Thực đơn
trang chủYandex

Dòng thu ngược của bóng bán dẫn lưỡng cực. MSTU "Mami" - Khoa Quy trình Điều khiển và Tự động hóa. Transitor PNP: kết nối nguồn điện áp

Những lời giải thích cần thiết đã được đưa ra, hãy đi vào vấn đề.

Linh kiện bán dẫn. Định nghĩa và lịch sử

bóng bán dẫn- một thiết bị bán dẫn điện tử trong đó dòng điện trong mạch gồm hai điện cực được điều khiển bởi điện cực thứ ba. (bóng bán dẫn.ru)

Các bóng bán dẫn hiệu ứng trường là những bóng bán dẫn đầu tiên được phát minh (1928), và các bóng bán dẫn lưỡng cực xuất hiện vào năm 1947 tại Bell Labs. Và không hề phóng đại, đó là một cuộc cách mạng trong lĩnh vực điện tử.

Rất nhanh chóng, bóng bán dẫn đã thay thế các bóng đèn chân không ở nhiều lĩnh vực khác nhau. các thiết bị điện tử. Về vấn đề này, độ tin cậy của các thiết bị như vậy đã tăng lên và kích thước của chúng giảm đáng kể. Và cho đến ngày nay, vi mạch dù có “tinh vi” đến đâu thì nó vẫn chứa nhiều bóng bán dẫn (cũng như điốt, tụ điện, điện trở, v.v.). Chỉ những cái rất nhỏ.

Nhân tiện, ban đầu “bóng bán dẫn” là điện trở có điện trở có thể thay đổi bằng lượng điện áp đặt vào. Nếu chúng ta bỏ qua tính chất vật lý của các quá trình, thì một bóng bán dẫn hiện đại cũng có thể được biểu diễn dưới dạng điện trở phụ thuộc vào tín hiệu cung cấp cho nó.

Sự khác biệt giữa bóng bán dẫn hiệu ứng trường và bóng bán dẫn lưỡng cực là gì? Câu trả lời nằm ở chính cái tên của họ. Trong một bóng bán dẫn lưỡng cực, quá trình truyền điện tích bao gồm Vàđiện tử, Và lỗ ("encore" - hai lần). Và trong lĩnh vực này (còn gọi là đơn cực) - hoặcđiện tử, hoặc hố.

Ngoài ra, các loại bóng bán dẫn này có phạm vi ứng dụng khác nhau. Các lưỡng cực được sử dụng chủ yếu trong công nghệ tương tự và hiện trường - trong công nghệ kỹ thuật số.

Và cuối cùng: lĩnh vực ứng dụng chính của bất kỳ bóng bán dẫn nào- nhận được tín hiệu yếu bởi vì nguồn bổ sung dinh dưỡng.

Transistor lưỡng cực. Nguyên lý hoạt động. Các đặc điểm chính


Một bóng bán dẫn lưỡng cực bao gồm ba vùng: bộ phát, đế và bộ thu, mỗi vùng được cung cấp điện áp. Tùy thuộc vào loại độ dẫn của các khu vực này, bóng bán dẫn n-p-n và p-n-p được phân biệt. Thông thường vùng thu rộng hơn vùng phát. Đế được làm bằng chất bán dẫn pha tạp nhẹ (đó là lý do tại sao nó có điện trở cao) và được làm rất mỏng. Do diện tích tiếp xúc của bộ phát và đế thu nhỏ hơn đáng kể so với diện tích tiếp xúc của đế thu, nên không thể hoán đổi bộ phát và thu bằng cách thay đổi cực kết nối. Vì vậy, bóng bán dẫn là một thiết bị không đối xứng.

Trước khi xem xét tính chất vật lý của cách thức hoạt động của bóng bán dẫn, chúng ta hãy phác thảo vấn đề chung.


Nó như sau: một dòng điện mạnh chạy giữa bộ phát và bộ thu ( Dòng thu), và giữa bộ phát và đế có dòng điện điều khiển yếu ( dòng cơ sở). Dòng thu sẽ thay đổi tùy thuộc vào sự thay đổi của dòng cơ sở. Tại sao?
Hãy xem xét các điểm nối p-n của bóng bán dẫn. Có hai trong số đó: cơ sở phát (EB) và cơ sở thu thập (BC). TRONG chế độ hoạt động hoạt động của bóng bán dẫn, cái đầu tiên trong số chúng được kết nối với độ phân cực thuận và cái thứ hai với độ phân cực ngược. Điều gì xảy ra ở tiếp giáp p-n? Để chắc chắn hơn, chúng ta sẽ xem xét bóng bán dẫn n-p-n. Đối với p-n-p mọi thứ đều tương tự, chỉ cần thay từ “electron” bằng “lỗ trống”.

Vì tiếp giáp EB mở nên các electron dễ dàng “chạy ngang” tới bazơ. Ở đó chúng kết hợp lại một phần với các lỗ, nhưng ồ Hầu hết trong số chúng, do độ dày nhỏ của đế và độ pha tạp thấp, có thể đạt được quá trình chuyển đổi cơ sở-thu. Như chúng ta nhớ, điều này có xu hướng ngược. Và vì các electron trong bazơ là những hạt mang điện thiểu số nên điện trường của quá trình chuyển đổi giúp chúng khắc phục được điều đó. Vì vậy, dòng cực thu chỉ nhỏ hơn dòng cực phát một chút. Bây giờ hãy chú ý đến bàn tay của bạn. Nếu bạn tăng dòng điện cơ sở, tiếp giáp EB sẽ mở mạnh hơn và nhiều electron hơn sẽ có thể trượt giữa bộ phát và bộ thu. Và vì dòng cực góp ban đầu lớn hơn dòng cơ sở nên sự thay đổi này sẽ rất rất đáng chú ý. Như vậy, tín hiệu yếu nhận được ở cơ sở sẽ được khuếch đại. Một lần nữa, sự thay đổi lớn trong dòng điện thu phản ánh tỷ lệ của sự thay đổi nhỏ trong dòng điện cơ sở.

Tôi nhớ rằng nguyên lý hoạt động của bóng bán dẫn lưỡng cực đã được giải thích cho bạn cùng lớp của tôi bằng ví dụ về vòi nước. Nước trong đó là dòng thu, còn dòng điều khiển cơ bản là mức độ chúng ta xoay núm. Đủ nỗ lực nhỏ(hành động điều khiển) để lưu lượng nước từ vòi tăng lên.

Ngoài các quá trình đã xem xét, một số hiện tượng khác có thể xảy ra tại các điểm nối p-n của bóng bán dẫn. Ví dụ, với sự gia tăng mạnh mẽ điện áp tại điểm nối cơ sở-thu, sự nhân lên của điện tích tuyết lở có thể bắt đầu do quá trình ion hóa tác động. Và cùng với hiệu ứng đường hầm, điều này trước tiên sẽ gây ra sự cố về điện, sau đó (với dòng điện ngày càng tăng) sẽ gây ra sự cố nhiệt. Tuy nhiên, hiện tượng đánh thủng nhiệt trong bóng bán dẫn có thể xảy ra mà không đánh thủng điện (tức là không tăng điện áp của bộ thu lên điện áp đánh thủng). Một cái sẽ là đủ cho việc này dòng điện quá mức thông qua người thu thập.

Một hiện tượng khác là do khi điện áp trên các mối nối bộ thu và bộ phát thay đổi, độ dày của chúng cũng thay đổi. Và nếu đế quá mỏng thì có thể xảy ra hiệu ứng đóng lại (cái gọi là "đâm thủng" đế) - kết nối giữa điểm nối bộ thu và điểm nối bộ phát. Trong trường hợp này, vùng cơ sở biến mất và bóng bán dẫn ngừng hoạt động bình thường.

Dòng thu của bóng bán dẫn ở chế độ hoạt động bình thường của bóng bán dẫn lớn hơn dòng cơ sở một số lần nhất định. Số này được gọi là lợi ích hiện tại và là một trong những thông số chính của bóng bán dẫn. Nó được chỉ định h21. Nếu bóng bán dẫn được bật mà không tải trên bộ thu, thì ở điện áp bộ thu-bộ phát không đổi, tỷ lệ giữa dòng điện của bộ thu và dòng cơ sở sẽ cho tăng dòng tĩnh. Nó có thể bằng hàng chục hoặc hàng trăm đơn vị, nhưng cần xem xét thực tế là trong mạch thực, hệ số này nhỏ hơn do khi tải được bật, dòng điện thu sẽ giảm một cách tự nhiên.

Thông số quan trọng thứ hai là Điện trở đầu vào của bóng bán dẫn. Theo định luật Ohm, đó là tỷ số giữa điện áp giữa đế và bộ phát với dòng điện điều khiển của đế. Nó càng lớn thì dòng cơ sở càng thấp và mức tăng càng cao.

