele electrice.