Thực đơn
trang chủYandex

Chế độ bão hòa của một bóng bán dẫn lưỡng cực. Mô tả đầy đủ về bóng bán dẫn lưỡng cực. Sự khác biệt chính giữa hai loại bóng bán dẫn lưỡng cực

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 thế này: 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 Transistor NPN, nhưng tất cả điều này áp dụng cho PNP, có tính đến việc tất cả các dòng điện đều bị 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 mức tăng DC của bóng bán dẫn, thường được ký hiệu là H fe 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. 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 dòng điện thu, bạn có thể tính toán dòng cơ sở tối thiểu cần thiết để đạt được điều này Dòng thu sử dụng công thức sau:

Từ đó rút 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 các 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 một mạch cần sử dụng một phần tử logic và bạn không muốn sử dụng IC 4 phần tử 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 của các phần tử đó 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 mọi thứ dòng điện sau đó chảy vào theo hướng ngược lại.

Tìm lỗi trong mạch bán dẫn

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.

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 biểu tượng dụng cụ, mũi tên, cũng xác định cực phát, lần này chỉ vào bên trong biểu tượng 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: với cơ sở, nền tảng chung, Với máy phát chung và với một nhà sưu tập 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 cái sau vẫn lớn hơn, nên hướng dòng chảy của 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 đi vào hiện hành.

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 bị 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 mạch điện tử, điểm khác biệt duy nhất là cực tính điện áp và hướng 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 được dòng điện một chiềuβ=IC /I B phù hợp trong phạm vi 10% và dòng điện thu cao khoảng 15A, khiến chúng trở nên lý tưởng cho các ứng dụng điều khiển động cơ hoặc rô-bốt.

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 theo hướng ngược lại, khiến nó quay ngược.

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 cực 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.

Hiện hữu các loại khác nhau thiết bị bán dẫn - thyristor, triode, chúng được phân loại theo mục đích và kiểu thiết kế. Các bóng bán dẫn lưỡng cực bán dẫn có khả năng mang đồng thời hai loại điện tích, trong khi các bóng bán dẫn hiệu ứng trường chỉ mang một loại điện tích.

Nguyên lý thiết kế và vận hành

Trước đây, thay vì dùng bóng bán dẫn trong sơ đồ điện tiếng ồn thấp đặc biệt ống chân không, nhưng chúng có kích thước lớn và hoạt động bằng sợi đốt. Transistor lưỡng cực GOST 18604.11-88 là chất bán dẫn đồ gia dụng điện tử, là phần tử được điều khiển và có đặc điểm là cấu trúc ba lớp, được sử dụng để điều khiển vi sóng. Nó có thể ở trong nhà hoặc không có nó. Chúng có dạng p-n-p và n-p-n. Tùy thuộc vào thứ tự của các lớp, đế có thể là tấm p hoặc n trên đó một vật liệu nhất định được hợp nhất. Do sự khuếch tán trong quá trình sản xuất, thu được một lớp phủ rất mỏng nhưng bền.

Hình ảnh - sơ đồ kết nối

Để xác định bóng bán dẫn nào ở phía trước, bạn cần tìm mũi tên của điểm nối bộ phát. Nếu hướng của nó hướng về phía đáy thì cấu trúc là pnp, nếu hướng ra xa nó thì cấu trúc là npn. Một số chất tương tự được nhập khẩu ở cực (IGBT và các loại khác) có thể có ký hiệu chữ cái chuyển tiếp. Ngoài ra còn có các bóng bán dẫn bổ sung lưỡng cực. Đây là những thiết bị có đặc điểm giống nhau nhưng các loại khác nhauđộ dẫn nhiệt. Một cặp như vậy đã được ứng dụng trong nhiều mạch vô tuyến khác nhau. Tính năng này phải được tính đến nếu cần thay thế các phần tử riêng lẻ của mạch.


 Hình ảnh - thiết kế

Khu vực nằm ở trung tâm được gọi là đế, hai bên của nó là bộ phát và bộ thu. Đế rất mỏng, thường độ dày của nó không vượt quá vài 2 micron. Về lý thuyết, có một thứ gọi là bóng bán dẫn lưỡng cực lý tưởng. Đây là mô hình trong đó khoảng cách giữa vùng phát và vùng thu là như nhau. Tuy nhiên, thông thường, điểm nối bộ phát (diện tích giữa đế và bộ phát) lớn gấp đôi điểm nối bộ thu (diện tích giữa đế và bộ thu).


