Curentul de colector invers al unui tranzistor bipolar. MSTU „Mami” - Departamentul Procese de Automatizare și Control. Tranzistor PNP: conectarea surselor de tensiune

S-au dat explicațiile necesare, să trecem la subiect.

Tranzistoare. Definiție și istorie

tranzistor- un dispozitiv electronic semiconductor în care curentul dintr-un circuit de doi electrozi este controlat de un al treilea electrod. (transistors.ru)

Tranzistorii cu efect de câmp au fost primii inventați (1928), iar tranzistoarele bipolare au apărut în 1947 la Bell Labs. Și a fost, fără exagerare, o revoluție în electronică.

Foarte repede, tranzistoarele au înlocuit tuburile cu vid în diverse dispozitive electronice. În acest sens, fiabilitatea unor astfel de dispozitive a crescut, iar dimensiunea lor a scăzut semnificativ. Și până în ziua de azi, oricât de „sofisticat” este microcircuitul, acesta conține încă mulți tranzistori (precum și diode, condensatoare, rezistențe etc.). Doar cele foarte mici.

Apropo, inițial „tranzistoarele” erau rezistențe a căror rezistență putea fi modificată folosind cantitatea de tensiune aplicată. Dacă ignorăm fizica proceselor, atunci un tranzistor modern poate fi reprezentat și ca o rezistență care depinde de semnalul furnizat acestuia.

Care este diferența dintre tranzistoarele cu efect de câmp și cele bipolare? Răspunsul se află chiar în numele lor. Într-un tranzistor bipolar, transferul de sarcină implică Și electroni, Și găuri („encore” - de două ori). Și în câmp (alias unipolar) - sau electroni, sau găuri.

De asemenea, aceste tipuri de tranzistoare diferă în domeniile de aplicare. Cele bipolare sunt folosite în principal în tehnologia analogică, iar cele de teren - în tehnologia digitală.

Și, în sfârșit: principala zonă de aplicare a oricăror tranzistori- câștig semnal slab din cauza sursă suplimentară nutriție.

Tranzistor bipolar. Principiul de funcționare. Principalele caracteristici

Un tranzistor bipolar este format din trei regiuni: emițător, bază și colector, fiecare dintre acestea fiind alimentată cu tensiune. În funcție de tipul de conductivitate a acestor zone, se disting tranzistoarele n-p-n și p-n-p. De obicei, zona colectorului este mai largă decât zona emițătorului. Baza este realizată dintr-un semiconductor ușor dopat (de aceea are rezistență mare) și este foarte subțire. Deoarece aria de contact emițător-bază este semnificativ mai mică decât aria de contact bază-colector, este imposibil să schimbați emițătorul și colectorul prin schimbarea polarității conexiunii. Astfel, tranzistorul este un dispozitiv asimetric.

Înainte de a lua în considerare fizica modului în care funcționează un tranzistor, să subliniem problema generală.

Este după cum urmează: un curent puternic circulă între emițător și colector ( curent de colector), iar între emițător și bază există un curent de control slab ( curent de bază). Curentul colectorului se va modifica în funcție de modificarea curentului de bază. De ce?
Să luăm în considerare joncțiunile p-n ale tranzistorului. Există două dintre ele: emițător-bază (EB) și bază-colector (BC). ÎN modul activ funcționarea tranzistorului, primul dintre ele este conectat cu polarizare directă, iar al doilea cu polarizare inversă. Ce se întâmplă la joncțiunile p-n? Pentru o mai mare certitudine, vom lua în considerare un tranzistor n-p-n. Pentru p-n-p totul este similar, doar cuvântul „electroni” trebuie înlocuit cu „găuri”.

Deoarece joncțiunea EB este deschisă, electronii „treg” cu ușurință spre bază. Acolo se recombină parțial cu găuri, dar O Majoritatea, datorită grosimii mici a bazei și dopajului său scăzut, reușesc să ajungă la tranziția bază-colector. Care, după cum ne amintim, este părtinitoare inversă. Și deoarece electronii din bază sunt purtători minoritari de sarcină, câmpul electric al tranziției îi ajută să-l depășească. Astfel, curentul colectorului este doar puțin mai mic decât curentul emițătorului. Acum ai grijă de mâinile tale. Dacă creșteți curentul de bază, joncțiunea EB se va deschide mai puternic și mai mulți electroni vor putea aluneca între emițător și colector. Și deoarece curentul colectorului este inițial mai mare decât curentul de bază, această schimbare va fi foarte, foarte vizibilă. Prin urmare, semnalul slab primit la bază va fi amplificat. Încă o dată, o schimbare mare a curentului colectorului este o reflectare proporțională a unei mici modificări a curentului de bază.

Îmi amintesc că principiul de funcționare al unui tranzistor bipolar i-a fost explicat colegului meu de clasă folosind exemplul unui robinet de apă. Apa din el este curentul colectorului, iar curentul de control de bază este cât de mult rotim butonul. Suficient efort mic(acțiune de control) astfel încât debitul de apă de la robinet să crească.

Pe lângă procesele luate în considerare, la joncțiunile p-n ale tranzistorului pot apărea o serie de alte fenomene. De exemplu, cu o creștere puternică a tensiunii la joncțiunea bază-colector, multiplicarea sarcinii de avalanșă poate începe din cauza ionizării de impact. Și împreună cu efectul de tunel, acest lucru va produce mai întâi o defecțiune electrică și apoi (cu creșterea curentului) o defecțiune termică. Cu toate acestea, defalcarea termică a unui tranzistor poate apărea fără defecțiune electrică (adică, fără creșterea tensiunii colectorului până la tensiunea de defalcare). Unul va fi suficient pentru asta curent excesiv prin colector.

Un alt fenomen se datorează faptului că atunci când se modifică tensiunile de pe joncțiunile colectorului și emițătorului, grosimea acestora se modifică. Și dacă baza este prea subțire, atunci poate apărea un efect de închidere (așa-numita „puncție” a bazei) - o conexiune între joncțiunea colectorului și joncțiunea emițătorului. În acest caz, regiunea de bază dispare și tranzistorul nu mai funcționează normal.

Curentul de colector al tranzistorului în modul normal de funcționare activ al tranzistorului este mai mare decât curentul de bază de un anumit număr de ori. Acest număr este numit câștig de curentși este unul dintre principalii parametri ai tranzistorului. Este desemnat h21. Dacă tranzistorul este pornit fără sarcină pe colector, atunci la o tensiune constantă colector-emițător raportul dintre curentul colectorului și curentul de bază va da câștig de curent static. Poate fi egal cu zeci sau sute de unități, dar merită luat în considerare faptul că în circuitele reale acest coeficient este mai mic datorită faptului că atunci când sarcina este pornită, curentul colectorului scade în mod natural.

Al doilea parametru important este rezistența de intrare a tranzistorului. Conform legii lui Ohm, este raportul dintre tensiunea dintre bază și emițător și curentul de control al bazei. Cu cât este mai mare, cu atât curentul de bază este mai mic și câștigul este mai mare.

Al treilea parametru al unui tranzistor bipolar este câștig de tensiune. El egal cu raportul amplitudine sau valori efective tensiuni alternative de ieșire (emițător-colector) și de intrare (bază-emițător). Deoarece prima valoare este de obicei foarte mare (unități și zeci de volți), iar a doua este foarte mică (zecimi de volți), acest coeficient poate ajunge la zeci de mii de unități. Este de remarcat faptul că fiecare semnal de control de bază are propriul câștig de tensiune.

