Bipolära transistorer: växlingskretsar. Vanliga emitterande bipolära kopplingsschema för transistor

En typ av halvledaranordning med tre elektroder är bipolära transistorer. Omkopplingskretsar beror på vilken typ av ledningsförmåga de har (hål eller elektroniska) och vilka funktioner de utför.

klassificering

Transistorer är indelade i grupper:

1. Baserat på material: galliumarsenid och kisel används oftast.
2. Efter signalfrekvens: låg (upp till 3 MHz), medium (upp till 30 MHz), hög (upp till 300 MHz), ultrahög (över 300 MHz).
3. Enligt maximal effektförlust: upp till 0,3 W, upp till 3 W, mer än 3 W.
4. Efter enhetstyp: tre anslutna halvledarlager med alternerande förändringar i framåt- och bakåtlägen för föroreningskonduktivitet.

Hur fungerar transistorer?

Transistorns yttre och inre skikt är anslutna till ledningselektroderna, som kallas emitter, kollektor respektive bas.

Emitter och samlare är sammatyper av konduktivitet, men graden av dopning med föroreningar i den senare är mycket lägre. Detta säkerställer en ökning av den tillåtna utspänningen.

Basen, som är mellanskiktet, har en stormotstånd, eftersom den är gjord av lätt dopad halvledare. Den har en betydande kontaktyta med kollektorn, vilket förbättrar avlägsnandet av värme som genereras på grund av den omvända förspänningen av övergången, och underlättar också passagen av minoritetsbärare - elektroner. Trots att övergångsskikten är baserade på samma princip är transistorn en obalanserad enhet. När du ändrar platserna för de extrema skikten med samma ledningsförmåga är det omöjligt att erhålla liknande parametrar för en halvledarenhet.

Bipolära transistoromkopplingskretsar är kapabla tillförvara den i två lägen: den kan vara öppen eller stängd. I aktivt läge, när transistorn är på, görs emitterförspänningen av korsningen i framåtriktningen. För att tydligt överväga detta, till exempel på en halvledartriod av typen n-p-n, bör spänning appliceras på den från källor, som visas i figuren nedan.

Gränsen vid den andra samlarkorsningen ärstängd och ingen ström får gå genom den. Men i praktiken händer det motsatta på grund av den nära platsen för övergångarna till varandra och deras ömsesidiga inflytande. Eftersom batteriets "minus" är anslutet till sändaren tillåter den öppna korsningen elektroner att komma in i baszonen, där de delvis rekombinerar med hål - huvudbärarna. Basström I bildas_b... Ju starkare den är, desto större är proportionellt sett utströmmen. Bipolära transistorförstärkare fungerar enligt denna princip.

Endast diffusion sker genom basen.rörelse av elektroner, eftersom det inte finns någon verkan av ett elektriskt fält. På grund av den obetydliga skikttjockleken (mikron) och det stora värdet av koncentrationsgradienten av negativt laddade partiklar, faller nästan alla av dem in i kollektorområdet, även om basresistansen är ganska hög. Där dras de in av det elektriska övergångsfältet, vilket främjar deras aktiva överföring. Kollektor- och emitterströmmarna är praktiskt taget lika med varandra, om vi bortser från den obetydliga förlusten av laddningar som orsakas av rekombination i basen: I_va = Jag_b + jag_till.

Transistorparametrar

1. Spänningsförstärkning U_ekv/ U_bae och ström: β = I_till/Jag_b (verkliga värden). Vanligtvis överstiger β-koefficienten inte 300, men kan nå 800 och högre.
2. Ingångsimpedans.
3. Frekvenssvar - transistorns funktion upp till en given frekvens, när den överskrider vilken transientprocesserna i den inte håller jämna steg med förändringarna i den tillförda signalen.

Bipolär transistor: kopplingskretsar, driftlägen

Driftlägena skiljer sig beroende påhur kretsen är sammansatt. Signalen måste appliceras och tas bort vid två punkter för varje fall, och det finns bara tre terminaler tillgängliga. Det följer att en elektrod samtidigt måste tillhöra ingången och utgången. Detta slår på alla bipolära transistorer. Inklusionsscheman: OB, OE och OK.

1. Schema med OK

Schema för att slå på en bipolär transistor med en gemensam kollektor: signalen matas till motståndet R_L, som också ingår i kollektorkretsen. Denna anslutning kallas en gemensam kollektorkrets.

Detta alternativ skapar bara strömförstärkning. Fördelen med emitterföljaren är skapandet av ett stort ingångsmotstånd (10-500 kOhm), vilket gör det möjligt att bekvämt matcha stegen.

2. Schema med OB

Schema för att slå på en bipolär transistor med en gemensam bas: insignalen kommer genom C₁, och efter förstärkning avlägsnas i utgångskollektorkretsen, där baselektroden är vanlig. I det här fallet skapas en spänningsförstärkning som liknar att arbeta med en OE.

Nackdelen är ingångens låga motstånd (30-100 Ohm), och kretsen med OB används som oscillator.

3. Schema med OE

I många fall, när bipolära transistorer används, är omkopplingskretsar huvudsakligen gjorda med en gemensam emitter. Matningsspänningen tillförs genom pull-up-motståndet R_L, och den externa strömförsörjningens negativa pol är ansluten till sändaren.