 Hình ảnh - các loại triode lưỡng cực

Theo loại kết nối và mức công suất truyền tải, chúng được chia thành:

  1. Tân sô cao;
  2. Tần số thấp.

Bằng sức mạnh:

  1. Năng lượng thấp;
  2. Công suất trung bình;
  3. Nguồn (cần có trình điều khiển bóng bán dẫn để điều khiển).

Nguyên lý hoạt động của bóng bán dẫn lưỡng cực dựa trên thực tế là hai điểm nối ở giữa nằm gần nhau. Điều này cho phép bạn tăng cường đáng kể các xung điện đi qua chúng. Nếu áp dụng cho các khu vực (khu vực) khác nhau năng lượng điện các điện thế khác nhau thì một vùng nhất định của bóng bán dẫn sẽ dịch chuyển. Theo cách này, chúng rất giống với điốt.


Ảnh - ví dụ

Ví dụ, khi tích cực, nó sẽ mở ra vùng p-n, và khi âm thì nó đóng lại. Tính năng chính Hoạt động của bóng bán dẫn là khi bất kỳ khu vực nào bị dịch chuyển, đế sẽ bão hòa với các electron hoặc chỗ trống (lỗ trống), điều này cho phép giảm điện thế và tăng độ dẫn điện của phần tử.

Có những điều sau đây loài chủ chốt làm:

  1. Chế độ hoạt động;
  2. cắt;
  3. Gấp đôi hoặc bão hòa;
  4. Đảo ngược.

Trước khi xác định chế độ hoạt động của đèn ba cực lưỡng cực, bạn cần hiểu chúng khác nhau như thế nào. Các loại điện áp cao thường hoạt động ở chế độ hoạt động (còn gọi là chế độ phím), ở đây, khi bật nguồn, điểm nối bộ phát được dịch chuyển và trong phần thu có điện áp ngược. Chế độ đảo ngược ngược lại với chế độ hoạt động; ở đây mọi thứ được dịch chuyển theo tỷ lệ trực tiếp. Nhờ đó, tín hiệu điện tử được khuếch đại rất nhiều.

Trong quá trình cắt, tất cả các loại điện áp đều bị loại trừ, mức dòng điện của bóng bán dẫn giảm xuống 0. Ở chế độ này, công tắc bóng bán dẫn hoặc triode hiệu ứng trường có cổng cách điện sẽ mở ra và thiết bị sẽ tắt. Ngoài ra còn có chế độ kép hoặc hoạt động ở chế độ bão hòa, với kiểu hoạt động này, bóng bán dẫn không thể hoạt động như một bộ khuếch đại. Dựa trên nguyên tắc kết nối này, các mạch hoạt động ở những nơi không cần thiết phải khuếch đại tín hiệu mà phải mở và đóng các tiếp điểm.

Do sự khác biệt về điện áp và dòng điện trong nhiều chế độ khác nhau, để xác định chúng, bạn có thể kiểm tra bóng bán dẫn lưỡng cực bằng đồng hồ vạn năng, ví dụ: ở chế độ khuếch đại, bóng bán dẫn n-p-n đang hoạt động sẽ hiển thị sự thay đổi theo các giai đoạn từ 500 đến 1200 Ohms. Nguyên tắc đo được mô tả dưới đây.

Mục đích chính của bóng bán dẫn là thay đổi tín hiệu nhất định mạng lưới điện tùy thuộc vào các chỉ số hiện tại và điện áp. Đặc tính của chúng giúp kiểm soát mức tăng bằng cách thay đổi tần số của dòng điện. Nói cách khác, nó là một bộ chuyển đổi điện trở và bộ khuếch đại tín hiệu. Được sử dụng trong các thiết bị âm thanh và video khác nhau để điều khiển dòng điện năng lượng thấp và như UMZCH, máy biến áp, điều khiển động cơ của thiết bị máy công cụ, v.v.

Video: bóng bán dẫn lưỡng cực hoạt động như thế nào

Bài kiểm tra

Cách dễ nhất để đo h21e của bóng bán dẫn lưỡng cực mạnh là kiểm tra chúng bằng đồng hồ vạn năng. Để bật triode bán dẫn pnp, một điện áp âm được đặt vào đế. Để làm điều này, đồng hồ vạn năng được chuyển sang chế độ ohmmeter ở -2000 Ohm. Định mức cho dao động điện trở là từ 500 đến 1200 Ohms.

Để kiểm tra các khu vực khác, bạn cần tác dụng lực cản dương lên đế. Trong quá trình kiểm tra này, đèn báo sẽ hiển thị nhiều điện trở hơn, nếu không thì triode bị lỗi.