De asemenea, tranzistoarele au răspuns în frecvență, care caracterizează capacitatea tranzistorului de a amplifica un semnal a cărui frecvență se apropie de frecvența de amplificare de tăiere. Faptul este că cu o frecvență tot mai mare semnal de intrare castigul scade. Acest lucru se datorează faptului că timpul de trecere a principalului procese fizice(timpul de mișcare a purtătorilor de la emițător la colector, încărcarea și descărcarea joncțiunilor capacitive de barieră) devine proporțional cu perioada de schimbare a semnalului de intrare. Acestea. tranzistorul pur și simplu nu are timp să reacționeze la modificările semnalului de intrare și la un moment dat pur și simplu încetează să-l amplifice. Se numește frecvența la care se întâmplă acest lucru limite.

De asemenea, parametrii tranzistorului bipolar sunt:

curent invers colector-emiţător
la timp
curent de colector invers
curent maxim admisibil

Condiţional notația n-p-nȘi tranzistoare pnp Ele diferă doar în direcția săgeții care indică emițătorul. Acesta arată cum curge curentul într-un anumit tranzistor.

Moduri de funcționare ale unui tranzistor bipolar

Opțiunea discutată mai sus reprezintă modul normal de funcționare activ al tranzistorului. Cu toate acestea, există câteva alte combinații deschise/închise joncțiuni p-n, dintre care fiecare reprezintă mod separat funcţionarea tranzistorului.

Modul activ invers. Aici tranziția BC este deschisă, dar dimpotrivă, EB este închis. Proprietățile de amplificare în acest mod, desigur, sunt mai rele ca niciodată, așa că tranzistorii sunt folosiți foarte rar în acest mod.
Modul de saturație. Ambele treceri sunt deschise. În consecință, purtătorii de sarcină principali ai colectorului și emițătorului „fug” la bază, unde se recombină activ cu purtătorii săi principali. Datorită excesului rezultat de purtători de sarcină, rezistența joncțiunilor de bază și p-n scade. Prin urmare, un circuit care conține un tranzistor în modul de saturație poate fi considerat scurtcircuitat, iar acest element radio în sine poate fi reprezentat ca punct echipotențial.
Modul de întrerupere. Ambele tranziții ale tranzistorului sunt închise, adică curentul purtătorilor principali de sarcină dintre emițător și colector se oprește. Fluxurile de purtători de sarcină minoritare creează doar curenți de tranziție termică mici și necontrolați. Datorită sărăciei bazei și tranzițiilor cu purtători de sarcină, rezistența acestora crește foarte mult. Prin urmare, se crede adesea că un tranzistor care funcționează în modul de întrerupere reprezintă un circuit deschis.
Modul barierăÎn acest mod, baza este conectată direct sau printr-o rezistență scăzută la colector. În circuitul colector sau emițător este inclus și un rezistor, care stabilește curentul prin tranzistor. Acest lucru creează echivalentul unui circuit de diode cu un rezistor în serie. Acest mod este foarte util, deoarece permite circuitului să funcționeze la aproape orice frecvență, pe o gamă largă de temperatură și nu solicită parametrii tranzistorilor.

Circuite de comutare pentru tranzistoare bipolare

Întrucât tranzistorul are trei contacte, atunci caz general Alimentarea trebuie să fie furnizată de la două surse, care împreună produc patru ieșiri. Prin urmare, unul dintre contactele tranzistorului trebuie să fie alimentat cu o tensiune de același semn de la ambele surse. Și în funcție de ce fel de contact este, există trei circuite pentru conectarea tranzistoarelor bipolare: cu emițător comun(OE), colector comun (OK) și bază comună(DESPRE). Fiecare dintre ele are atât avantaje, cât și dezavantaje. Alegerea între ele se face în funcție de ce parametri sunt importanți pentru noi și care pot fi sacrificați.

Circuit de conectare cu emițător comun

Acest circuit oferă cel mai mare câștig în tensiune și curent (și, prin urmare, în putere - până la zeci de mii de unități) și, prin urmare, este cel mai comun. Aici joncțiunea emițător-bază este pornită direct, iar joncțiunea bază-colector este pornită invers. Și deoarece atât baza, cât și colectorul sunt alimentate cu o tensiune de același semn, circuitul poate fi alimentat de la o singură sursă. În acest circuit, faza de ieșire Tensiune AC se modifică în raport cu faza tensiunii AC de intrare cu 180 de grade.

Dar, pe lângă toate bunătățile, schema OE are și un dezavantaj semnificativ. Constă în faptul că o creștere a frecvenței și temperaturii duce la o deteriorare semnificativă a proprietăților de amplificare ale tranzistorului. Astfel, dacă tranzistorul urmează să funcționeze la frecvente inalte, atunci este mai bine să utilizați un circuit de comutare diferit. De exemplu, cu o bază comună.

Schema de conectare cu o bază comună

Acest circuit nu oferă o amplificare semnificativă a semnalului, dar este bun la frecvențe înalte, deoarece permite utilizarea mai deplină a răspunsului în frecvență al tranzistorului. Dacă același tranzistor este conectat mai întâi conform unui circuit cu un emițător comun și apoi cu o bază comună, atunci în al doilea caz se va observa crestere semnificativa frecvența sa de amplificare limită. Deoarece cu o astfel de conexiune rezistența de intrare este scăzută și rezistența de ieșire nu este foarte mare, cascadele de tranzistori asamblate conform circuitului cu OB sunt utilizate în amplificatoare de antenă, Unde impedanta caracteristica cablurile de obicei nu depășesc 100 ohmi.

Într-un circuit de bază comună, faza semnalului nu se inversează, iar nivelul de zgomot la frecvențe înalte este redus. Dar, așa cum am menționat deja, câștigul său actual este întotdeauna puțin mai mic decât unitatea. Adevărat, câștigul de tensiune aici este același ca într-un circuit cu un emițător comun. Dezavantajele unui circuit de bază comun includ și necesitatea de a utiliza două surse de alimentare.

Schema de conectare cu un colector comun

Particularitatea acestui circuit este că tensiunea de intrare este complet transmisă înapoi la intrare, adică feedback-ul negativ este foarte puternic.

Permiteți-mi să vă reamintesc că feedback-ul negativ este un astfel de feedback în care semnalul de ieșire este transmis înapoi la intrare, reducând astfel nivelul semnalului de intrare. Așa se întâmplă reglare automatăîn cazul modificării accidentale a parametrilor semnalului de intrare

Câștigul de curent este aproape același ca în circuitul emițătorului comun. Dar câștigul de tensiune este mic (principalul dezavantaj al acestui circuit). Se apropie de unitate, dar este întotdeauna mai mică decât aceasta. Astfel, câștigul de putere este egal cu doar câteva zeci de unități.

Într-un circuit colector comun, nu există nicio schimbare de fază între tensiunea de intrare și de ieșire. Deoarece câștigul de tensiune este aproape de unitate, tensiunea de iesire Faza și amplitudinea coincid cu cea de intrare, adică o repetă. De aceea, un astfel de circuit se numește adept emițător. Emițător - deoarece tensiunea de ieșire este îndepărtată de la emițător în raport cu firul comun.

Această conexiune este utilizată pentru a potrivi treptele tranzistorului sau atunci când sursa semnalului de intrare are o impedanță mare de intrare (de exemplu, un pickup piezoelectric sau un microfon cu condensator).

Două cuvinte despre cascade

Sunt momente când trebuie să crești putere de iesire(adică măriți curentul colectorului). În acest caz, se utilizează conexiunea paralelă a numărului necesar de tranzistori.