Tham số thứ ba của bóng bán dẫn lưỡng cực là tăng điện áp. Anh ta bằng tỷ lệ biên độ hoặc giá trị hiệu quảđiện áp xoay chiều đầu ra (bộ phát-bộ thu) và đầu vào (bộ phát cơ sở). Vì giá trị đầu tiên thường rất lớn (đơn vị và hàng chục vôn) và giá trị thứ hai rất nhỏ (phần mười vôn), nên hệ số này có thể đạt tới hàng chục nghìn đơn vị. Điều đáng chú ý là mỗi tín hiệu điều khiển cơ sở có mức tăng điện áp riêng.

Transistor cũng có phản hồi thường xuyên, đặc trưng cho khả năng khuếch đại tín hiệu của bóng bán dẫn có tần số gần bằng tần số khuếch đại giới hạn. Thực tế là với tần suất ngày càng tăng tín hiệu đầu vàođộ lợi giảm đi. Điều này là do thực tế là thời gian trôi qua của chính quá trình vật lý(thời gian chuyển động của các sóng mang từ bộ phát đến bộ thu, điện tích và phóng điện của các điểm nối điện dung rào cản) trở nên tương xứng với khoảng thời gian thay đổi của tín hiệu đầu vào. Những thứ kia. Đơn giản là bóng bán dẫn không có thời gian để phản ứng với những thay đổi trong tín hiệu đầu vào và đến một lúc nào đó chỉ đơn giản là ngừng khuếch đại nó. Tần suất xảy ra điều này được gọi là ranh giới.

Ngoài ra, các thông số của bóng bán dẫn lưỡng cực là:

  • hiện tại ngược bộ thu-phát
  • kịp thời
  • dòng điện thu ngược
  • dòng điện tối đa cho phép

có điều kiện ký hiệu n-p-n Và bóng bán dẫn pnp Chúng chỉ khác nhau theo hướng mũi tên chỉ bộ phát. Nó cho thấy dòng điện chạy trong một bóng bán dẫn nhất định như thế nào.

Các chế độ hoạt động của bóng bán dẫn lưỡng cực

Tùy chọn được thảo luận ở trên thể hiện chế độ hoạt động tích cực thông thường của bóng bán dẫn. Tuy nhiên, có một số kết hợp mở/đóng khác tiếp giáp p-n, mỗi cái đại diện cho chế độ riêng biệt hoạt động của Transistor.
  1. Chế độ hoạt động nghịch đảo. Ở đây quá trình chuyển đổi BC mở, nhưng ngược lại, EB đóng. Tất nhiên, đặc tính khuếch đại ở chế độ này kém hơn bao giờ hết nên bóng bán dẫn rất hiếm khi được sử dụng ở chế độ này.
  2. Chế độ bão hòa. Cả hai lối đi đều mở. Theo đó, các hạt mang điện chính của bộ thu và bộ phát “chạy” về cực gốc, nơi chúng tích cực kết hợp lại với các hạt mang điện chính của nó. Do sự dư thừa của các hạt mang điện, điện trở của các điểm nối bazơ và p-n giảm. Do đó, mạch chứa bóng bán dẫn ở chế độ bão hòa có thể được coi là ngắn mạch và bản thân phần tử vô tuyến này có thể được biểu diễn dưới dạng điểm đẳng thế.
  3. Chế độ ngắt. Cả hai quá trình chuyển đổi của bóng bán dẫn đều đóng, tức là dòng điện của các hạt mang điện chính giữa bộ phát và bộ thu dừng lại. Dòng hạt mang điện thiểu số chỉ tạo ra dòng chuyển tiếp nhiệt nhỏ và không thể kiểm soát được. Do độ nghèo của đế và sự chuyển tiếp của các hạt mang điện, điện trở của chúng tăng lên rất nhiều. Vì vậy, người ta thường tin rằng một bóng bán dẫn hoạt động ở chế độ cắt nghĩa là mạch hở.
  4. Chế độ rào cảnỞ chế độ này, đế được kết nối trực tiếp hoặc thông qua điện trở thấp với bộ thu. Một điện trở cũng được bao gồm trong mạch thu hoặc phát, giúp đặt dòng điện qua bóng bán dẫn. Điều này tạo ra sự tương đương với một mạch diode với một điện trở mắc nối tiếp. Chế độ này rất hữu ích vì nó cho phép mạch hoạt động ở hầu hết mọi tần số, trong phạm vi nhiệt độ rộng và không phụ thuộc vào các thông số của bóng bán dẫn.

Mạch chuyển mạch cho bóng bán dẫn lưỡng cực

Vì bóng bán dẫn có ba tiếp điểm nên trường hợp chung Nguồn điện phải được cung cấp cho nó từ hai nguồn, cùng tạo ra bốn đầu ra. Do đó, một trong các tiếp điểm của bóng bán dẫn phải được cung cấp điện áp có cùng dấu từ cả hai nguồn. Và tùy thuộc vào loại tiếp điểm mà có ba mạch để kết nối các bóng bán dẫn lưỡng cực: với máy phát chung(OE), bộ thu chung (OK) và cơ sở, nền tảng chung(VỀ). Mỗi người trong số họ đều có cả ưu điểm và nhược điểm. Việc lựa chọn giữa chúng được thực hiện tùy thuộc vào thông số nào quan trọng đối với chúng ta và thông số nào có thể hy sinh.

Mạch kết nối với bộ phát chung

Mạch này cung cấp mức tăng lớn nhất về điện áp và dòng điện (và do đó cả về công suất - lên tới hàng chục nghìn đơn vị), và do đó là mạch phổ biến nhất. Ở đây, điểm nối cơ sở phát được bật trực tiếp và đường giao nhau của cơ sở thu được bật ngược lại. Và vì cả đế và bộ thu đều được cung cấp điện áp cùng dấu nên mạch có thể được cấp nguồn từ một nguồn. Trong mạch này, pha đầu ra điện xoay chiều thay đổi tương ứng với pha của điện áp xoay chiều đầu vào 180 độ.

Nhưng bên cạnh tất cả những ưu điểm, sơ đồ OE cũng có một nhược điểm đáng kể. Thực tế là sự gia tăng tần số và nhiệt độ dẫn đến sự suy giảm đáng kể các đặc tính khuếch đại của bóng bán dẫn. Vì vậy, nếu bóng bán dẫn hoạt động ở tần số cao, thì tốt hơn là sử dụng một mạch chuyển mạch khác. Ví dụ, với một cơ sở chung.

Sơ đồ kết nối với đế chung

Mạch này không cung cấp khả năng khuếch đại tín hiệu đáng kể, nhưng hoạt động tốt ở tần số cao, vì nó cho phép sử dụng đầy đủ hơn đáp ứng tần số của bóng bán dẫn. Nếu cùng một bóng bán dẫn được kết nối trước tiên theo một mạch có bộ phát chung, sau đó với một đế chung, thì trong trường hợp thứ hai, người ta sẽ quan sát thấy tăng đáng kể tần số khuếch đại giới hạn của nó. Vì với kết nối như vậy, điện trở đầu vào thấp và điện trở đầu ra không cao lắm nên các tầng bóng bán dẫn được lắp ráp theo mạch với OB được sử dụng trong bộ khuếch đại ăng-ten, Ở đâu Trở kháng đặc tính cáp thường không vượt quá 100 ohms.

Trong mạch cơ sở chung, pha tín hiệu không đảo ngược và mức nhiễu ở tần số cao sẽ giảm. Tuy nhiên, như đã đề cập, mức tăng hiện tại của nó luôn nhỏ hơn một chút so với đơn vị. Đúng, mức tăng điện áp ở đây giống như trong mạch có bộ phát chung. Nhược điểm của mạch cơ sở thông thường còn bao gồm việc phải sử dụng hai nguồn điện.

Sơ đồ kết nối với bộ thu chung

Điểm đặc biệt của mạch này là điện áp đầu vào được truyền hoàn toàn trở lại đầu vào, tức là phản hồi âm rất mạnh.

Hãy để tôi nhắc bạn rằng phản hồi tiêu cực là phản hồi trong đó tín hiệu đầu ra được đưa trở lại đầu vào, do đó làm giảm mức tín hiệu đầu vào. Vì vậy nó xảy ra điều chỉnh tự động trong trường hợp thay đổi ngẫu nhiên các thông số tín hiệu đầu vào

Mức tăng hiện tại gần giống như trong mạch phát chung. Nhưng mức tăng điện áp nhỏ (nhược điểm chính của mạch này). Nó tiến tới sự thống nhất, nhưng luôn nhỏ hơn nó. Như vậy, mức tăng công suất chỉ bằng vài chục đơn vị.

Trong mạch thu chung, không có sự lệch pha giữa điện áp đầu vào và đầu ra. Vì mức tăng điện áp gần bằng 1, điện áp đầu ra pha và biên độ trùng với đầu vào, tức là lặp lại nó. Đó là lý do tại sao mạch như vậy được gọi là mạch theo dõi bộ phát. Bộ phát - vì điện áp đầu ra được loại bỏ khỏi bộ phát so với dây chung.