Đôi khi tín hiệu đầu ra bị gián đoạn bởi các điện trở được lắp đặt để giảm điện trở nhưng hiện nay công nghệ bypass này hiếm khi được sử dụng. Để kiểm tra đặc tính điện trở của xung bóng bán dẫn n-p-n bạn cần kết nối cực dương với đế và cực âm với cực phát và cực thu.

Đặc tính kỹ thuật và ký hiệu

Các thông số chính mà các phần tử bán dẫn này được chọn là sơ đồ chân và đánh dấu màu.

Ảnh - sơ đồ chân của triode lưỡng cực công suất thấp Ảnh - sơ đồ nguồn

Mã màu cũng được sử dụng.


 Hình ảnh - ví dụ mã màu Ảnh - bảng màu

Nhiều bóng bán dẫn hiện đại trong nước cũng được chỉ định bằng mã chữ cái, bao gồm thông tin về nhóm (hiệu ứng trường, lưỡng cực), loại (silicon, v.v.), năm và tháng sản xuất.


Ảnh - bản ghi

Các tính chất (thông số) cơ bản của triode:

  1. tăng điện áp;
  2. Điện áp đầu vào;
  3. Đặc tính tần số tổng hợp.

Chúng cũng được sử dụng để chọn đặc tính tĩnh, bao gồm việc so sánh các đặc tính dòng điện-điện áp đầu vào và đầu ra.

Các tham số cần thiết có thể được tính toán bằng cách tính toán các đặc điểm chính (phân phối dòng điện theo tầng, tính toán chế độ phím). Dòng thu: Ik=(Ucc-Ukanas)/Rн

  • Ucc – điện áp mạng;
  • Ukenas – bão hòa;
  • Rн – điện trở mạng.

Tổn thất điện năng trong quá trình vận hành:

P=Ik*Ukanas

Bạn có thể mua bóng bán dẫn lưỡng cực SMD, IGBT và các loại khác ở bất kỳ cửa hàng điện nào. Giá của chúng dao động từ vài xu đến hàng chục đô la, tùy thuộc vào mục đích và đặc điểm.

Transistor lưỡng cực- điện tử thiết bị bán dẫn, một loại bóng bán dẫn được thiết kế để khuếch đại, tạo ra và chuyển đổi tín hiệu điện. Transistor được gọi là lưỡng cực, vì hai loại hạt mang điện đồng thời tham gia vào hoạt động của thiết bị - điện tử Và hố. Đây là cách nó khác với đơn cực Transistor (hiệu ứng trường), trong đó chỉ có một loại hạt tải điện tham gia.

Nguyên lý hoạt động của cả hai loại bóng bán dẫn này cũng tương tự như hoạt động của một vòi nước điều chỉnh dòng nước, chỉ có một dòng điện tử đi qua bóng bán dẫn. Trong các bóng bán dẫn lưỡng cực, hai dòng điện đi qua thiết bị - dòng điện “lớn” chính và dòng điện “nhỏ” điều khiển. Công suất dòng điện chính phụ thuộc vào công suất điều khiển. Với các bóng bán dẫn hiệu ứng trường, chỉ có một dòng điện đi qua thiết bị, công suất của nó phụ thuộc vào trường điện từ. Trong bài viết này chúng ta sẽ xem xét kỹ hơn hoạt động của bóng bán dẫn lưỡng cực.

Thiết kế bóng bán dẫn lưỡng cực.

Một bóng bán dẫn lưỡng cực bao gồm ba lớp bán dẫn và hai điểm nối PN. Các bóng bán dẫn PNP và NPN được phân biệt theo kiểu xen kẽ lỗ trống và độ dẫn điện tử. Nó tương tự như hai điốt được kết nối mặt đối mặt hoặc ngược lại.


Một bóng bán dẫn lưỡng cực có ba tiếp điểm (điện cực). Tiếp điểm ra khỏi lớp trung tâm được gọi là căn cứ. Các điện cực cực trị được gọi là người sưu tầm Và máy phát (người sưu tầm Và máy phát). Lớp nền rất mỏng so với bộ thu và bộ phát. Ngoài ra, các vùng bán dẫn ở rìa của bóng bán dẫn không đối xứng. Lớp bán dẫn ở phía thu dày hơn một chút so với phía phát. Điều này là cần thiết cho vận hành chính xác bóng bán dẫn.


Hãy xem xét quá trình vật lý, xảy ra trong quá trình hoạt động của bóng bán dẫn lưỡng cực. Hãy lấy mô hình NPN làm ví dụ. Nguyên lý hoạt động của bóng bán dẫn PNP cũng tương tự, chỉ có cực tính điện áp giữa cực thu và cực phát sẽ ngược nhau.