Desigur, ar trebui să aibă aproximativ aceleași caracteristici. Dar trebuie reținut că curentul total maxim al colectorului nu trebuie să depășească 1,6-1,7 din curentul maxim al colectorului oricărui dintre tranzistoarele în cascadă.
Cu toate acestea (mulțumesc pentru notă), nu este recomandat să faceți acest lucru în cazul tranzistoarelor bipolare. Pentru că doi tranzistori, chiar și de același tip, sunt cel puțin ușor diferiți unul de celălalt. În consecință, atunci când sunt conectate în paralel, curenții vor curge prin ele marimi diferite. Pentru a egaliza acești curenți, în circuitele emițătoare ale tranzistoarelor sunt instalate rezistențe echilibrate. Valoarea rezistenței lor este calculată astfel încât căderea de tensiune între ele în intervalul de curent de funcționare să fie de cel puțin 0,7 V. Este clar că acest lucru duce la o deteriorare semnificativă a eficienței circuitului.

De asemenea, poate fi nevoie de un tranzistor cu sensibilitate bună și, în același timp, câștig bun. În astfel de cazuri, se folosește o cascadă a unui tranzistor sensibil, dar de putere redusă (VT1 în figură), care controlează sursa de alimentare a unui om mai puternic (VT2 în figură).

Alte aplicații ale tranzistoarelor bipolare

Tranzistoarele pot fi utilizate nu numai în circuitele de amplificare a semnalului. De exemplu, datorită faptului că pot funcționa în moduri de saturație și de tăiere, sunt folosite ca chei electronice. De asemenea, este posibil să se utilizeze tranzistori în circuitele generatoare de semnal. Dacă funcționează în modul cheie, atunci va fi generat un semnal de undă pătrată, iar dacă în modul de amplificare, atunci un semnal liber de la, în funcție de acțiunea de control.

Marcare

Deoarece articolul a crescut deja la un volum indecent de mare, în acest moment voi oferi pur și simplu două link-uri bune, care descriu în detaliu principalele sisteme de marcare dispozitive semiconductoare(inclusiv tranzistori): http://kazus.ru/guide/transistors/mark_all.html și file.xls (35 kb).

Comentarii utile:
http://habrahabr.ru/blogs/easyelectronics/133136/#comment_4419173

Etichete:

tranzistoare
tranzistoare bipolare
Electronică

Adaugă etichete

Tranzistorul PNP este dispozitiv electronic, într-un anumit sens opusul unui tranzistor NPN. În acest tip de proiectare a tranzistorului, joncțiunile sale PN sunt deschise de tensiuni de polaritate inversă față de tipul NPN. În simbolul dispozitivului, săgeata, care determină și ieșirea emițătorului, acest timp indică în interiorul simbolului tranzistorului.

Designul dispozitivului

Circuitul de proiectare al unui tranzistor de tip PNP constă din două regiuni de material semiconductor de tip p de fiecare parte a unei regiuni de material de tip n, așa cum se arată în figura de mai jos.

Săgeata identifică emițătorul și direcția general acceptată a curentului său („înăuntru” pentru un tranzistor PNP).

Tranzistorul PNP are caracteristici foarte asemănătoare cu omologul său bipolar NPN, cu excepția faptului că direcțiile curenților și polaritățile tensiunii din el sunt inversate pentru oricare dintre cele trei scheme de conexiune posibile: cu o bază comună, cu un emițător comun și cu un colector comun. .

Principalele diferențe dintre cele două tipuri de tranzistoare bipolare

Principala diferență dintre ele este că găurile sunt principalii purtători de curent pentru tranzistoarele PNP, tranzistoarele NPN au electroni în această capacitate. Prin urmare, polaritățile tensiunilor care alimentează tranzistorul sunt inversate, iar curentul său de intrare curge de la bază. În schimb, cu un tranzistor NPN, curentul de bază curge în el, așa cum se arată mai jos în schema de circuit pentru conectarea ambelor tipuri de dispozitive cu o bază comună și un emițător comun.

Principiul de funcționare al unui tranzistor de tip PNP se bazează pe utilizarea unui curent de bază mic (cum ar fi cel de tip NPN) și a unei tensiuni de polarizare de bază negative (spre deosebire de tipul NPN) pentru a controla un curent emițător-colector mult mai mare. Cu alte cuvinte, pentru un tranzistor PNP, emițătorul este mai pozitiv față de bază și, de asemenea, față de colector.

Să ne uităm la diferențele dintre tipul PNP în diagrama de conectare cu o bază comună

Într-adevăr, se poate observa că curentul de colector IC (în cazul unui tranzistor NPN) curge de la borna pozitivă a bateriei B2, trece prin borna colectorului, pătrunde în aceasta și trebuie apoi să iasă prin borna de bază pentru a reveni la borna negativă a bateriei. În același mod, privind circuitul emițătorului, puteți vedea cum curentul său de la borna pozitivă a bateriei B1 intră în tranzistor prin borna de bază și apoi pătrunde în emițător.

Astfel, atât curentul de colector I C cât și curentul de emițător I E trec prin borna de bază. Deoarece circulă de-a lungul circuitelor lor în direcții opuse, curentul de bază rezultat este egal cu diferența lor și este foarte mic, deoarece IC este puțin mai mic decât I E. Dar, deoarece acesta din urmă este încă mai mare, direcția de curgere a curentului diferențial (curent de bază) coincide cu I E și, prin urmare, tranzistor bipolar Tipul PNP are curent care curge din bază, iar tipul NPN are curent care curge în ea.

Diferențele dintre tipul PNP folosind exemplul unui circuit de conectare cu un emițător comun

În acest nou circuit, joncțiunea PN bază-emițător este deschisă de tensiunea bateriei B1, iar joncțiunea colector-bază este polarizată direcție inversă prin tensiunea bateriei B2. Borna emițătorului este astfel comună pentru circuitele de bază și colectoare.

Curentul total al emițătorului este dat de suma a doi curenți I C și I B; trecând prin terminalul emițătorului într-o direcție. Astfel, avem I E = I C + I B.

În acest circuit, curentul de bază I B pur și simplu „se ramifică” din curentul emițătorului I E, de asemenea, coincizând cu acesta în direcție. În acest caz, un tranzistor de tip PNP are încă un curent care curge de la baza I B, iar un tranzistor de tip NPN are un curent de intrare.

În al treilea dintre circuitele de comutare a tranzistoarelor cunoscute, cu un colector comun, situația este exact aceeași. Prin urmare, nu îl prezentăm pentru a economisi spațiu și timp pentru cititori.

Tranzistor PNP: conectarea surselor de tensiune

Sursa de tensiune de la bază la emițător (V BE) este conectată negativ la bază și pozitivă la emițător, deoarece tranzistorul PNP funcționează atunci când baza este polarizat negativ față de emițător.

Tensiunea de alimentare a emițătorului este de asemenea pozitivă față de colector (V CE). Astfel, într-un tranzistor de tip PNP, terminalul emițătorului este întotdeauna mai pozitiv în raport atât cu baza, cât și cu colectorul.

Sursele de tensiune sunt conectate la tranzistorul PNP, așa cum se arată în figura de mai jos.

De această dată, colectorul este conectat la tensiunea de alimentare VCC printr-un rezistor de sarcină, R L, care limitează curentul maxim care trece prin dispozitiv. O tensiune de bază VB, care o polarizează negativ față de emițător, îi este aplicată printr-un rezistor RB, care din nou este folosit pentru a limita curentul de bază maxim.

Funcționarea unui etaj tranzistor PNP

Deci, pentru a determina curgerea curentului de bază într-un tranzistor PNP, baza trebuie să fie mai negativă decât emițătorul (curentul trebuie să părăsească baza) cu aproximativ 0,7 volți pentru un dispozitiv cu siliciu sau 0,3 volți pentru un dispozitiv cu germaniu. Formulele utilizate pentru a calcula rezistența de bază, curentul de bază sau curentul de colector sunt aceleași cu cele utilizate pentru un tranzistor NPN echivalent și sunt prezentate mai jos.