Kết nối này được sử dụng để khớp với các tầng bóng bán dẫn hoặc khi nguồn tín hiệu đầu vào có trở kháng đầu vào cao (ví dụ: bộ thu áp điện hoặc micrô tụ).

Hai từ về thác

Có những lúc bạn cần tăng Công suất ra(tức là tăng dòng thu). Trong trường hợp này, sử dụng kết nối song song của số lượng bóng bán dẫn cần thiết.

Đương nhiên, chúng phải gần giống nhau về đặc điểm. Nhưng phải nhớ rằng tổng dòng thu tối đa không được vượt quá 1,6-1,7 dòng thu tối đa của bất kỳ bóng bán dẫn xếp tầng nào.
Tuy nhiên (cảm ơn vì đã lưu ý), không nên làm điều này trong trường hợp bóng bán dẫn lưỡng cực. Bởi vì hai bóng bán dẫn, thậm chí cùng loại, ít nhất cũng khác nhau một chút. Theo đó, khi mắc song song sẽ có dòng điện chạy qua chúng kích cỡ khác nhau. Để cân bằng các dòng điện này, các điện trở cân bằng được lắp đặt trong mạch phát của bóng bán dẫn. Giá trị điện trở của chúng được tính toán sao cho điện áp rơi trên chúng trong phạm vi dòng điện hoạt động ít nhất là 0,7 V. Rõ ràng là điều này dẫn đến hiệu suất của mạch giảm đáng kể.

Cũng có thể cần một bóng bán dẫn có độ nhạy tốt và đồng thời có độ lợi tốt. Trong những trường hợp như vậy, một tầng bóng bán dẫn nhạy nhưng công suất thấp (VT1 trong hình) được sử dụng để điều khiển nguồn điện của một thiết bị mạnh hơn (VT2 trong hình).

Các ứng dụng khác của bóng bán dẫn lưỡng cực

Transitor không chỉ có thể được sử dụng trong các mạch khuếch đại tín hiệu. Ví dụ, do chúng có thể hoạt động ở chế độ bão hòa và cắt, nên chúng được sử dụng làm chìa khóa điện tử. Cũng có thể sử dụng bóng bán dẫn trong mạch tạo tín hiệu. Nếu chúng hoạt động ở chế độ phím thì tín hiệu sóng vuông sẽ được tạo và nếu ở chế độ khuếch đại thì tín hiệu hình thức miễn phí, tùy thuộc vào hành động điều khiển.

Đánh dấu

Vì bài viết đã phát triển đến một khối lượng khá lớn nên ở thời điểm này tôi sẽ chỉ đưa ra hai liên kết hay mô tả chi tiết các hệ thống đánh dấu chính Thiết bị bán dẫn(bao gồm cả bóng bán dẫn): http://kazus.ru/guide/transistors/mark_all.html và file.xls (35 kb).

Ý kiến ​​hữu ích:
http://habrahabr.ru/blogs/easyelectronics/133136/#comment_4419173

thẻ:

  • Linh kiện bán dẫn
  • bóng bán dẫn lưỡng cực
  • thiết bị điện tử
Thêm thẻ

Transistor PNP là thiết bị điện tử, theo một nghĩa nào đó thì ngược lại với bóng bán dẫn NPN. Trong kiểu thiết kế bóng bán dẫn này, các điểm nối PN của nó được mở bằng điện áp có cực tính ngược đối với loại NPN. Trong ký hiệu của thiết bị, mũi tên cũng xác định đầu ra của bộ phát, lần này chỉ vào bên trong ký hiệu bóng bán dẫn.

Thiết kế thiết bị

Mạch thiết kế của bóng bán dẫn loại PNP bao gồm hai vùng vật liệu bán dẫn loại p ở hai bên của vùng vật liệu loại n, như trong hình bên dưới.

Mũi tên xác định bộ phát và hướng được chấp nhận chung của dòng điện ("hướng vào trong" đối với bóng bán dẫn PNP).

Bóng bán dẫn PNP có các đặc tính rất giống với bóng bán dẫn lưỡng cực NPN của nó, ngoại trừ hướng của dòng điện và cực điện áp trong nó bị đảo ngược đối với bất kỳ sơ đồ nào trong ba sơ đồ kết nối có thể có: cơ sở chung, bộ phát chung và bộ thu chung.

Sự khác biệt chính giữa hai loại bóng bán dẫn lưỡng cực

Sự khác biệt chính giữa chúng là lỗ trống là vật mang dòng điện chính cho bóng bán dẫn PNP, bóng bán dẫn NPN có các electron ở khả năng này. Do đó, các cực của điện áp cung cấp cho bóng bán dẫn bị đảo ngược và dòng điện đầu vào của nó chạy từ đế. Ngược lại, với bóng bán dẫn NPN, dòng điện cơ sở chạy vào nó, như minh họa bên dưới trong sơ đồ mạch để kết nối cả hai loại thiết bị có một đế chung và một bộ phát chung.

Nguyên lý hoạt động của bóng bán dẫn loại PNP dựa trên việc sử dụng dòng điện cơ sở nhỏ (như loại NPN) và điện áp phân cực cơ sở âm (không giống như loại NPN) để điều khiển dòng điện cực phát-thu lớn hơn nhiều. Nói cách khác, đối với một bóng bán dẫn PNP, bộ phát dương hơn so với cực gốc và cả đối với bộ thu.

Chúng ta hãy xem sự khác biệt giữa loại PNP trong sơ đồ kết nối với đế chung

Thật vậy, có thể thấy rằng dòng IC thu (trong trường hợp bóng bán dẫn NPN) chạy từ cực dương của pin B2, đi qua cực thu, xuyên vào trong đó và sau đó phải thoát ra qua cực cơ sở để trở về cực cực âm của pin. Tương tự như vậy, nhìn vào mạch phát, bạn có thể thấy dòng điện từ cực dương của pin B1 đi vào bóng bán dẫn qua cực gốc rồi đi vào bộ phát như thế nào.

Do đó, cả dòng I C của bộ thu và dòng I E của bộ phát đều đi qua cực cơ sở. Vì chúng chạy dọc theo mạch theo hướng ngược nhau nên dòng điện cơ sở thu được bằng hiệu của chúng và rất nhỏ, vì IC nhỏ hơn I E một chút. Nhưng vì dòng sau vẫn lớn hơn nên hướng dòng điện chênh lệch (dòng cơ sở) trùng với I E, và do đó bóng bán dẫn lưỡng cực Loại PNP có dòng điện chạy ra khỏi đế và loại NPN có dòng điện chạy vào nó.

Sự khác biệt giữa loại PNP sử dụng ví dụ về mạch kết nối với bộ phát chung

Trong mạch mới này, điểm nối PN cực phát được mở bằng điện áp pin B1 và ​​điểm nối cực thu-đế được phân cực hướng ngược lại thông qua điện áp pin B2. Do đó, cực phát là chung cho các mạch cơ sở và mạch thu.

Tổng dòng điện phát được tính bằng tổng của hai dòng I C và I B; đi qua thiết bị đầu cuối phát theo một hướng. Như vậy ta có I E = I C + I B.

Trong mạch này, dòng cơ sở I B chỉ đơn giản là “phân nhánh” khỏi dòng phát I E, cũng cùng chiều với nó. Trong trường hợp này, bóng bán dẫn loại PNP vẫn có dòng điện chạy từ đế I B và bóng bán dẫn loại NPN có dòng điện chạy vào.

Trong mạch chuyển mạch bóng bán dẫn thứ ba đã biết, với một bộ thu chung, tình huống hoàn toàn giống nhau. Vì vậy, chúng tôi không trình bày nhằm tiết kiệm không gian, thời gian cho độc giả.

Transitor PNP: kết nối nguồn điện áp

Nguồn điện áp cơ sở đến bộ phát (V BE) được kết nối âm với cơ sở và dương với bộ phát vì bóng bán dẫn PNP hoạt động khi cơ sở phân cực âm so với bộ phát.

Điện áp cung cấp của bộ phát cũng dương đối với bộ thu (V CE). Do đó, với bóng bán dẫn loại PNP, cực phát luôn dương hơn so với cả cực gốc và cực thu.

Các nguồn điện áp được kết nối với bóng bán dẫn PNP như trong hình bên dưới.

Lần này, bộ thu được kết nối với điện áp cung cấp VCC thông qua điện trở tải R L, giúp hạn chế dòng điện tối đa chạy qua thiết bị. Một điện áp cơ sở VB, có độ lệch âm so với bộ phát, được đặt vào nó thông qua điện trở RB, điện trở này một lần nữa được sử dụng để hạn chế dòng điện cơ sở tối đa.