Như đã đề cập trong bài viết về các loại chất dẫn điện trong chất bán dẫn, chất loại P chứa các ion - lỗ trống tích điện dương. Chất loại N được bão hòa với các electron tích điện âm. Trong một bóng bán dẫn, nồng độ electron ở vùng N vượt quá đáng kể nồng độ lỗ trống ở vùng P.

Hãy nối một nguồn điện áp giữa bộ thu và bộ phát V CE (V CE). Dưới tác dụng của nó, các electron từ phần N phía trên sẽ bắt đầu bị hút vào cực dương và tập trung gần bộ thu. Tuy nhiên, dòng điện sẽ không thể chạy được do điện trường của nguồn điện áp không tới được bộ phát. Điều này được ngăn chặn bằng một lớp bán dẫn thu dày cộng với một lớp bán dẫn cơ bản.


Bây giờ chúng ta hãy kết nối điện áp giữa đế và bộ phát V BE, nhưng thấp hơn đáng kể so với V CE (đối với bóng bán dẫn silicon, V BE yêu cầu tối thiểu là 0,6V). Vì lớp P rất mỏng, cộng với nguồn điện áp được nối với đế, nên nó sẽ có thể “tiếp cận” bằng điện trường của mình vùng N của bộ phát. Dưới tác dụng của nó, các electron sẽ hướng về bazơ. Một số trong số chúng sẽ bắt đầu lấp đầy các lỗ hổng ở đó (kết hợp lại). Phần còn lại sẽ không tìm thấy lỗ trống tự do, vì nồng độ lỗ trống ở đế thấp hơn nhiều so với nồng độ electron trong bộ phát.

Kết quả là lớp trung tâm của bazơ được làm giàu với các electron tự do. Hầu hết chúng sẽ đi về phía bộ thu vì điện áp ở đó cao hơn nhiều. Điều này cũng được tạo điều kiện thuận lợi bởi độ dày rất nhỏ của lớp trung tâm. Một phần electron, mặc dù nhỏ hơn nhiều, vẫn sẽ chảy về phía dương của đế.


Kết quả là, chúng ta nhận được hai dòng điện: một dòng nhỏ - từ cực gốc đến bộ phát I BE, và một dòng lớn - từ bộ thu đến bộ phát ICE.

Nếu bạn tăng điện áp ở đáy thì thậm chí nhiều electron sẽ tích tụ hơn trong lớp P. Kết quả là dòng điện cơ sở sẽ tăng nhẹ và dòng điện cực góp sẽ tăng đáng kể. Như vậy, với một sự thay đổi nhỏ trong dòng điện cơ sở I B , dòng thu I thay đổi rất nhiều S. Đó là những gì xảy ra. khuếch đại tín hiệu trong bóng bán dẫn lưỡng cực. Tỷ số giữa dòng điện cực góp I C và dòng cơ sở I B được gọi là độ lợi dòng điện. được chỉ định β , hfe hoặc h21e, tùy thuộc vào chi tiết cụ thể của các phép tính được thực hiện với bóng bán dẫn.

Bộ khuếch đại bóng bán dẫn lưỡng cực đơn giản nhất

Chúng ta hãy xem xét chi tiết hơn nguyên lý khuếch đại tín hiệu trong mặt phẳng điện bằng ví dụ về mạch điện. Hãy để tôi đặt trước rằng kế hoạch này không hoàn toàn chính xác. Không ai kết nối nguồn điện áp DC trực tiếp với nguồn AC. Nhưng ở trong trường hợp này, việc hiểu cơ chế khuếch đại bằng bóng bán dẫn lưỡng cực sẽ dễ dàng và rõ ràng hơn. Ngoài ra, bản thân kỹ thuật tính toán trong ví dụ dưới đây cũng được đơn giản hóa phần nào.

1.Mô tả các phần tử chính của mạch điện

Vì vậy, giả sử chúng ta có một bóng bán dẫn có mức tăng là 200 (β = 200). Từ phía nhà sưu tập, chúng tôi kết nối tương đối nguồn mạnh mẽ nguồn điện ở 20V, do năng lượng sẽ xảy ra khuếch đại. Từ đế của bóng bán dẫn, chúng tôi kết nối nguồn điện 2V yếu. Chúng ta sẽ mắc nối tiếp một nguồn điện áp xoay chiều có dạng hình sin, có biên độ dao động 0,1V vào nó. Đây sẽ là tín hiệu cần được khuếch đại. Điện trở Rb gần chân đế là cần thiết để hạn chế dòng điện đến từ nguồn tín hiệu, thường có công suất thấp.