Noi vedem asta diferenta fundamentalaîntre tranzistorul NPN și PNP este polarizarea corectă a joncțiunilor pn, deoarece direcțiile curenților și polaritatea tensiunilor din ele sunt întotdeauna opuse. Astfel, pentru circuitul de mai sus: I C = I E - I B, deoarece curentul trebuie să circule de la bază.

În general, un tranzistor PNP poate fi înlocuit cu unul NPN în majoritatea cazurilor circuite electronice, singura diferență este polaritatea tensiunii și direcția curentului. Astfel de tranzistori pot fi, de asemenea, utilizați ca dispozitive de comutare, iar mai jos este prezentat un exemplu de comutator tranzistor PNP.

Caracteristicile tranzistorului

Caracteristicile de ieșire ale unui tranzistor PNP sunt foarte asemănătoare cu curbele corespunzătoare ale unui tranzistor NPN echivalent, cu excepția faptului că sunt rotite la 180° pentru a permite polaritatea inversă a tensiunilor și curenților (curenții de bază și de colector ai unui tranzistor PNP sunt negativi). În mod similar, pentru a găsi punctele de funcționare ale unui tranzistor PNP, linia de sarcină dinamică poate fi reprezentată în al treilea trimestru al sistemului de coordonate carteziene.

Caracteristicile tipice ale tranzistorului 2N3906 PNP sunt prezentate în figura de mai jos.

Perechi de tranzistori în trepte de amplificator

S-ar putea să vă întrebați care este motivul pentru a utiliza tranzistoarele PNP atunci când există multe tranzistoare NPN disponibile care pot fi folosite ca amplificatoare sau comutatoare cu stare solidă? Cu toate acestea, prezența a doi tipuri variate tranzistoare - NPN și PNP - dă mari beneficii la proiectarea circuitelor amplificatoarelor de putere. Aceste amplificatoare folosesc perechi de tranzistori „complementare” sau „potrivite” (reprezentând un tranzistor PNP și un tranzistor NPN conectați împreună, așa cum se arată în figura de mai jos) în treapta de ieșire.

Două tranzistoare NPN și PNP corespondente cu caracteristici similare, identice între ele, se numesc complementare. De exemplu, TIP3055 (tip NPN) și TIP2955 (tip PNP) sunt bun exemplu tranzistoare de putere complementare cu siliciu. Ambele au un câștig de curent continuu β=I C /I B potrivit cu 10% și un curent mare de colector de aproximativ 15A, făcându-le ideale pentru controlul motorului sau aplicații robotizate.

În plus, amplificatoarele de clasa B folosesc perechi de tranzistoare potrivite în treptele lor de putere de ieșire. În ele, tranzistorul NPN conduce doar jumătatea de undă pozitivă a semnalului, iar tranzistorul PNP conduce doar jumătatea sa negativă.

Acest lucru permite amplificatorului să treacă puterea necesară prin difuzor în ambele direcții la un anumit moment putere nominală si impedanta. Ca urmare, curentul de ieșire, care este de obicei de ordinul mai multor amperi, este distribuit uniform între cele două tranzistoare complementare.

Perechi de tranzistori în circuitele de comandă a motoarelor electrice

Ele sunt, de asemenea, utilizate în circuitele de comandă H-bridge pentru motoarele reversibile de curent continuu, care fac posibilă reglarea uniformă a curentului prin motor în ambele sensuri de rotație a acestuia.

Circuitul H-bridge de mai sus este numit așa deoarece configurația de bază a celor patru comutatoare cu tranzistori seamănă cu litera „H” cu motorul situat pe linia transversală. Puntea H a tranzistorului este probabil unul dintre cele mai utilizate tipuri de circuite reversibile de control al motorului de curent continuu. Folosește perechi „complementare” de tranzistori NPN și PNP în fiecare ramură pentru a acționa ca întrerupătoare pentru a controla motorul.

Intrarea de control A permite motorului să funcționeze într-o singură direcție, în timp ce intrarea B este utilizată pentru rotația inversă.

De exemplu, când tranzistorul TR1 este pornit și TR2 este oprit, intrarea A este conectată la tensiunea de alimentare (+Vcc), iar dacă tranzistorul TR3 este oprit și TR4 este pornit, atunci intrarea B este conectată la 0 volți (GND). Prin urmare, motorul se va roti într-o direcție, corespunzătoare potențialului pozitiv al intrării A și potențialului negativ al intrării B.

Dacă stările comutatorului sunt modificate astfel încât TR1 este oprit, TR2 este pornit, TR3 este pornit și TR4 este oprit, curentul motorului va curge în direcție opusă, ceea ce va atrage inversarea acestuia.

Folosind niveluri logice opuse „1” sau „0” pe intrările A și B, puteți controla sensul de rotație al motorului.

Determinarea tipului de tranzistori

Orice tranzistor bipolar poate fi considerat ca fiind alcătuit în principal din două diode conectate împreună spate în spate.

Putem folosi această analogie pentru a determina dacă un tranzistor este de tip PNP sau NPN testându-i rezistența între cele trei terminale ale sale. Testând fiecare pereche în ambele direcții cu ajutorul unui multimetru, după șase măsurători obținem următorul rezultat:

1. Emițător - Bază. Aceste concluzii ar trebui să acționeze ca diodă obișnuităși conduc curentul doar într-o singură direcție.

2.Colector - Baza. Aceste cabluri ar trebui, de asemenea, să acționeze ca o diodă normală și să conducă curentul doar într-o singură direcție.

3. Emițător - Colector. Aceste concluzii nu trebuie trase în nicio direcție.

Valorile rezistenței de tranziție ale tranzistorilor de ambele tipuri

Apoi putem determina tranzistorul PNP să fie sănătos și închis. Un curent mic de ieșire și o tensiune negativă la baza sa (B) în raport cu emițătorul său (E) îl vor deschide și vor permite să curgă mult mai mult curent emițător-colector. Tranzistoarele PNP conduc la un potențial emițător pozitiv. Cu alte cuvinte, un tranzistor bipolar PNP va conduce numai dacă bornele de bază și colector sunt negative în raport cu emițătorul.

Tranzistorul bipolar este unul dintre cele mai vechi, dar cele mai faimoase tipuri de tranzistori și este încă folosit în electronice moderne. Un tranzistor este indispensabil atunci când trebuie să controlați o sarcină destul de puternică pentru care dispozitivul de control nu poate furniza suficient curent. Ele vin în diferite tipuri și capacități, în funcție de sarcinile îndeplinite. Cunoștințele de bază și formulele despre tranzistori pot fi găsite în acest articol.

Introducere

Înainte de a începe lecția, să fim de acord că discutăm doar un singur tip de modalitate de a porni un tranzistor. Un tranzistor poate fi folosit într-un amplificator sau receptor și, de obicei, fiecare model de tranzistor este fabricat cu caracteristici specifice pentru a-l face mai specializat pentru munca mai bunaîntr-o anumită includere.

Tranzistorul are 3 terminale: bază, colector și emițător. Este imposibil să spunem fără ambiguitate care dintre ele este intrarea și care este ieșirea, deoarece toate sunt conectate și se influențează reciproc într-un fel sau altul. Când un tranzistor este pornit în modul comutator (controlul sarcinii), acesta acționează astfel: curentul de bază controlează curentul de la colector la emițător sau invers, în funcție de tipul de tranzistor.