Hoạt động của tầng Transistor PNP

Vì vậy, để làm cho dòng điện cơ sở chạy trong bóng bán dẫn PNP, đế phải âm hơn bộ phát (dòng điện phải rời khỏi đế) khoảng 0,7 volt đối với thiết bị silicon hoặc 0,3 volt đối với thiết bị germanium. Các công thức được sử dụng để tính toán điện trở cơ sở, dòng điện cơ sở hoặc dòng điện thu cũng giống như các công thức được sử dụng cho bóng bán dẫn NPN tương đương và được trình bày dưới đây.

Chúng ta thấy rằng sự khác biệt cơ bản giữa bóng bán dẫn NPN và PNP là độ lệch chính xác của các điểm nối pn, vì hướng của dòng điện và cực tính của điện áp trong chúng luôn ngược chiều nhau. Do đó, đối với mạch trên: I C = I E - I B, vì dòng điện phải chạy từ đế.

Nói chung, bóng bán dẫn PNP có thể được thay thế bằng bóng bán dẫn NPN trong hầu hết các trường hợp. mạch điện, sự khác biệt duy nhất là cực tính của điện áp và hướng của dòng điện. Các bóng bán dẫn như vậy cũng có thể được sử dụng làm thiết bị chuyển mạch và một ví dụ về công tắc bóng bán dẫn PNP được trình bày bên dưới.

Đặc tính bóng bán dẫn

Các đặc tính đầu ra của bóng bán dẫn PNP rất giống với các đặc tính của bóng bán dẫn NPN tương đương, ngoại trừ việc chúng được quay 180° để cho phép phân cực ngược của điện áp và dòng điện (dòng điện cơ sở và dòng thu của bóng bán dẫn PNP là âm). Tương tự, để tìm điểm làm việc của bóng bán dẫn PNP, đường tải động của nó có thể được mô tả trong phần tư thứ ba của hệ tọa độ Descartes.

Các đặc tính điển hình của bóng bán dẫn PNP 2N3906 được thể hiện trong hình bên dưới.

Các cặp Transistor ở tầng khuếch đại

Bạn có thể thắc mắc lý do nên sử dụng bóng bán dẫn PNP là gì khi có sẵn rất nhiều bóng bán dẫn NPN có thể được sử dụng làm bộ khuếch đại hoặc công tắc trạng thái rắn? Tuy nhiên, sự có mặt của hai nhiều loại khác nhau bóng bán dẫn - NPN và PNP - cung cấp lợi ích tuyệt vời khi thiết kế mạch khuếch đại công suất. Các bộ khuếch đại này sử dụng các cặp bóng bán dẫn “bổ sung” hoặc “khớp” (đại diện cho một bóng bán dẫn PNP và một bóng bán dẫn NPN được kết nối với nhau, như minh họa trong hình bên dưới) ở giai đoạn đầu ra.

Hai bóng bán dẫn NPN và PNP tương ứng có đặc tính giống nhau, giống hệt nhau, được gọi là bổ sung. Ví dụ: TIP3055 (loại NPN) và TIP2955 (loại PNP) là ví dụ tốt các bóng bán dẫn điện silicon bổ sung. Cả hai đều có mức tăng dòng điện một chiều β=I C /I B phù hợp trong phạm vi 10% và dòng thu cao khoảng 15A, khiến chúng trở nên lý tưởng cho các ứng dụng điều khiển động cơ hoặc robot.

Ngoài ra, bộ khuếch đại loại B sử dụng các cặp bóng bán dẫn phù hợp ở tầng công suất đầu ra của chúng. Trong đó, bóng bán dẫn NPN chỉ dẫn nửa sóng dương của tín hiệu và bóng bán dẫn PNP chỉ dẫn nửa sóng âm của nó.

Điều này cho phép bộ khuếch đại truyền công suất cần thiết qua loa theo cả hai hướng ở một thời điểm nhất định. công suất định mức và trở kháng. Kết quả là dòng điện đầu ra, thường ở mức vài ampe, được phân bổ đều giữa hai bóng bán dẫn bổ sung.

Cặp Transistor trong mạch điều khiển động cơ điện

Chúng cũng được sử dụng trong các mạch điều khiển cầu H cho động cơ DC đảo chiều, giúp điều chỉnh dòng điện qua động cơ một cách đồng đều theo cả hai hướng quay của nó.

Mạch cầu H ở trên được gọi như vậy vì cấu hình cơ bản của bốn công tắc bóng bán dẫn của nó giống chữ “H” với động cơ nằm trên đường chéo. Cầu H bóng bán dẫn có lẽ là một trong những loại mạch điều khiển động cơ DC đảo chiều được sử dụng phổ biến nhất. Nó sử dụng các cặp bóng bán dẫn NPN và PNP “bổ sung” ở mỗi nhánh để đóng vai trò là công tắc điều khiển động cơ.

Đầu vào điều khiển A cho phép động cơ chạy theo một hướng, trong khi đầu vào B được sử dụng để quay ngược lại.

Ví dụ: khi bóng bán dẫn TR1 bật và TR2 tắt, đầu vào A được kết nối với điện áp nguồn (+Vcc) và nếu bóng bán dẫn TR3 tắt và TR4 bật thì đầu vào B được kết nối với 0 volt (GND). Do đó, động cơ sẽ quay theo một chiều, tương ứng với điện thế dương của đầu vào A và điện thế âm của đầu vào B.

Nếu trạng thái công tắc được thay đổi sao cho TR1 tắt, TR2 bật, TR3 bật và TR4 tắt, dòng điện động cơ sẽ chạy vào theo hướng ngược lại, điều này sẽ kéo theo sự đảo ngược của nó.

Bằng cách sử dụng các mức logic ngược nhau "1" hoặc "0" trên đầu vào A và B, bạn có thể điều khiển hướng quay của động cơ.

Xác định loại Transistor

Bất kỳ bóng bán dẫn lưỡng cực nào cũng có thể được coi là về cơ bản bao gồm hai điốt được kết nối ngược lưng với nhau.

Chúng ta có thể sử dụng sự tương tự này để xác định xem một bóng bán dẫn là loại PNP hay NPN bằng cách kiểm tra điện trở giữa ba cực của nó. Kiểm tra từng cặp theo cả hai hướng bằng đồng hồ vạn năng, sau sáu lần đo, chúng tôi nhận được kết quả như sau:

1. Bộ phát - Căn cứ. Những kết luận này sẽ đóng vai trò như điốt thường xuyên và chỉ dẫn dòng điện theo một chiều.

2.Nhà sưu tập - Cơ sở. Những dây dẫn này cũng phải hoạt động giống như một diode bình thường và chỉ dẫn dòng điện theo một hướng.

3. Bộ phát - Bộ thu. Những kết luận này không nên được rút ra theo bất kỳ hướng nào.

Giá trị điện trở chuyển tiếp của các loại Transistor

Khi đó chúng ta có thể xác định bóng bán dẫn PNP hoạt động tốt và đóng kín. Một dòng điện đầu ra nhỏ và điện áp âm ở chân đế (B) so với bộ phát (E) của nó sẽ mở nó và cho phép dòng điện bộ phát-cực thu chạy qua nhiều hơn. Các bóng bán dẫn PNP hoạt động ở điện thế phát dương. Nói cách khác, một bóng bán dẫn lưỡng cực PNP sẽ chỉ dẫn điện nếu cực gốc và cực cực thu âm so với cực phát.

Transitor lưỡng cực là một trong những loại bóng bán dẫn lâu đời nhất nhưng nổi tiếng nhất và vẫn được sử dụng trong thiết bị điện tử hiện đại. Một bóng bán dẫn là không thể thiếu khi bạn cần điều khiển một tải khá mạnh mà thiết bị điều khiển không thể cung cấp đủ dòng điện. Chúng có nhiều loại và công suất khác nhau, tùy thuộc vào nhiệm vụ được thực hiện. Những kiến ​​thức và công thức cơ bản về bóng bán dẫn có thể tìm thấy trong bài viết này.

Giới thiệu

Trước khi bắt đầu bài học, chúng ta hãy đồng ý rằng chúng ta chỉ thảo luận về một cách để bật bóng bán dẫn. Một bóng bán dẫn có thể được sử dụng trong bộ khuếch đại hoặc bộ thu và thông thường mỗi mẫu bóng bán dẫn được sản xuất với các đặc tính cụ thể để chuyên dụng hơn cho làm việc tốt hơn trong một sự bao hàm nhất định.

Transistor có 3 cực: cực gốc, cực thu và cực phát. Không thể nói rõ ràng cái nào là đầu vào và cái nào là đầu ra, vì chúng đều được kết nối và ảnh hưởng lẫn nhau theo cách này hay cách khác. Khi một bóng bán dẫn được bật ở chế độ chuyển mạch (điều khiển tải), nó hoạt động như sau: dòng cơ sở điều khiển dòng điện từ bộ thu đến bộ phát hoặc ngược lại, tùy thuộc vào loại bóng bán dẫn.