2. Tính toán dòng điện đầu vào cơ sở I b

Bây giờ hãy tính dòng điện cơ sở I b. Vì chúng ta đang xử lý điện áp xoay chiều nên chúng ta cần tính hai giá trị dòng điện - tại điện áp tối đa(V tối đa) và tối thiểu (V phút). Chúng ta hãy gọi các giá trị hiện tại này lần lượt - I bmax và I bmin.

Ngoài ra, để tính dòng điện cơ sở, bạn cần biết điện áp cực phát V BE. Có một điểm nối PN giữa đế và bộ phát. Hóa ra dòng cơ sở “gặp nhau” trên đường đi điốt bán dẫn. Điện áp tại đó một diode bán dẫn bắt đầu dẫn điện là khoảng 0,6V. Chúng ta sẽ không đi sâu vào chi tiết về đặc tính dòng điện của diode và để đơn giản cho việc tính toán, chúng ta sẽ lấy một mô hình gần đúng, theo đó điện áp trên diode mang dòng điện luôn là 0,6V. Điều này có nghĩa là điện áp giữa đế và bộ phát là V BE = 0,6V. Và do bộ phát được nối đất (V E = 0) nên điện áp từ đế xuống đất cũng là 0,6V (V B = 0,6V).

Hãy tính I bmax và I bmin bằng định luật Ohm:


2. Tính toán dòng điện ra IC

Bây giờ, khi biết mức tăng (β = 200), bạn có thể dễ dàng tính mức tối đa và giá trị tối thiểu dòng thu (I cmax và I cmin).


3. Tính điện áp ra V ra

Dòng thu chạy qua điện trở Rc mà chúng ta đã tính toán. Nó vẫn còn để thay thế các giá trị:

4. Phân tích kết quả

Như có thể thấy từ kết quả, V Cmax hóa ra nhỏ hơn V Cmin. Điều này là do điện áp trên điện trở V Rc bị trừ khỏi điện áp nguồn VCC. Tuy nhiên, trong hầu hết các trường hợp, điều này không thành vấn đề, vì chúng ta quan tâm đến thành phần thay đổi của tín hiệu - biên độ đã tăng từ 0,1V lên 1V. Tần số và dạng hình sin của tín hiệu không thay đổi. Tất nhiên, tỷ lệ V out / V trong mười lần không phải là chỉ báo tốt nhất cho bộ khuếch đại, nhưng nó khá phù hợp để minh họa quá trình khuếch đại.


Vì vậy, hãy tóm tắt nguyên lý hoạt động của bộ khuếch đại dựa trên bóng bán dẫn lưỡng cực. Dòng điện Ib chạy qua đế mang theo các thành phần không đổi và thay đổi. Cần có một thành phần không đổi để điểm nối PN giữa đế và bộ phát bắt đầu hoạt động - “mở”. Trên thực tế, thành phần biến đổi chính là tín hiệu (thông tin hữu ích). Dòng cực thu-cực bên trong bóng bán dẫn là kết quả của dòng cơ sở nhân với hệ số khuếch đại β. Đổi lại, điện áp trên điện trở Rc phía trên bộ thu là kết quả của việc nhân dòng điện thu được khuếch đại với giá trị điện trở.

Do đó, chân V out nhận tín hiệu có biên độ dao động tăng nhưng có cùng hình dạng và tần số. Điều quan trọng cần nhấn mạnh là bóng bán dẫn lấy năng lượng để khuếch đại từ nguồn điện VCC. Nếu điện áp cung cấp không đủ, bóng bán dẫn sẽ không thể hoạt động đầy đủ và tín hiệu đầu ra có thể bị méo.

Các chế độ hoạt động của bóng bán dẫn lưỡng cực

Phù hợp với các mức điện áp trên các điện cực của bóng bán dẫn, có bốn chế độ hoạt động của nó:

  • Chế độ cắt.
  • Chế độ hoạt động.
  • Chế độ bão hòa.
  • Chế độ đảo ngược.

Chế độ ngắt

Khi điện áp cực phát thấp hơn 0,6V - 0,7V, điểm nối PN giữa cực gốc và cực phát sẽ đóng lại. Ở trạng thái này, bóng bán dẫn không có dòng điện cơ sở. Kết quả là, sẽ không có dòng điện thu, vì không có electron tự do trong đế sẵn sàng di chuyển về phía điện áp thu. Hóa ra bóng bán dẫn dường như đã bị khóa và họ nói rằng nó đang ở trạng thái chế độ ngắt.