Există două tipuri principale de tranzistoare: NPN și PNP. Pentru a înțelege acest lucru, putem spune că principala diferență dintre aceste două tipuri este direcția curentului electric. Acest lucru poate fi văzut în Figura 1.A, unde este indicată direcția curentului. Într-un tranzistor NPN, un curent curge de la bază în tranzistor, iar celălalt curent trece de la colector la emițător, dar într-un tranzistor PNP este adevărat opusul. Din punct de vedere funcțional, diferența dintre aceste două tipuri de tranzistoare este tensiunea pe sarcină. După cum puteți vedea în imagine, tranzistorul NPN oferă 0V atunci când este pornit, iar PNP oferă 12V. Veți înțelege mai târziu de ce acest lucru afectează selecția tranzistorului.

Pentru simplitate, vom studia doar tranzistoarele NPN, dar toate acestea se aplică PNP, ținând cont de faptul că toți curenții sunt inversați.

Figura de mai jos arată analogia dintre un comutator (S1) și un comutator tranzistor, unde se poate vedea că curentul de bază se închide sau deschide calea curentului de la colector la emițător:

Cunoscând exact caracteristicile tranzistorului, puteți obține de la acesta randament maxim. Parametrul principal este câștigul tranzistorului conform DC, care este de obicei notat Hfe sau β. De asemenea, este important să cunoașteți curentul maxim, puterea și tensiunea tranzistorului. Acești parametri pot fi găsiți în documentația pentru tranzistor și ne vor ajuta să stabilim valoarea rezistenței de bază, care este descrisă mai jos.

Folosind un tranzistor NPN ca comutator

Figura arată includerea unui tranzistor NPN ca comutator. Veți întâlni această includere foarte des atunci când analizați diferite circuite electronice. Vom studia cum să rulăm un tranzistor în modul selectat, vom calcula rezistența de bază, câștigul de curent al tranzistorului și rezistența de sarcină. Vă sugerez cel mai simplu și cel mai mult mod exact pentru aceasta.

1. Să presupunem că tranzistorul este în modul de saturație:în care model matematic tranzistorul devine foarte simplu și cunoaștem tensiunea în punctul V c. Vom găsi valoarea rezistenței de bază la care totul va fi corect.

2. Determinarea curentului de saturație a colectorului: Tensiunea dintre colector și emițător (V ce) este preluată din documentația tranzistorului. Emițătorul este conectat la GND, respectiv V ce = V c - 0 = V c. Odată ce cunoaștem această valoare, putem calcula curentul de saturație a colectorului folosind formula:

Uneori, rezistența de sarcină R L este necunoscută sau nu poate fi la fel de precisă ca rezistența bobinei releului; În acest caz, este suficient să cunoașteți curentul necesar pentru pornirea releului.
Asigurați-vă că curentul de sarcină nu depășește curentul maxim de colector al tranzistorului.

3. Calculul curentului de bază necesar: Cunoscând curentul de colector, puteți calcula curentul de bază minim necesar pentru a obține acel curent de colector folosind următoarea formulă:

Din aceasta rezultă că:

4. Depășirea valorilor admisibile: După ce ați calculat curentul de bază și dacă se dovedește a fi mai mic decât cel specificat în documentație, atunci puteți supraîncărca tranzistorul înmulțind curentul de bază calculat, de exemplu, cu 10 ori. Astfel, comutatorul tranzistorului va fi mult mai stabil. Cu alte cuvinte, performanța tranzistorului va scădea dacă sarcina crește. Aveți grijă să nu depășiți curentul de bază maxim menționat în documentație.

5. Calculul valorii necesare a lui R b: Având în vedere o suprasarcină de 10 ori, rezistența Rb poate fi calculată folosind următoarea formulă:

unde V 1 este tensiunea de control a tranzistorului (vezi Figura 2.a)

Dar dacă emițătorul este conectat la masă și este cunoscută tensiunea bază-emițător (aproximativ 0,7V pentru majoritatea tranzistoarelor) și presupunând că V 1 = 5V, formula poate fi simplificată la următoarea:

Se poate observa că curentul de bază este înmulțit cu 10 ținând cont de suprasarcină.
Când se cunoaște valoarea lui R b, tranzistorul este „setat” să funcționeze ca un comutator, numit și „modul de saturație și decuplare”, unde „saturația” este atunci când tranzistorul este complet deschis și conduce curent, iar „tăierea” este cand este inchis si nu conduc curent .

Notă: Când spunem , nu spunem că curentul colectorului trebuie să fie egal cu . Aceasta înseamnă pur și simplu că curentul de colector al tranzistorului poate crește la acest nivel. Curentul va urma legile lui Ohm, la fel ca orice curent electric.

Calculul sarcinii

Când am considerat că tranzistorul se află în modul de saturație, am presupus că unii dintre parametrii săi nu s-au modificat. Acest lucru nu este în întregime adevărat. De fapt, acești parametri au fost modificați în principal prin creșterea curentului de colector și, prin urmare, este mai sigur pentru suprasarcină. Documentația indică o modificare a parametrilor tranzistorului în timpul supraîncărcării. De exemplu, tabelul din Figura 2.B arată doi parametri care se modifică semnificativ:

H FE (β) variază în funcție de curentul și tensiunea colectorului V CEsat. Dar V CEsat în sine se modifică în funcție de colector și curent de bază, așa cum se arată în tabelul de mai jos.

Calculul poate fi foarte complex, deoarece toți parametrii sunt strâns și complex interrelaționați, deci este mai bine să luați cele mai proaste valori. Acestea. cel mai mic H FE, cel mai mare V CEsat și V CEsat.

Aplicație tipică a unui comutator tranzistor

În electronica modernă, un comutator tranzistor este utilizat pentru a controla releele electromagnetice, care consumă până la 200 mA. Dacă vrei să controlezi releul cip logic sau un microcontroler, atunci tranzistorul este de neînlocuit. În Figura 3.A, rezistența rezistorului de bază este calculată în funcție de curentul necesar releului. Dioda D1 protejează tranzistorul de impulsurile pe care le generează bobina atunci când este oprită.

2. Conectarea unui tranzistor cu colector deschis:

Multe dispozitive, cum ar fi familia 8051 de microcontrolere, au porturi open-collector. Rezistența rezistenței de bază a tranzistorului extern este calculată așa cum este descris în acest articol. Rețineți că porturile pot fi mai complexe și folosesc adesea FET-uri în loc de cele bipolare și sunt numite ieșiri de scurgere deschisă, dar totul rămâne exact la fel ca în Figura 3.B

3. Crearea unui element logic OR-NOT (NOR):

Uneori trebuie să utilizați o singură poartă într-un circuit și nu doriți să utilizați un cip cu 4 porți cu 14 pini, fie din cauza costului, fie din cauza spațiului pe placă. Poate fi înlocuit cu o pereche de tranzistori. Rețineți că caracteristicile de frecvență astfel de elemente depind de caracteristicile și tipul tranzistorilor, dar de obicei sub 100 kHz. Reducerea rezistenței de ieșire (Ro) va crește consumul de energie, dar va crește curentul de ieșire.
Trebuie să găsiți un compromis între acești parametri.

Figura de mai sus prezintă o poartă NOR construită folosind 2 tranzistoare 2N2222. Acest lucru se poate face cu tranzistoare PNP 2N2907, cu mici modificări. Trebuie doar să iei în considerare că totul curenti electrici apoi curge în sens opus.