Có hai loại bóng bán dẫn chính: NPN và PNP. Để hiểu điều này, chúng ta có thể nói rằng sự khác biệt chính giữa hai loại này là hướng của dòng điện. Điều này có thể được thấy trong Hình 1.A, trong đó hướng của dòng điện được biểu thị. Trong bóng bán dẫn NPN, một dòng điện chạy từ đế vào bóng bán dẫn và dòng điện khác chạy từ bộ thu đến bộ phát, nhưng trong bóng bán dẫn PNP thì điều ngược lại là đúng. Từ quan điểm chức năng, sự khác biệt giữa hai loại bóng bán dẫn này là điện áp trên tải. Như bạn có thể thấy trong hình, bóng bán dẫn NPN cung cấp 0V khi nó được bật và PNP cung cấp 12V. Sau này bạn sẽ hiểu tại sao điều này ảnh hưởng đến việc lựa chọn bóng bán dẫn.

Để đơn giản, chúng ta sẽ chỉ nghiên cứu các bóng bán dẫn NPN, nhưng tất cả điều này áp dụng cho PNP, có tính đến việc tất cả các dòng điện đều đảo ngược.

Hình dưới đây cho thấy sự tương tự giữa một công tắc (S1) và một công tắc bóng bán dẫn, trong đó có thể thấy rằng dòng cơ sở đóng hoặc mở đường dẫn cho dòng điện từ bộ thu đến bộ phát:

Biết chính xác các đặc tính của bóng bán dẫn, bạn có thể nhận được từ nó lợi nhuận tối đa. Tham số chính là độ lợi của bóng bán dẫn theo DC, thường được ký hiệu là Hfe hoặc β. Điều quan trọng là phải biết dòng điện, công suất và điện áp tối đa của bóng bán dẫn. Bạn có thể tìm thấy các tham số này trong tài liệu về bóng bán dẫn và chúng sẽ giúp chúng ta xác định giá trị của điện trở cơ sở, được mô tả bên dưới.

Sử dụng bóng bán dẫn NPN làm công tắc

Hình vẽ cho thấy sự bao gồm một bóng bán dẫn NPN như một công tắc. Bạn sẽ gặp phải sự bao gồm này rất thường xuyên khi phân tích các mạch điện tử khác nhau. Chúng ta sẽ nghiên cứu cách chạy một bóng bán dẫn ở chế độ đã chọn, tính toán điện trở cơ sở, mức tăng dòng điện của bóng bán dẫn và điện trở tải. Tôi đề nghị đơn giản nhất và nhất cách chính xác vì điều này.

1. Giả sử Transistor ở chế độ bão hòa: trong đó mô hình toán học bóng bán dẫn trở nên rất đơn giản và chúng ta biết điện áp tại điểm V c. Chúng ta sẽ tìm thấy giá trị của điện trở cơ sở mà tại đó mọi thứ sẽ chính xác.

2. Xác định dòng bão hòa của bộ thu:Điện áp giữa bộ thu và bộ phát (V ce) được lấy từ tài liệu về bóng bán dẫn. Bộ phát được nối với GND tương ứng V ce = V c - 0 = V c. Khi biết giá trị này, chúng ta có thể tính toán dòng bão hòa của bộ thu bằng công thức:

Đôi khi, điện trở tải R L không xác định hoặc không thể chính xác bằng điện trở cuộn dây rơle; Trong trường hợp này, chỉ cần biết dòng điện cần thiết để khởi động rơle là đủ.
Đảm bảo rằng dòng tải không vượt quá dòng thu tối đa của bóng bán dẫn.

3. Tính toán dòng điện cơ sở yêu cầu: Biết được dòng cực góp, bạn có thể tính toán dòng cơ sở cần thiết tối thiểu để đạt được dòng cực góp đó bằng công thức sau:

Từ đó suy ra rằng:

4. Vượt giá trị cho phép: Sau khi bạn đã tính toán dòng điện cơ sở và nếu nó thấp hơn giá trị được chỉ định trong tài liệu, thì bạn có thể làm quá tải bóng bán dẫn bằng cách nhân dòng điện cơ sở đã tính toán, chẳng hạn như với 10 lần. Như vậy, công tắc bóng bán dẫn sẽ ổn định hơn rất nhiều. Nói cách khác, hiệu suất của bóng bán dẫn sẽ giảm nếu tải tăng. Hãy cẩn thận để không vượt quá dòng cơ sở tối đa được nêu trong tài liệu.

5. Tính giá trị yêu cầu của R b: Xét mức quá tải 10 lần, điện trở R b có thể được tính theo công thức sau:

trong đó V 1 là điện áp điều khiển bóng bán dẫn (xem hình 2.a)

Nhưng nếu bộ phát được nối đất và đã biết điện áp cực phát (khoảng 0,7V đối với hầu hết các bóng bán dẫn) và giả sử rằng V 1 = 5V, thì công thức có thể được đơn giản hóa như sau:

Có thể thấy dòng cơ sở được nhân với 10 khi tính đến tình trạng quá tải.
Khi biết giá trị của Rb, bóng bán dẫn được "thiết lập" để hoạt động như một công tắc, còn được gọi là "chế độ bão hòa và cắt", trong đó "bão hòa" là khi bóng bán dẫn mở hoàn toàn và dẫn dòng điện, và "cắt" là khi nó bị đóng và không dẫn dòng điện.

Lưu ý: Khi chúng tôi nói , chúng tôi không nói rằng dòng điện cực góp phải bằng . Điều này đơn giản có nghĩa là dòng thu của bóng bán dẫn có thể tăng lên mức này. Dòng điện sẽ tuân theo định luật Ohm, giống như bất kỳ dòng điện nào.

Tính toán tải

Khi cho rằng bóng bán dẫn ở chế độ bão hòa, chúng tôi giả định rằng một số thông số của nó không thay đổi. Điều này không hoàn toàn đúng. Trên thực tế, các thông số này được thay đổi chủ yếu bằng cách tăng dòng điện của bộ thu, và do đó sẽ an toàn hơn khi quá tải. Tài liệu chỉ ra sự thay đổi thông số bóng bán dẫn trong quá tải. Ví dụ: bảng trong Hình 2.B hiển thị hai tham số thay đổi đáng kể:

H FE(β) thay đổi theo dòng điện cực góp và điện áp V CEsat. Nhưng bản thân V CEsat thay đổi tùy thuộc vào bộ thu và dòng cơ sở, như thể hiện trong bảng bên dưới.

Việc tính toán có thể rất phức tạp, vì tất cả các tham số đều có liên quan chặt chẽ và phức tạp với nhau, vì vậy tốt hơn là lấy giá trị xấu nhất. Những thứ kia. H FE nhỏ nhất, V CEsat và V CEsat lớn nhất.

Ứng dụng điển hình của công tắc bóng bán dẫn

Trong các thiết bị điện tử hiện đại, một công tắc bóng bán dẫn được sử dụng để điều khiển rơle điện từ, tiêu thụ tới 200 mA. Nếu bạn muốn điều khiển rơle chip logic hoặc một bộ vi điều khiển thì bóng bán dẫn là không thể thay thế được. Trong hình 3.A, điện trở của điện trở cơ sở được tính toán tùy thuộc vào dòng điện mà rơle yêu cầu. Diode D1 bảo vệ bóng bán dẫn khỏi các xung mà cuộn dây tạo ra khi tắt.

2. Đấu nối Transistor cực thu hở:

Nhiều thiết bị, chẳng hạn như dòng vi điều khiển 8051, có cổng thu mở. Điện trở cơ sở của bóng bán dẫn bên ngoài được tính như mô tả trong bài viết này. Lưu ý rằng các cổng có thể phức tạp hơn và thường sử dụng FET thay vì cổng lưỡng cực và được gọi là đầu ra cống mở, nhưng mọi thứ vẫn giống hệt như trong Hình 3.B

3. Tạo phần tử logic OR-NOT (NOR):

Đôi khi bạn cần sử dụng một cổng duy nhất trong một mạch và bạn không muốn sử dụng chip 4 cổng 14 chân do chi phí hoặc không gian bo mạch. Nó có thể được thay thế bằng một cặp bóng bán dẫn. Lưu ý rằng đặc tính tần số các phần tử như vậy phụ thuộc vào đặc tính và loại bóng bán dẫn, nhưng thường dưới 100 kHz. Giảm điện trở đầu ra (Ro) sẽ làm tăng mức tiêu thụ điện năng nhưng lại làm tăng dòng điện đầu ra.
Bạn cần tìm sự dung hòa giữa các thông số này.

Hình trên cho thấy một cổng NOR được xây dựng bằng 2 bóng bán dẫn 2N2222. Điều này có thể được thực hiện với bóng bán dẫn PNP 2N2907, với những sửa đổi nhỏ. Bạn chỉ cần xem xét rằng tất cả mọi thứ dòng điện sau đó chảy theo hướng ngược lại.