Chế độ hoạt động

TRONG chế độ hoạt độngĐiện áp ở đế đủ để tiếp điểm PN giữa đế và bộ phát mở ra. Ở trạng thái này, bóng bán dẫn có dòng cơ sở và dòng thu. Dòng thu bằng dòng cơ sở nhân với mức tăng. Nghĩa là, chế độ hoạt động là chế độ hoạt động bình thường của bóng bán dẫn, được sử dụng để khuếch đại.

Chế độ bão hòa

Đôi khi dòng cơ sở có thể quá cao. Kết quả là, nguồn điện đơn giản là không đủ để cung cấp cường độ dòng điện thu tương ứng với mức tăng của bóng bán dẫn. Ở chế độ bão hòa, dòng thu sẽ ở mức tối đa mà nguồn điện có thể cung cấp và sẽ không phụ thuộc vào dòng cơ sở. Ở trạng thái này, bóng bán dẫn không thể khuếch đại tín hiệu vì dòng cực góp không phản ứng với những thay đổi của dòng cơ sở.

Ở chế độ bão hòa, độ dẫn điện của bóng bán dẫn là tối đa và nó phù hợp hơn với chức năng của một công tắc (công tắc) ở trạng thái “bật”. Tương tự, ở chế độ ngắt, độ dẫn điện của bóng bán dẫn là tối thiểu và điều này tương ứng với công tắc ở trạng thái tắt.

Chế độ nghịch đảo

TRONG chế độ này Vai trò của bộ thu và bộ phát thay đổi: điểm nối PN của bộ thu bị lệch theo hướng thuận và điểm nối của bộ phát bị lệch theo hướng ngược lại. Kết quả là dòng điện chạy từ đế tới cực thu. Vùng bán dẫn của bộ thu không đối xứng với bộ phát và mức tăng ở chế độ nghịch đảo thấp hơn ở chế độ hoạt động bình thường. Bóng bán dẫn được thiết kế sao cho nó hoạt động hiệu quả nhất có thể ở chế độ hoạt động. Do đó, bóng bán dẫn thực tế không được sử dụng ở chế độ nghịch đảo.

Các thông số cơ bản của Transistor lưỡng cực

Lợi ích hiện tại– tỉ số giữa dòng điện cực góp I C và dòng điện cơ sở I B. được chỉ định β , hfe hoặc h21e, tùy thuộc vào chi tiết cụ thể của các tính toán được thực hiện với bóng bán dẫn.

β là giá trị không đổi đối với một bóng bán dẫn và phụ thuộc vào cấu trúc vật lý của thiết bị. Mức tăng cao được tính bằng hàng trăm đơn vị, mức tăng thấp - tính bằng hàng chục. Đối với hai bóng bán dẫn riêng biệt cùng loại, ngay cả khi chúng là “hàng xóm trong đường ống” trong quá trình sản xuất, β có thể hơi khác nhau. Đặc tính này của bóng bán dẫn lưỡng cực có lẽ là quan trọng nhất. Nếu các thông số khác của thiết bị thường có thể bị bỏ qua trong tính toán thì mức tăng hiện tại gần như là không thể.

Trở kháng đầu vào– điện trở trong bóng bán dẫn “đáp ứng” dòng điện cơ sở. được chỉ định Rin (R trong). Kích thước càng lớn thì đặc tính khuếch đại của thiết bị càng tốt vì nguồn thường nằm ở phía đế tín hiệu yếu, cần tiêu thụ càng ít dòng điện càng tốt. Lựa chọn lý tưởng là khi trở kháng đầu vào là vô cùng.

Đầu vào R của một bóng bán dẫn lưỡng cực trung bình là vài trăm KΩ (kilo-ohms). Ở đây Transistor lưỡng cực mất rất nhiều bóng bán dẫn hiệu ứng trường, trong đó trở kháng đầu vào đạt tới hàng trăm GΩ (gigaohms).

Độ dẫn điện đầu ra- Độ dẫn điện của bóng bán dẫn giữa bộ thu và bộ phát. Độ dẫn đầu ra càng cao thì hiện tại hơn và bộ thu-phát sẽ có thể đi qua bóng bán dẫn ở công suất thấp hơn.