Găsirea erorilor în circuite tranzistoare Oh

Când apare o problemă în circuitele care conțin mulți tranzistori, poate fi destul de dificil să știi care dintre ele este proastă, mai ales când sunt toate lipite. Vă dau câteva sfaturi care vă vor ajuta să găsiți rapid problema într-o astfel de schemă:

1. Temperatura: Dacă tranzistorul devine foarte fierbinte, probabil că există o problemă pe undeva. Nu este necesar ca problema să fie un tranzistor fierbinte. De obicei, tranzistorul defect nici nu se încălzește. Această creștere a temperaturii poate fi cauzată de un alt tranzistor conectat la acesta.

2. Măsurarea V CE a tranzistorilor: Dacă toate sunt de același tip și funcționează, atunci ar trebui să aibă aproximativ același VCE. Căutați tranzistori care au V CE diferit cale rapidă detectarea tranzistoarelor defecte.

3. Măsurarea tensiunii pe rezistorul de bază: Tensiunea pe rezistorul de bază este destul de importantă (dacă tranzistorul este pornit). Pentru un driver de tranzistor NPN de 5V, căderea de tensiune pe rezistor ar trebui să fie mai mare de 3V. Dacă nu există nicio cădere de tensiune pe rezistor, atunci fie tranzistorul, fie dispozitivul de control al tranzistorului este defect. În ambele cazuri, curentul de bază este 0.

Să luăm în considerare pe scurt lucrarea n-р-n-tranzistor. La interfaţa dintre semiconductori şi n(electronic) - și R conductivități de tip (găuri), datorită difuziei, apare o regiune de sarcini spațiale opuse. Este format din atomi ionizați ai impurităților acceptoare și donor și este epuizat de purtători mobili de sarcină: electroni și găuri. Câmpul diferenței de potențial de contact format între sarcini este o barieră de potențial care împiedică tranziția de difuzie a purtătorilor.

Dacă joncțiunea emițătorului este polarizată direct (după cum se arată în Fig. 4), atunci bariera de potențial scade și electronii vor fi injectați de la emițător în bază. Concentrația de găuri în bază este de obicei semnificativ mai mică decât concentrația de electroni din emițător, iar injectarea găurilor în emițător poate fi neglijată. Prin urmare curentul emițătorului i 3 este format din componenta electronică a fluxului purtător. Electronii injectați de la emițător sunt purtători minoritari de sarcină în bază și, în principal datorită difuziei, se vor deplasa prin bază spre joncțiunea colectorului. O tensiune pozitivă este aplicată colectorului în raport cu bază, care corespunde polarării inverse a joncțiunii colectorului. Electronii care ajung la joncțiunea colectorului sunt atrași de câmpul său în regiunea colectorului și formează un curent de colector i j. Deoarece grosimea bazei este mică, iar concentrația de găuri în ea este mică, atunci numai Mică parte electronii se recombină (se unesc) cu găurile din bază; electronii rămași ajung la joncțiunea colectorului. Recombinarea electronilor în bază determină un curent corespunzător în circuit extern- curent de bază i b.

Există relații evidente între curenții emițător, bază și colector:

unde α este coeficientul de transfer al curentului emițătorului; este nevoie, în funcție de tipul de tranzistor, de valori în intervalul de la 0,95 la 0,99. Din relațiile de mai sus obținem dependența curentului colectorului de curentul de bază:

Parametrul (3)

se numește coeficient de transfer al curentului de bază și este 20÷100. Ei spun că curentul de bază este amplificat în tranzistor.

3.3. Caracteristicile curent-tensiune ale bipolarului
tranzistor într-un circuit emițător comun

Proprietățile unui tranzistor bipolar sunt determinate de familii de caracteristici statice curent-tensiune care exprimă relația dintre curenții și tensiunile sale. Tipul acestor caracteristici depinde de circuitul de conectare a tranzistorului. Cel mai popular este circuitul emițător comun (Fig. 5). Caracteristicile de intrare sunt familia i b = F(u b) la u ke = const (Fig. 6, a). Sunt similare cu caracteristicile dioda semiconductoare. Caracteristicile de ieșire reprezintă familia i k = F(u ke) la

i b = const (Fig. 6, b).

La scăzut u ke când i b >0 (adică u fi ≥ 0,6 V), joncțiunea colectorului (ca și joncțiunea emițătorului) se dovedește a fi polarizată direct, astfel încât nu toți electronii injectați în bază ajung în regiunea colectorului.

Tranzistorul funcționează aici în mod saturare , deoarece o creștere a curentului de bază nu duce la o creștere a curentului de colector. Caracteristicile corespunzătoare acestui mod sunt îmbinate într-o linie B. Mai departe cu creșterea u ke curent de colector i la început crește rapid și apoi rămâne aproape neschimbat.

Pe măsură ce crește curentul de bază, care face parte din curentul emițătorului, crește și curentul colectorului și caracteristici statice misca in sus. Tranzistorul funcționează aici activ mod și acționează ca un regulator de curent. Trebuie remarcat faptul că legătura dintre curenții colector și de bază este destul de liniară, ceea ce se manifestă prin aranjarea echidistantă a secțiunilor plate ale caracteristicilor colectorului. În cele din urmă, atunci când joncțiunea emițătorului este polarizată invers (adică u bae< 0,6 В) последний заперт, и через транзистор протекает неуправляемый (его называют сквозным) ток i kes. Acest mod se numește modul de întrerupere curent. Caracteristică i b = 0 (linia A) separă modul activ și regiunile de decuplare.

3.4. Descrierea tranzistorului prin parametrii h și ai acestuia
circuit echivalent

Când se analizează circuitele tranzistoarelor în modul de semnal mic, este convenabil să se reprezinte tranzistorul ca o rețea liniară cu două terminale (Fig. 7) și să descrie relația curenților și tensiunilor la intrare și la ieșire cu patru parametri. Pentru a descrie tranzistoarele, se folosesc de obicei așa-numitele tranzistoare hibride, care sunt ușor de măsurat. h-Opțiuni; hai sa le prezentam.

Să luăm curentul de intrare ca variabile independente i 1 si tensiunea de iesire u 2. Apoi tensiunea de intrare u 1 și curent de ieșire i 2 vor fi câteva funcții neliniare ale variabilelor independente selectate:

Pentru modificări mici ale curenților și tensiunilor, creșterile tensiunii de intrare și ale curentului de ieșire pentru regiunea activă pot fi scrise ca

Aici derivatele sunt calculate pentru unele valori constante ale curentului și tensiunii eu 1,0 , U 2.0, care caracterizează modul DC al tranzistorului. Să notăm aceste constante

Rolul creșterilor mici poate fi jucat de curenți și tensiuni alternative mici cu amplitudini eu 1 , eu 2 și U 1 , U 2. Apoi dependența dintre curenti alternativi iar tensiunile din tranzistor vor fi descrise de sistem ecuatii lineare Cu h-parametri:

(4a)

. (4b)

Conform (4), parametrul h 11 este rezistența de intrare a tranzistorului și h 21 - coeficient de transfer de curent la scurt circuit Ieșire ( U 2 = 0); h 22 - conductivitate de ieșire și h 12 - coeficient părere prin tensiune cu intrarea deschisă ( eu 1 = 0). Parametru h 21 este egal cu α pentru un circuit de bază comun și β pentru un circuit emițător comun.

Valori specifice h-parametrii variază pt tipuri diferite tranzistoare, circuitele lor de conectare și modul DC eu 1,0 , U 2,0 ; h-parametrii pot fi calculati si din statica caracteristicile curent-tensiune tranzistor, dacă acestea din urmă sunt cunoscute.