Tìm lỗi trong mạch bán dẫnỒ

Khi xảy ra sự cố trong các mạch chứa nhiều bóng bán dẫn, có thể khá khó để biết cái nào bị hỏng, đặc biệt là khi tất cả chúng đều được hàn vào. Tôi cung cấp cho bạn một số mẹo sẽ giúp bạn nhanh chóng tìm ra vấn đề trong sơ đồ như vậy:

1. Nhiệt độ: Nếu bóng bán dẫn quá nóng thì có thể có vấn đề ở đâu đó. Không nhất thiết vấn đề là ở bóng bán dẫn nóng. Thông thường bóng bán dẫn bị lỗi thậm chí không nóng lên. Sự tăng nhiệt độ này có thể do một bóng bán dẫn khác kết nối với nó gây ra.

2. Đo V CE của Transistor: Nếu tất cả chúng đều cùng loại và đều hoạt động thì chúng phải có cùng một VCE. Tìm tranzito có V CE khác nhau là đường tắt phát hiện các bóng bán dẫn bị lỗi.

3. Đo điện áp trên điện trở cơ sở:Điện áp trên điện trở cơ sở khá quan trọng (nếu bóng bán dẫn được bật). Đối với trình điều khiển bóng bán dẫn NPN 5V, điện áp rơi trên điện trở phải lớn hơn 3V. Nếu không có hiện tượng sụt áp trên điện trở thì bóng bán dẫn hoặc thiết bị điều khiển bóng bán dẫn bị lỗi. Trong cả hai trường hợp, dòng cơ sở là 0.

Hãy xem xét ngắn gọn công việc n-p-n-bóng bán dẫn. Tại mặt tiếp xúc giữa chất bán dẫn và N(điện tử) - và RĐộ dẫn điện kiểu (lỗ trống), do sự khuếch tán, phát sinh một vùng điện tích không gian đối diện. Nó được hình thành bởi các nguyên tử bị ion hóa của tạp chất cho và nhận và làm cạn kiệt các hạt mang điện di động: electron và lỗ trống. Trường chênh lệch điện thế tiếp xúc được hình thành giữa các điện tích là một rào cản tiềm năng ngăn cản sự chuyển tiếp khuếch tán của các hạt mang điện.

Nếu tiếp giáp bộ phát bị phân cực thuận (như trong Hình 4), thì hàng rào điện thế sẽ giảm và các electron sẽ được bơm từ bộ phát vào đế. Nồng độ lỗ trống trong bazơ thường thấp hơn đáng kể so với nồng độ electron trong bộ phát và việc bơm lỗ vào bộ phát có thể bị bỏ qua. Do đó dòng điện phát Tôi 3 được hình thành bởi thành phần điện tử của dòng sóng mang. Các electron được đưa vào từ bộ phát là các hạt mang điện thiểu số trong bazơ và sẽ, chủ yếu do sự khuếch tán, di chuyển qua bazơ về phía tiếp giáp bộ thu. Một điện áp dương được đặt vào bộ thu so với đế, tương ứng với độ lệch ngược của điểm nối bộ thu. Các electron đi tới điểm nối bộ thu được trường của nó hút vào vùng bộ thu và tạo thành dòng điện thu Tôi j. Vì độ dày của đế nhỏ và mật độ lỗ trên đó nhỏ nên chỉ phần nhỏ các electron kết hợp lại (hợp nhất) với các lỗ trên đế; các electron còn lại đến điểm nối bộ thu. Sự kết hợp lại của các electron trong bazơ tạo ra dòng điện tương ứng trong mạch ngoài- dòng cơ sở Tôi b.

Có mối quan hệ rõ ràng giữa dòng cực phát, cực gốc và cực thu:

trong đó α là hệ số truyền dòng điện phát; tùy thuộc vào loại bóng bán dẫn, cần có các giá trị trong khoảng từ 0,95 đến 0,99. Từ các quan hệ trên, chúng ta thu được sự phụ thuộc của dòng cực góp vào dòng cơ sở:

Thông số (3)

được gọi là hệ số truyền dòng cơ sở và là 20  100. Họ nói rằng dòng điện cơ sở được khuếch đại trong bóng bán dẫn.

3.3. Đặc tính dòng điện-điện áp của lưỡng cực
bóng bán dẫn trong mạch phát chung

Các đặc tính của bóng bán dẫn lưỡng cực được xác định bởi các họ đặc tính dòng điện-điện áp tĩnh thể hiện mối quan hệ giữa dòng điện và điện áp của nó. Loại đặc điểm này phụ thuộc vào mạch kết nối bóng bán dẫn. Phổ biến nhất là mạch phát chung (Hình 5). Các đặc điểm đầu vào là họ Tôi b = F(bạn con dơi bạn ke = const (Hình 6, a). Chúng giống nhau về đặc điểm điốt bán dẫn. Các đặc tính đầu ra đại diện cho họ Tôi k = F(bạn ke) tại

Tôi b = const (Hình 6, b).

Ở mức thấp bạn ke khi nào Tôi b >0 (tức là bạn BE ≥ 0,6 V), tiếp giáp cực thu (giống như tiếp giáp bộ phát) hóa ra bị phân cực thuận, do đó không phải tất cả các electron được bơm vào cực bazơ đều ở trong vùng thu.

Transistor hoạt động ở đây ở chế độ bão hòa , vì việc tăng dòng điện cơ sở không dẫn đến tăng dòng điện cực góp. Các đặc điểm tương ứng với chế độ này được hợp nhất thành một dòng B. Hơn nữa với sự tăng trưởng bạn ke thu hiện tại Tôi lúc đầu nó phát triển nhanh chóng và sau đó hầu như không thay đổi.

Khi dòng điện cơ sở tăng, vốn là một phần của dòng phát, thì dòng thu cũng tăng, và đặc tính tĩnh di chuyển lên. Transistor hoạt động ở đây trong tích cực chế độ và hoạt động như một bộ điều chỉnh dòng điện. Cần lưu ý rằng kết nối giữa dòng cực thu và dòng cơ sở khá tuyến tính, thể hiện ở việc sắp xếp cách đều nhau các phần phẳng có đặc tính của cực thu. Cuối cùng, khi điểm nối bộ phát bị phân cực ngược (tức là bạn cưng< 0,6 В) последний заперт, и через транзистор протекает неуправляемый (его называют сквозным) ток Tôi kes. Chế độ này được gọi là chế độ cắt dòng điện. đặc trưng Tôi b = 0 (dòng A) phân tách vùng chế độ hoạt động và vùng cắt.

3.4. Mô tả bóng bán dẫn theo tham số h và của nó
mạch tương đương

Khi phân tích mạch bán dẫn ở chế độ tín hiệu nhỏ, sẽ thuận tiện hơn khi biểu diễn bóng bán dẫn dưới dạng mạng hai cực tuyến tính (Hình 7) và mô tả mối quan hệ giữa dòng điện và điện áp ở đầu vào và đầu ra bằng bốn tham số. Để mô tả các bóng bán dẫn, người ta thường sử dụng cái gọi là bóng bán dẫn lai, rất dễ đo lường. h-tùy chọn; hãy giới thiệu họ.

Chúng ta hãy lấy dòng điện đầu vào làm biến độc lập Tôi 1 và điện áp đầu ra bạn 2. Khi đó điện áp đầu vào bạn 1 và dòng điện đầu ra Tôi 2 sẽ là một số hàm phi tuyến của các biến độc lập được chọn:

Đối với những thay đổi nhỏ về dòng điện và điện áp, mức tăng của điện áp đầu vào và dòng điện đầu ra cho vùng hoạt động có thể được viết là

Ở đây các đạo hàm được tính cho một số giá trị không đổi của dòng điện và điện áp TÔI 1,0 , bạn 2.0, đặc trưng cho chế độ DC của bóng bán dẫn. Hãy ký hiệu các hằng số này

Vai trò của các mức tăng nhỏ có thể được thực hiện bởi dòng điện và điện áp xoay chiều nhỏ có biên độ TÔI 1 , TÔI 2 và bạn 1 , bạn 2. Khi đó mối quan hệ giữa dòng điện xoay chiều và điện áp trong bóng bán dẫn sẽ được hệ thống mô tả Các phương trình tuyến tính Với h-thông số:

(4a)

. (4b)

Theo (4), tham số h 11 là điện trở đầu vào của bóng bán dẫn và h 21 - hệ số truyền dòng điện tại ngắn mạch lối ra ( bạn 2 = 0); h 22 - độ dẫn điện đầu ra, và h 12 - hệ số nhận xét bằng điện áp với đầu vào mở ( TÔI 1 = 0). Tham số h 21 bằng α đối với mạch cơ sở chung và β đối với mạch phát chung.