Ngoài ra, với sự gia tăng độ dẫn điện đầu ra (hoặc giảm điện trở đầu ra), tải tối đa, mà bộ khuếch đại có thể chịu được với những tổn thất nhỏ trong mức tăng tổng thể. Ví dụ: nếu một bóng bán dẫn có độ dẫn điện đầu ra thấp khuếch đại tín hiệu 100 lần mà không tải, thì khi kết nối tải 1 KΩ, nó sẽ chỉ khuếch đại 50 lần. Một bóng bán dẫn có cùng mức tăng nhưng độ dẫn đầu ra cao hơn sẽ có mức giảm khuếch đại nhỏ hơn. Tùy chọn lý tưởng là khi độ dẫn đầu ra là vô cùng (hoặc điện trở đầu ra R out = 0 (R out = 0)).

Tên của Transistor thiết bị bán dẫn được hình thành từ hai từ: transfer - chuyển+ chống lại - sức chống cự. Bởi vì nó thực sự có thể được biểu diễn dưới dạng một số điện trở, sẽ được điều chỉnh bởi điện áp của một điện cực. Transistor đôi khi còn được gọi là triode bán dẫn.

Bóng bán dẫn lưỡng cực đầu tiên được tạo ra vào năm 1947 và vào năm 1956, ba nhà khoa học đã được trao giải Nobel Vật lý cho phát minh này.

Transistor lưỡng cực là một thiết bị bán dẫn bao gồm ba chất bán dẫn có độ dẫn tạp chất xen kẽ nhau. Một điện cực được kết nối và xuất ra từng lớp. Một bóng bán dẫn lưỡng cực sử dụng đồng thời các điện tích có hạt tải điện là electron ( n - “âm”) và lỗ trống (p – “dương "), tức là các sóng mang có hai loại, do đó hình thành tiền tố tên “bi” - hai.

Các bóng bán dẫn khác nhau về kiểu xen kẽ lớp:

P n p -transistor (dẫn trực tiếp);

Npn- bóng bán dẫn (dẫn ngược).

Căn cứ (B) là một điện cực được kết nối với lớp trung tâm của bóng bán dẫn lưỡng cực. Các điện cực ở các lớp bên ngoài được gọi là bộ phát (E) và bộ thu (K).

Hình 1 – Thiết kế bóng bán dẫn lưỡng cực

Các sơ đồ chỉ ra “ VT ", trong tài liệu tiếng Nga cũ, bạn có thể tìm thấy các ký hiệu "T", "PP" và "PT". Các bóng bán dẫn lưỡng cực được mô tả trên các mạch điện, tùy thuộc vào sự thay đổi độ dẫn của chất bán dẫn, như sau:


Hình 2 – Ký hiệu của bóng bán dẫn lưỡng cực

Trong Hình 1 ở trên, không thể nhìn thấy sự khác biệt giữa bộ thu và bộ phát. Nếu bạn nhìn vào biểu diễn mặt cắt ngang đơn giản của một bóng bán dẫn, bạn có thể thấy rằng diện tích p-n Quá trình chuyển đổi của bộ thu lớn hơn của bộ phát.


Hình 3 - Mặt cắt ngang của bóng bán dẫn

Đế được làm bằng chất bán dẫn có độ dẫn điện yếu, nghĩa là điện trở của vật liệu cao. Điều kiện bắt buộc– một lớp đế mỏng để cho phép xảy ra hiệu ứng bóng bán dẫn. Vì diện tích tiếp xúc p-n Vì các điểm nối của bộ thu và bộ phát khác nhau nên không thể thay đổi cực kết nối. Đặc tính này phân loại bóng bán dẫn là một thiết bị không đối xứng.

Một bóng bán dẫn lưỡng cực có hai đặc tính dòng điện-điện áp (đặc tính volt-ampe): đầu vào và đầu ra.

Đặc tính dòng điện-điện áp đầu vào là sự phụ thuộc của dòng cơ sở ( tôi B ) từ điện áp cực phát ( bạn là).



Hình 4 - Đặc tính dòng điện-điện áp đầu vào của bóng bán dẫn lưỡng cực

Đặc tính dòng điện-điện áp đầu ra là sự phụ thuộc của dòng thu ( tôi K ) từ điện áp cực thu-phát ( bạn KE).