În conformitate cu ecuațiile (4), tranzistorul poate fi reprezentat formal de circuitul echivalent prezentat în Fig. 8. Generator de curent h 21 eu 1, în circuitul de ieșire ia în considerare efectul de amplificare a curentului și generatorul h 12 U 2 reflectă prezența tensiunii de feedback în circuitul de intrare.

Un circuit echivalent de acest tip poate fi utilizat pentru a studia circuitele tranzistoarelor cu un semnal armonic mic gamă largă frecvență În acest caz, ecuațiile (4) sunt scrise pentru amplitudini complexe ale curenților și tensiunilor și ele însele h-parametrii vor fi marimi complexe dependente de frecventa. Pentru relativ frecvențe joase h-parametrii pot fi considerați constante pentru modul DC selectat al tranzistorului. De exemplu, pentru siliciu n-р-n- tranzistor KT315B la eu k0 = 1 mA, U ke0 = 10 V h-parametrii dintr-un circuit cu un emițător comun se află de obicei în intervalele de valori:

Proiectare și principiu de funcționare

Primele tranzistoare au fost fabricate din germaniu. În prezent, sunt fabricate în principal din siliciu și arseniură de galiu. Ultimii tranzistori sunt utilizați în circuitele amplificatoare de înaltă frecvență. Un tranzistor bipolar este format din trei în diverse moduri zone semiconductoare dopate: emiţător E, baze Bși colecționar C. În funcție de tipul de conductivitate al acestor zone, se disting tranzistoarele NPN (emițător - n-semiconductor, bază - p-semiconductor, colector - n-semiconductor) și PNP. Contactele conductoare sunt conectate la fiecare dintre zone. Baza este situată între emițător și colector și este realizată dintr-un semiconductor ușor dopat cu rezistență ridicată. Suprafața totală de contact bază-emițător este semnificativ mai mică decât zona de contact colector-bază (acest lucru se face din două motive - suprafața mare a joncțiunii colector-bază crește probabilitatea ca purtătorii de sarcină minoritari să fie extrași în colector și deoarece în modul de funcționare joncțiunea colector-bază este de obicei activată în polarizare inversă, ceea ce crește generarea de căldură și promovează îndepărtarea căldurii din colector), prin urmare tranzistorul bipolar vedere generala este dispozitiv dezechilibrat(este imposibil să schimbați emițătorul și colectorul schimbând polaritatea conexiunii și rezultând un tranzistor bipolar absolut similar cu cel original).

În modul de funcționare activ, tranzistorul este pornit astfel încât joncțiunea emițătorului este polarizată în direcția înainte (deschisă), iar joncțiunea colectorului este polarizat în direcția opusă (închisă). Pentru certitudine, să luăm în considerare npn tranzistor, toate raționamentele se repetă în mod absolut similar pentru acest caz pnp tranzistor, înlocuind cuvântul „electroni” cu „găuri” și invers, precum și înlocuirea tuturor tensiunilor cu semne opuse. ÎN npn tranzistorul, electronii, principalii purtători de curent din emițător, trec prin pasaj deschis emițător-bază (injectat) în zona de bază. Unii dintre acești electroni se recombină cu cei mai mulți purtători de sarcină din bază (găuri). Cu toate acestea, deoarece baza este foarte subțire și relativ ușor dopată, majoritatea electronilor injectați din emițător difuzează în regiunea colectorului. Câmpul electric puternic al joncțiunii colectorului cu polarizare inversă captează electroni și îi transportă în colector. Curentul colectorului este astfel practic egal cu curentul emițătorului, cu excepția unei mici pierderi de recombinare în bază, care formează curentul de bază (I e = I b + I k). Coeficientul α care leagă curentul emițătorului și curentul colectorului (I k = α I e) se numește coeficient de transfer al curentului emițătorului. Valoarea numerică a coeficientului α este 0,9 - 0,999. Cu cât coeficientul este mai mare, cu atât tranzistorul transmite curentul mai eficient. Acest coeficient depinde puțin de tensiunile colector-bază și bază-emițător. Prin urmare, pe o gamă largă de tensiuni de funcționare, curentul colectorului este proporțional cu curentul de bază, coeficientul de proporționalitate este egal cu β = α / (1 − α) = (10..1000). Astfel, prin schimbarea curentului de bază mic, puteți controla semnificativ curent mare colector

Moduri de funcționare ale unui tranzistor bipolar

Mod activ normal

Joncțiunea emițător-bază este conectată în direcția înainte (deschis), iar joncțiunea colector-bază este în direcția inversă (închis)
U EB >0;U KB<0 (для транзистора p-n-p типа, для транзистора n-p-n типа условие будет иметь вид U ЭБ <0;U КБ >0);

Modul activ invers

Joncțiunea emițătorului are o conexiune inversă, iar joncțiunea colectorului are o conexiune directă.

Modul de saturație

Ambele joncțiuni pn sunt polarizate înainte (ambele deschise). Dacă joncțiunile emițătorului și colectorului p-n sunt conectate la surse externe în direcția înainte, tranzistorul va fi în modul de saturație. Câmpul electric de difuzie al joncțiunilor emițătorului și colectorului va fi parțial slăbit de câmpul electric creat de sursele externe Ueb și Ukb. Ca urmare, bariera de potențial care a limitat difuzia purtătorilor principali de sarcină va scădea și va începe pătrunderea (injecția) găurilor de la emițător și colector în bază, adică curenți numiți curenți de saturație ai emițătorului (IE. .sat) și colectorul (IK) vor curge prin emițătorul și colectorul tranzistorului us).

Modul de întrerupere

În acest mod, ambele joncțiuni p-n ale dispozitivului sunt polarizate în direcția opusă (ambele sunt închise). Modul de tăiere al tranzistorului se obține atunci când joncțiunile p-n emițător și colector sunt conectate la surse externe în sens opus. În acest caz, curenți inversați foarte mici ai emițătorului (IEBO) și colectorului (ICBO) curg prin ambele joncțiuni p-n. Curentul de bază este egal cu suma acestor curenți și, în funcție de tipul de tranzistor, variază de la unități de microamperi - µA (pentru tranzistoarele cu siliciu) la unități de miliamperi - mA (pentru tranzistoarele cu germaniu).

Modul barieră

În acest mod baza tranzistorul pentru curent continuu este conectat în scurtcircuit sau printr-un mic rezistor cu acesta colector, si in colector sau în emițător Circuitul tranzistorului este pornit de un rezistor care stabilește curentul prin tranzistor. În acest sens, tranzistorul este un fel de diodă conectată în serie cu un rezistor de setare a curentului. Astfel de circuite în cascadă se disting printr-un număr mic de componente, o izolație bună de înaltă frecvență, un interval mare de temperatură de funcționare și insensibilitate la parametrii tranzistorului.

Scheme de conectare

Orice circuit de conectare a tranzistorului este caracterizat de doi indicatori principali:

Câștig curent I out / I in.
Rezistența de intrare Rin =Uin /Iin

Schema de conectare cu o bază comună

Amplificator de bază comun.

Dintre toate cele trei configurații, are cea mai mică impedanță de intrare și cea mai mare impedanță de ieșire. Are un câștig de curent apropiat de unitate și un câștig mare de tensiune. Faza semnalului nu este inversată.
Câștig curent: I out /I in =I la /I e =α [α<1]
Rezistența de intrare R în =U în /I în =U fie /I e.

Rezistența de intrare pentru un circuit cu o bază comună este mică și nu depășește 100 ohmi pentru tranzistoarele de putere mică, deoarece circuitul de intrare al tranzistorului este o joncțiune emițător deschisă a tranzistorului.

Avantaje:

Proprietăți bune de temperatură și frecvență.
Tensiune ridicată admisă

Dezavantajele unei scheme de bază comune:

Câștig de curent scăzut deoarece α< 1
Impedanță de intrare scăzută
Două surse diferite de tensiune pentru alimentare.