Giá trị cụ thể h-các thông số khác nhau cho các loại khác nhau bóng bán dẫn, mạch kết nối của chúng và chế độ DC TÔI 1,0 , bạn 2,0 ; h-parameters cũng có thể được tính toán từ tĩnh đặc tính dòng điện-điện áp bóng bán dẫn, nếu cái sau được biết.

Theo phương trình (4), bóng bán dẫn có thể được biểu diễn chính thức bằng mạch tương đương như trong Hình 2. 8. Máy phát điện hiện tại h 21 TÔI 1, trong mạch đầu ra có tính đến ảnh hưởng của khuếch đại dòng điện và máy phát h 12 bạn 2 phản ánh sự hiện diện của điện áp phản hồi trong mạch đầu vào.

Một mạch tương đương loại này có thể được sử dụng để nghiên cứu các mạch bán dẫn có tín hiệu hài nhỏ trong phạm vi rộng Tính thường xuyên Trong trường hợp này, các phương trình (4) được viết cho biên độ phức tạp của dòng điện và điện áp, và bản thân chúng h-các tham số sẽ là các đại lượng phức tạp phụ thuộc vào tần số. Đối với tương đối tần số thấp h-các thông số có thể được coi là hằng số cho chế độ DC đã chọn của bóng bán dẫn. Ví dụ, đối với silicon n-p-n- Transistor KT315B tại TÔI k0 = 1 mA, bạn ke0 = 10 V h-các thông số trong mạch có bộ phát chung thường nằm trong khoảng giá trị:

Thiết bị và nguyên lý hoạt động

Các bóng bán dẫn đầu tiên được làm từ germanium. Hiện nay, chúng được làm chủ yếu từ silicon và gali arsenide. Các bóng bán dẫn sau được sử dụng trong các mạch khuếch đại tần số cao. Một bóng bán dẫn lưỡng cực bao gồm ba theo nhiều cách khác nhau vùng bán dẫn pha tạp: bộ phát E, căn cứ B và người sưu tầm C. Tùy thuộc vào loại độ dẫn của các vùng này, NPN (bộ phát - chất bán dẫn n, cơ sở - chất bán dẫn p, bộ thu - chất bán dẫn n) và bóng bán dẫn PNP được phân biệt. Các tiếp điểm dẫn điện được kết nối với từng vùng. Đế nằm giữa bộ phát và bộ thu và được làm bằng chất bán dẫn pha tạp nhẹ có điện trở cao. Tổng diện tích tiếp xúc của cực gốc-cực phát nhỏ hơn đáng kể so với diện tích tiếp xúc của cực góp-đế (điều này được thực hiện vì hai lý do - diện tích lớn của điểm nối cực thu-cực làm tăng khả năng các hạt mang điện thiểu số được chiết vào cực thu và vì ở chế độ vận hành, điểm nối đế-cực thu thường được bật ở chế độ phân cực ngược, điều này làm tăng sinh nhiệt và thúc đẩy loại bỏ nhiệt khỏi bộ thu), do đó bóng bán dẫn lưỡng cực nhìn chung là thiết bị bất đối xứng(không thể hoán đổi bộ phát và bộ thu bằng cách thay đổi cực tính của kết nối và tạo ra một bóng bán dẫn lưỡng cực hoàn toàn giống với bóng bán dẫn ban đầu).

Ở chế độ hoạt động tích cực, bóng bán dẫn được bật sao cho điểm nối bộ phát của nó bị lệch theo hướng thuận (mở) và điểm nối bộ thu được phân cực theo hướng ngược lại (đóng). Để chắc chắn, hãy xem xét npn Transistor thì mọi lập luận được lặp lại hoàn toàn tương tự cho trường hợp pnp bóng bán dẫn, thay thế từ “electron” bằng “lỗ trống” và ngược lại, cũng như thay thế tất cả các điện áp bằng các dấu trái ngược nhau. TRONG npn bóng bán dẫn, electron, các hạt tải điện chính trong bộ phát, đi qua lối đi mở emitter-base (được tiêm) vào vùng đế. Một số electron này kết hợp lại với các hạt mang điện đa số trong đáy (lỗ trống). Tuy nhiên, do đế được làm rất mỏng và pha tạp tương đối nhẹ nên hầu hết các electron được bơm từ bộ phát sẽ khuếch tán vào vùng thu. Điện trường mạnh của điểm nối bộ thu phân cực ngược sẽ thu giữ các electron và mang chúng vào bộ thu. Do đó, dòng cực góp thực tế bằng dòng cực phát, ngoại trừ tổn hao tái hợp nhỏ ở cực gốc, tạo nên dòng cực gốc (I e = I b + I k). Hệ số α nối dòng phát và dòng thu (I k = α I e) được gọi là hệ số truyền dòng phát. Trị số của hệ số α là 0,9 - 0,999. Hệ số càng cao thì bóng bán dẫn truyền dòng điện càng hiệu quả. Hệ số này phụ thuộc rất ít vào điện áp cực thu và cực phát. Do đó, trên một phạm vi điện áp hoạt động rộng, dòng thu tỷ lệ thuận với dòng cơ sở, hệ số tỷ lệ bằng β = α / (1 − α) = (10..1000). Do đó, bằng cách thay đổi dòng cơ sở nhỏ, bạn có thể kiểm soát đáng kể dòng điện cao người sưu tầm

Các chế độ hoạt động của bóng bán dẫn lưỡng cực

Chế độ hoạt động bình thường

Điểm nối đế-bộ phát được kết nối theo hướng thuận (mở) và điểm nối đế-bộ thu được kết nối theo hướng ngược lại (đóng)
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);

Chế độ hoạt động nghịch đảo

Điểm nối bộ phát có kết nối ngược và điểm nối bộ thu có kết nối trực tiếp.

Chế độ bão hòa

Cả hai tiếp giáp pn đều được phân cực thuận (cả hai đều mở). Nếu các mối nối p-n bộ phát và bộ thu được kết nối với các nguồn bên ngoài theo hướng thuận thì bóng bán dẫn sẽ ở chế độ bão hòa. Điện trường khuếch tán của các điểm nối bộ phát và bộ thu sẽ bị suy yếu một phần do điện trường được tạo ra bởi các nguồn bên ngoài Ueb và Ukb. Kết quả là, rào cản tiềm năng hạn chế sự khuếch tán của các hạt mang điện chính sẽ giảm xuống và sự xâm nhập (tiêm) các lỗ từ bộ phát và bộ thu vào đế sẽ bắt đầu, tức là dòng điện gọi là dòng bão hòa của bộ phát (IE .sat) và bộ thu (IK) sẽ chảy qua bộ phát và bộ thu của bóng bán dẫn chúng ta).

Chế độ ngắt

Ở chế độ này, cả hai tiếp điểm p-n của thiết bị đều bị phân cực theo hướng ngược lại (cả hai đều đóng). Chế độ cắt của bóng bán dẫn thu được khi các mối nối p-n bộ phát và bộ thu được kết nối với các nguồn bên ngoài theo hướng ngược lại. Trong trường hợp này, dòng điện ngược rất nhỏ của bộ phát (IEBO) và bộ thu (ICBO) chạy qua cả hai điểm nối p-n. Dòng điện cơ bản bằng tổng của các dòng điện này và tùy thuộc vào loại bóng bán dẫn, dao động từ đơn vị microamp - µA (đối với bóng bán dẫn silicon) đến đơn vị milliamp - mA (đối với bóng bán dẫn germanium).

Chế độ rào cản

Ở chế độ này căn cứ Transistor dùng cho dòng điện một chiều được nối ngắn mạch hoặc thông qua một điện trở nhỏ với người sưu tầm, và trong người sưu tầm hoặc trong máy phát Mạch bán dẫn được bật bởi một điện trở đặt dòng điện qua bóng bán dẫn. Trong kết nối này, bóng bán dẫn là một loại diode được mắc nối tiếp với điện trở đặt dòng điện. Các mạch xếp tầng như vậy được phân biệt bởi một số lượng nhỏ các thành phần, khả năng cách ly tần số cao tốt, phạm vi nhiệt độ hoạt động lớn và không nhạy cảm với các thông số bóng bán dẫn.

Sơ đồ kết nối

Bất kỳ mạch kết nối bóng bán dẫn nào được đặc trưng bởi hai chỉ số chính:

  • Mức tăng hiện tại tôi ra / tôi vào.
  • Điện trở vào Rin =Uin /Iin

Sơ đồ kết nối với đế chung

Bộ khuếch đại cơ sở chung.

  • Trong số cả ba cấu hình, nó có trở kháng đầu vào thấp nhất và đầu ra cao nhất. Nó có mức tăng dòng điện gần bằng 1 và mức tăng điện áp lớn. Pha tín hiệu không bị đảo ngược.
  • Mức tăng hiện tại: I out /I in =I to /I e =α [α<1]
  • Điện trở vào R in =U in /I in =U be /I e.