Hình 5 - Đặc tính dòng điện-điện áp đầu ra của bóng bán dẫn

Hãy xem xét nguyên lý hoạt động của bóng bán dẫn lưỡng cực. loại npn, cho pnp tương tự, chỉ có điều người ta không xét đến các electron mà là các lỗ trống.Transistor có hai tiếp điểm p-n. Ở chế độ vận hành tích cực, một trong số chúng được kết nối với độ lệch thuận và cái còn lại được kết nối với độ lệch ngược. Khi tiếp giáp EB mở, các electron từ cực phát dễ dàng di chuyển về cực bazơ (xảy ra sự tái hợp). Tuy nhiên, như đã đề cập trước đó, lớp nền mỏng và độ dẫn điện thấp nên một số electron có thời gian để di chuyển đến điểm nối bazơ-collector. Điện trường giúp khắc phục (tăng cường) hàng rào chuyển tiếp lớp, vì ở đây các electron là hạt mang điện thiểu số. Khi dòng điện cơ sở tăng lên, điểm nối cơ sở phát sẽ mở ra ngày càng nhiều electron có thể chạy từ bộ phát đến bộ thu. Dòng thu tỷ lệ thuận với dòng cơ sở và với một sự thay đổi nhỏ ở dòng sau (điều khiển), dòng thu sẽ thay đổi đáng kể. Đây là cách tín hiệu được khuếch đại trong bóng bán dẫn lưỡng cực.



Hình 6 – Chế độ hoạt động tích cực của bóng bán dẫn

Nhìn vào hình ảnh bạn có thể giải thích nguyên lý hoạt động của tranzito đơn giản hơn một chút. Hãy tưởng tượng KE là một ống nước và B là một vòi mà bạn có thể điều khiển dòng nước. Nghĩa là, bạn áp dụng càng nhiều dòng điện vào đế thì bạn sẽ nhận được càng nhiều ở đầu ra.

Giá trị của dòng cực thu gần bằng dòng cực phát, không bao gồm tổn thất tái hợp trong cực gốc tạo thành dòng cực nền nên công thức đúng:

Tôi E = Tôi B + Tôi K.

Các thông số cơ bản của Transistor:

Mức tăng hiện tại là tỷ lệ giữa giá trị hiệu dụng của dòng thu và dòng cơ sở.

Điện trở đầu vào - theo định luật Ohm, nó sẽ bằng tỷ số điện áp cực gốc của bộ phát bạn eb để kiểm soát hiện tại Tôi B.

Tăng điện áp – thông số được xác định bằng tỷ số của điện áp đầu ra U EC để nhập U BE.

Đáp ứng tần số mô tả khả năng của một bóng bán dẫn hoạt động ở một mức nhất định tần số cắt tín hiệu đầu vào. Sau khi vượt quá tần số tối đa, các quá trình vật lý trong bóng bán dẫn sẽ không còn thời gian để diễn ra và khả năng khuếch đại của nó sẽ giảm xuống mức không còn gì.

Mạch chuyển mạch cho bóng bán dẫn lưỡng cực

Để kết nối bóng bán dẫn, chúng ta chỉ có ba cực (điện cực) của nó. Vì thế đối với anh ấy hoạt động binh thương Cần có hai nguồn cung cấp năng lượng. Một điện cực của bóng bán dẫn sẽ kết nối đồng thời với hai nguồn. Do đó, có 3 sơ đồ kết nối cho bóng bán dẫn lưỡng cực: OE - với bộ phát chung, OB - đế chung, OK - bộ thu chung. Mỗi loại đều có ưu điểm và nhược điểm; tùy thuộc vào ứng dụng và đặc điểm yêu cầu mà việc lựa chọn kết nối được thực hiện.

Mạch kết nối với bộ phát chung (CE) được đặc trưng bởi sự khuếch đại lớn nhất của dòng điện, điện áp và công suất tương ứng. Tại kết nối nàyđiện áp xoay chiều đầu ra được dịch chuyển 180 độ điện so với đầu vào. Nhược điểm chính là đáp ứng tần số thấp, nghĩa là giá trị tần số cắt thấp, không thể sử dụng nó với tín hiệu đầu vào tần số cao.

(OB) cung cấp tuyệt vời phản hồi thường xuyên. Nhưng nó không cung cấp mức tăng điện áp tín hiệu lớn như với OE. Và sự khuếch đại dòng điện hoàn toàn không xảy ra, do đó sơ đồ này thường được gọi là tín hiệu theo dòng vì nó có đặc tính ổn định dòng điện.

Mạch có bộ thu chung (CC) có mức tăng dòng gần như giống như với OE, nhưng mức tăng điện áp gần như bằng 1 (ít hơn một chút). Độ lệch điện áp không phải là điển hình cho sơ đồ kết nối này. Tôi cũng gọi nó là bộ theo dõi bộ phát, vì điện áp đầu ra ( bạn eb ) tương ứng với điện áp đầu vào.

Ứng dụng của Transistor:

Mạch khuếch đại;

Máy phát tín hiệu;

Chìa khóa điện tử.