Circuit de conectare cu emițător comun

Câștig de curent: I out /I in =I to /I b =I to /(I e -I to) = α/(1-α) = β [β>>1]
Rezistenta de intrare: R in =U in /I in =U fi /I b

Avantaje:

Câștig mare de curent
Câștig de înaltă tensiune
Cel mai mare câștig de putere
Te poți descurca cu o singură sursă de alimentare
Tensiunea AC de ieșire este inversată față de intrare.

Defecte:

Proprietăți mai slabe de temperatură și frecvență în comparație cu un circuit de bază comun

Circuit colector comun

Câștig de curent: I out /I in =I e /I b =I e /(I e -I k) = 1/(1-α) = β [β>>1]
Rezistenta de intrare: R in = U in / I in = (U b e + U k e) / I b

Avantaje:

Impedanta mare de intrare
Impedanță scăzută de ieșire

Defecte:

Câștigul de tensiune este mai mic de 1.

Un circuit cu această conexiune se numește „emitter follower”

Setări principale

Coeficientul de transfer curent
Impedanta de intrare
Conductivitate de ieșire
Colector-emițător de curent invers
La timp
Frecvența limită a coeficientului de transfer al curentului de bază
Curentul de colector invers
Curent maxim admisibil
Frecvența de tăiere a coeficientului de transfer de curent într-un circuit cu un emițător comun

Parametrii tranzistorului sunt împărțiți în intrinseci (primari) și secundari. Parametrii intrinseci caracterizează proprietățile tranzistorului, indiferent de circuitul său de conectare. Următorii sunt luați ca principali parametri proprii:

câștig de curent α;
rezistența emițătorului, colectorului și bazei la curentul alternativ r e, r k, r b, care sunt:
- r e - suma rezistentelor regiunii emitatorului si jonctiunii emitatorului;
- r k - suma rezistențelor zonei colectorului și joncțiunii colectorului;
- r b - rezistența transversală a bazei.

Circuit echivalent al unui tranzistor bipolar folosind parametrii h

Parametrii secundari sunt diferiți pentru diverse scheme pornirea tranzistorului și, datorită neliniarității sale, sunt valabile doar pentru frecvențe joase și amplitudini mici ale semnalelor. Pentru parametrii secundari, mai multe sisteme de parametri și corespunzătoare acestora circuite echivalente. Principalii sunt parametri mixți (hibrizi), notați cu litera „h”.

Impedanta de intrare- rezistența tranzistorului la curentul alternativ de intrare în cazul unui scurtcircuit la ieșire. Modificarea curentului de intrare este rezultatul unei modificări a tensiunii de intrare, fără influența feedback-ului de la tensiunea de ieșire.

H 11 = U m1 /I m1 la U m2 = 0.

Factor de feedback de tensiune arată ce proporție din tensiunea alternativă de ieșire este transferată la intrarea tranzistorului datorită feedback-ului din acesta. Nu există curent alternativ în circuitul de intrare al tranzistorului, iar o modificare a tensiunii de intrare are loc numai ca urmare a unei modificări a tensiunii de ieșire.

H 12 = U m1 /U m2 la I m1 = 0.

Coeficientul de transfer curent(câștig de curent) arată câștigul de curent alternativ la rezistența de sarcină zero. Curentul de ieșire depinde doar de curentul de intrare fără a fi influențat de tensiunea de ieșire.

H 21 = I m2 /I m1 la U m2 = 0.

Conductivitate de ieșire- conductivitate internă pentru curent alternativ între bornele de ieșire. Curentul de ieșire se modifică sub influența tensiunii de ieșire.

H 22 = I m2 /U m2 la I m1 = 0.

Relația dintre curenții alternativi și tensiunile tranzistorului este exprimată prin ecuațiile:

U m1 = h 11 I m1 + h 12 U m2 ;
I m2 = h 21 I m1 + h 22 U m2.

În funcție de circuitul de conectare a tranzistorului, la indicii digitali ai parametrilor h se adaugă litere: „e” - pentru circuitul OE, „b” - pentru circuitul OB, „k” - pentru circuitul OK.

Pentru circuitul OE: I m1 = I mb, I m2 = I mk, U m1 = U mb-e, U m2 = U mk-e. De exemplu, pentru această schemă:

H 21e = I mк /I mb = β.

Pentru circuitul OB: I m1 = I mе, I m2 = I mк, U m1 = U mе-b, U m2 = U mк-b.

Parametrii proprii ai tranzistorului sunt legați de parametrii h, de exemplu pentru un circuit OE:

;

Odată cu creșterea frecvenței, capacitatea joncțiunii colectorului C k începe să aibă un efect dăunător asupra funcționării tranzistorului. Rezistența capacității scade, curentul prin rezistența de sarcină și, în consecință, factorii de câștig α și β. Rezistența capacității de joncțiune a emițătorului C e scade și ea, cu toate acestea, este derivată de o rezistență de joncțiune mică r e și în majoritatea cazurilor poate să nu fie luată în considerare. În plus, cu creșterea frecvenței, apare o scădere suplimentară a coeficientului β ca urmare a unei întârzieri a fazei curentului colector față de faza curentului emițătorului, care este cauzată de inerția procesului de mișcare a purtătorilor prin baza de la joncțiunea emițătorului la colector și inerția proceselor de acumulare și resorbție a sarcinii în bază. Se numesc frecvențele la care coeficienții α și β scad cu 3 dB frecvențele de tăiere coeficientul de transfer de curent pentru schemele OB și, respectiv, OE.

În modul de impuls, impulsul de curent al colectorului începe cu o întârziere de un timp de întârziere τ з în raport cu impulsul de curent de intrare, care este cauzat de timpul finit de călătorie a purtătorilor prin bază. Pe măsură ce purtătorii se acumulează în bază, curentul colectorului crește în timpul de creștere τ f. La timp tranzistorul se numește τ pe = τ h + τ f.

Tehnologia de fabricare a tranzistorilor

Epitaxial-planar
Splavnaya
- Difuzia
- Aliaj de difuzie

Aplicarea tranzistoarelor

Demodulator (Detector)
Invertor (element logic)
Microcircuite bazate pe logica tranzistorului (vezi logica tranzistor-tranzistor, logica diodă-tranzistor, logica rezistor-tranzistor)

Vezi si

Literatură

Note

Stare solidă pasivă	Rezistor Rezistor variabil Rezistor trimmer Varistor Condensator Condensator variabil Condensator trimmer Inductor Rezonator cu cuarț· Siguranță · Siguranță cu resetare automată Transformator
Stare solidă activă	Dioda· LED · Fotodiodă · Laser semiconductor · Dioda Schottky· Dioda Zener · Stabilistor · Varicap · Varicond · Pod de diode · Diodă de avalanșă · Dioda tunel · Dioda Gunn tranzistor · Tranzistor bipolar · Tranzistor cu efect de câmp · tranzistor CMOS · Tranzistor unijunction· Fototranzistor · Tranzistor compozit Tranzistor balistic Circuit integrat · Circuit integrat digital · Circuit integrat analogic tiristor· Triac · Dynistor · Memristor
Vacuum pasiv	Bareter
Vacuum activ și descărcare de gaze	Lampa electrica · Dioda electrovacuum· Triodă · Tetrodă · Pentodă · Hexodă · Heptodă · Pentagridă · Octodă · Nonod · Mecanotron · Klystron · Magnetron · Amplitron · Platinotron · Tub catodic · Lampă cu val de călătorie
Dispozitive de afișare