Den alternerande signalen från ingången går till emitter- och baselektroderna (V_i), och i kollektorkretsen blir den större i värde (V_CE). Grundläggande kretselement: transistor, motstånd R_L och en externt matad förstärkarutgångskrets. Hjälp: kondensator C₁, förhindrar passage av likström in i kretsen för den applicerade insignalen, och motståndet R₁genom vilken transistorn öppnas.

I kollektorkretsen är spänningen vid transistorns utgång och över motståndet R_L tillsammans är lika med värdet på EMF: V_CC = Jag_CR_L + B_CE.

Alltså en liten signal V_i vid ingången, lagen om konstantens variationmata spänningen till AC vid utgången av den kontrollerade transistoromvandlaren. Kretsen ger en ökning av ingångsströmmen 20-100 gånger och spänning - 10-200 gånger. Följaktligen ökas också effekten.

Nackdel med kretsen: lågt ingångsmotstånd (500-1000 ohm). Av denna anledning finns det problem vid bildandet av amplifieringssteg. Utgångsimpedansen är 2-20 kOhm.

Diagrammen nedan visar hurbipolär transistor. Om du inte vidtar ytterligare åtgärder kommer yttre påverkan, såsom överhettning och signalfrekvens, att i hög grad påverka deras prestanda. Emitterjordning skapar också harmonisk distorsion vid utgången. För att öka driftsäkerheten är återkopplingar, filter etc. anslutna i kretsen.I detta fall minskar förstärkningen, men enheten blir mer effektiv.

Funktionssätt

Transistorns funktion påverkas av värdet på den anslutna spänningen. Alla driftlägen kan visas om den tidigare presenterade kretsen för att slå på en bipolär transistor med en gemensam emitter används.

1. Cutoff-läge

Detta läge skapas när spänningsvärdet V_VARA minskar till 0,7 V. I detta fall stänger emitterövergången, och det finns ingen kollektorström, eftersom det inte finns några fria elektroner i basen. Därmed är transistorn låst.

2. Aktivt läge

Om tillräckligt med spänning läggs på basen,för att öppna transistorn visas en liten inström och en ökad utgång, beroende på förstärkningens storlek. Då kommer transistorn att fungera som en förstärkare.

3. Mättnadsläge

Läget skiljer sig från det aktiva läget genom att transistornöppnas helt och kollektorströmmen når maximalt möjliga värde. Dess ökning kan endast uppnås genom att ändra den applicerade EMF eller belastningen i utgångskretsen. När basströmmen ändras ändras inte kollektorströmmen. Mättnadsläget kännetecknas av det faktum att transistorn är extremt öppen, och här fungerar den som en omkopplare i påslaget. Kretsar för att slå på bipolära transistorer vid kombination av cut-off och mättnadslägen gör det möjligt att skapa elektroniska nycklar med deras hjälp.

Alla driftlägen beror på arten av utgångsegenskaperna som visas i grafen.

De kan tydligt demonstreras om en krets för att slå på en bipolär transistor med en OE är monterad.

Om vi ​​skjuter på axlarna för ordinata och abskiss, segmenten som motsvarar den maximala möjliga kollektorströmmen och värdet på matningsspänningen V_CC, och anslut sedan deras ändar till varandra, får du en lastlinje (röd). Det beskrivs med uttrycket: I_C = (B_CC - I_CE) / R_C... Av figuren följer att arbetspunkten som bestämmer kollektorströmmen I_C och spänning V_CE, kommer att förskjutas längs belastningslinjen från botten till toppen med ökande basström I_den.

Zon mellan V-axeln_CE och den första utgångskarakteristiken (skuggad), där I_den = 0, kännetecknar cutoff-läget. I detta fall är den omvända strömmen I_C försumbar, och transistorn är stängd.

Den översta karakteristiken i punkt A skär den direkta belastningen, varefter med en ytterligare ökning av I_den kollektorströmmen ändras inte längre. Mättnadszonen på grafen är det skuggade området mellan I-axeln_C och den coolaste egenskapen.

Hur beter sig transistorn i olika lägen?

Transistorn arbetar med variabla eller konstanta signaler som kommer in i ingångskretsen.

Bipolär transistor: kopplingskretsar, förstärkare

För det mesta fungerar transistorn somförstärkare. En växelsignal vid ingången leder till en förändring av dess utström. Här kan du tillämpa scheman med OK eller OE. Signalen kräver en belastning i utgångskretsen. Vanligtvis används ett motstånd installerat i utgångskollektorkretsen. Om det väljs rätt kommer utspänningen att vara betydligt högre än ingångsspänningen.

Förstärkarens funktion är tydligt synlig på timingdiagrammen.

När pulsade signaler omvandlas förblir läget detsamma som för sinusformade. Omvandlingskvaliteten för deras övertonskomponenter bestäms av transistorernas frekvenskarakteristika.

Växla lägesdrift

Transistoromkopplare är designade förkontaktlös omkoppling av anslutningar i elektriska kretsar. Principen är en stegvis förändring av transistorns resistans. Den bipolära typen är ganska lämplig för nyckelenhetens krav.

slutsats

Halvledarelement används i kretsaromvandling av elektriska signaler. Universella möjligheter och en stor klassificering tillåter utbredd användning av bipolära transistorer. Anslutningsscheman bestämmer deras funktioner och driftsätt. Mycket beror också på egenskaperna.

Grundkretsar för att slå på bipolära transistorer förstärker, genererar och omvandlar insignaler och kopplar även elektriska kretsar.