Điện trở đầu vào của mạch có đế chung nhỏ và không vượt quá 100 Ohms đối với bóng bán dẫn công suất thấp, vì mạch đầu vào của bóng bán dẫn là một điểm nối cực phát mở của bóng bán dẫn.

Thuận lợi:

  • Đặc tính nhiệt độ và tần số tốt.
  • Điện áp cao cho phép

Nhược điểm của sơ đồ cơ sở chung:

  • Độ lợi dòng điện thấp vì α< 1
  • Trở kháng đầu vào thấp
  • Hai nguồn điện áp khác nhau để cung cấp điện.

Mạch kết nối với bộ phát chung

  • Mức tăng hiện tại: I out /I in =I to /I b =I to /(I e -I to) = α/(1-α) = β [β>>1]
  • Điện trở đầu vào: R in =U in /I in =U be /I b

Thuận lợi:

  • Mức tăng hiện tại cao
  • Tăng điện áp cao
  • Tăng công suất cao nhất
  • Bạn có thể làm được với một nguồn năng lượng
  • Điện áp xoay chiều đầu ra được đảo ngược so với đầu vào.

Sai sót:

  • Đặc tính nhiệt độ và tần số kém hơn so với mạch cơ sở thông thường

Mạch thu chung

  • Mức tăng hiện tại: I out /I in =I e /I b =I e /(I e -I k) = 1/(1-α) = β [β>>1]
  • Điện trở đầu vào: R in = U in / I in = (U b e + U k e) / I b

Thuận lợi:

  • Trở kháng đầu vào cao
  • Trở kháng đầu ra thấp

Sai sót:

  • Độ lợi điện áp nhỏ hơn 1.

Mạch có kết nối này được gọi là “bộ theo dõi bộ phát”

Cài đặt chính

  • Hệ số chuyển hiện tại
  • Trở kháng đầu vào
  • Độ dẫn điện đầu ra
  • Bộ thu-phát dòng ngược
  • Kịp thời
  • Tần số giới hạn của hệ số truyền dòng cơ sở
  • Dòng thu ngược
  • Dòng điện tối đa cho phép
  • Tần số cắt của hệ số truyền dòng điện trong mạch có bộ phát chung

Các tham số của bóng bán dẫn được chia thành nội tại (sơ cấp) và thứ cấp. Các tham số nội tại đặc trưng cho các đặc tính của bóng bán dẫn, bất kể mạch kết nối của nó. Sau đây được lấy làm tham số chính:

  • mức tăng hiện tại α;
  • Điện trở của bộ phát, bộ thu và đế đối với dòng điện xoay chiều re, r k, r b, đó là:
    • r e - tổng điện trở của vùng phát và tiếp giáp cực phát;
    • r k - tổng điện trở của vùng thu và tiếp điểm thu;
    • r b - điện trở ngang của đế.

Mạch tương đương của một bóng bán dẫn lưỡng cực sử dụng tham số h

Các thông số phụ là khác nhau đối với kế hoạch khác nhau bật bóng bán dẫn và do tính phi tuyến của nó, chỉ có hiệu lực đối với tần số thấp và biên độ tín hiệu nhỏ. Đối với các tham số thứ cấp, một số hệ thống tham số và các tham số tương ứng của chúng mạch tương đương. Những cái chính là các tham số hỗn hợp (hybrid), ký hiệu là chữ “h”.

Trở kháng đầu vào- Điện trở của bóng bán dẫn đối với dòng điện xoay chiều đầu vào trong trường hợp ngắn mạch ở đầu ra. Sự thay đổi dòng điện đầu vào là kết quả của sự thay đổi điện áp đầu vào mà không chịu ảnh hưởng của phản hồi từ điện áp đầu ra.

H 11 = U m1 /I m1 tại U m2 = 0.

Hệ số phản hồi điện áp cho biết tỷ lệ điện áp xoay chiều đầu ra được chuyển đến đầu vào của bóng bán dẫn do phản hồi trong đó. Không có dòng điện xoay chiều trong mạch đầu vào của bóng bán dẫn và sự thay đổi điện áp đầu vào chỉ xảy ra do sự thay đổi điện áp đầu ra.

H 12 = U m1 /U m2 tại I m1 = 0.

Hệ số chuyển hiện tại(mức tăng dòng điện) hiển thị mức tăng của dòng điện xoay chiều ở điện trở tải bằng không. Dòng điện đầu ra chỉ phụ thuộc vào dòng điện đầu vào mà không bị ảnh hưởng bởi điện áp đầu ra.

H 21 = I m2 /I m1 tại U m2 = 0.

Độ dẫn điện đầu ra- Độ dẫn điện bên trong của dòng điện xoay chiều giữa các cực đầu ra. Dòng điện đầu ra thay đổi dưới tác động của điện áp đầu ra.

H 22 = I m2 /U m2 tại I m1 = 0.

Mối quan hệ giữa dòng điện xoay chiều và điện áp tranzito được thể hiện bằng các phương trình:

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

Tùy thuộc vào mạch kết nối bóng bán dẫn, các chữ cái được thêm vào chỉ số kỹ thuật số của các tham số h: “e” - đối với mạch OE, “b” - đối với mạch OB, “k” - đối với mạch OK.

Đối với mạch OE: I m1 = I mb, I m2 = I mk, U m1 = U mb-e, U m2 = U mk-e. Ví dụ: đối với sơ đồ này:

H 21e = I mк /I mb = β.

Đối với mạch OB: I m1 = I mе, I m2 = I mк, U m1 = U mе-b, U m2 = U mк-b.

Các tham số riêng của bóng bán dẫn có liên quan đến các tham số h, ví dụ đối với mạch OE:

; ; ; .

Với tần số ngày càng tăng, điện dung tiếp giáp C k bắt đầu có tác động có hại đến hoạt động của bóng bán dẫn. Điện trở của điện dung giảm, dòng điện qua điện trở tải và do đó, hệ số khuếch đại α và β giảm. Điện trở của tụ điện tiếp giáp bộ phát C e cũng giảm, tuy nhiên, nó bị tắt bởi điện trở tiếp giáp nhỏ và trong hầu hết các trường hợp có thể không được tính đến. Ngoài ra, với tần số ngày càng tăng, hệ số β giảm thêm xảy ra do độ trễ pha của dòng thu so với pha của dòng phát, nguyên nhân là do quán tính của quá trình di chuyển các sóng mang qua đế từ điểm nối cực phát đến cực thu và quán tính của các quá trình tích tụ và tái hấp thụ điện tích trong đế. Các tần số mà hệ số α và β giảm đi 3 dB được gọi là tần số cắt hệ số chuyển hiện tại cho các sơ đồ OB và OE tương ứng.

Ở chế độ xung, xung dòng thu bắt đầu bằng độ trễ của thời gian trễ τ з so với xung dòng đầu vào, nguyên nhân là do thời gian di chuyển hữu hạn của các sóng mang qua đế. Khi các hạt tải điện tích tụ trong đế, dòng cực góp tăng lên trong thời gian tăng τf. Kịp thời Transistor được gọi là τ on = τ h + τ f.

Công nghệ sản xuất Transistor

  • epiticular-phẳng
  • Splavnaya
    • Khuếch tán
    • Hợp kim khuếch tán

Ứng dụng của bóng bán dẫn

  • Bộ giải điều chế (Máy dò)
  • Biến tần (phần tử logic)
  • Các vi mạch dựa trên logic bóng bán dẫn (xem logic bóng bán dẫn-bóng bán dẫn, logic diode-bóng bán dẫn, logic điện trở-bóng bán dẫn)

Xem thêm

Văn học

Ghi chú

Trạng thái rắn thụ động Điện trở Biến trở Điện trở xén Điện trở biến thiên Tụ điện Biến đổi Tụ điện xén Cuộn cảm Bộ cộng hưởng thạch anh· Cầu chì · Cầu chì tự phục hồi Máy biến áp
Trạng thái rắn hoạt động Điốt· Đèn LED · Điốt quang · Laser bán dẫn · Đèn Schottky· Diode Zener · Bộ ổn định · Varicap · Varicond · Cầu điốt · Đi-ốt tuyết lở · Điốt đường hầm · Điốt súng
bóng bán dẫn · Transistor lưỡng cực · Transistor hiệu ứng trường · bóng bán dẫn CMOS · Transistor nối tiếp· Transistor quang · Transistor tổng hợp Transistor đạn đạo
Mạch tích hợp · Mạch tích hợp kỹ thuật số · Mạch tích hợp tương tự
Thyristor· Triac · Dynistor · Memristor
chân không thụ động thợ pha cà phê
Hoạt động chân không và xả khí Đèn điện · Điốt điện chân không· Triode · Tetrode · Pentode · Hexode · Heptode · Ngũ giác · Octode · Nonode · Mechanotron · Klystron · Magnetron · Amplitron · Platinotron · Ống tia âm cực · Đèn sóng du lịch
Thiết bị hiển thị