Tranzistori bipolari: circuite de comutare. Schema de comutare a unui tranzistor bipolar cu un emițător comun

Un tip de trei electrozi dispozitive semiconductoare

clasificare

Tranzistorii sunt împărțiți în grupuri:

1. Pe baza materialelor: cele mai des utilizate sunt arsenidul de galiu și siliciul.
2. Prin frecvența semnalului: joasă (până la 3 MHz), medie (până la 30 MHz), mare (până la 300 MHz), ultra-mare (peste 300 MHz).
3. În funcție de disiparea maximă a puterii: până la 0,3 W, până la 3 W, mai mult de 3 wați.
4. În funcție de tipul dispozitivului: trei straturi conectate ale unui semiconductor cu variație alternativă a metodelor directe și inverse de conducere a impurităților.

Cum functioneaza tranzistorul?

Straturile exterioare și interioare ale tranzistorului sunt conectate la electrozi de alimentare, numiți emitorul, colectorul și baza.

Emițătorul și colectorul nu diferă în ceea ce privește tipurile de conductivitate, dar gradul de dopaj cu impurități în acesta din urmă este mult mai mic. Aceasta asigură o creștere a tensiunii de ieșire admisă.

Baza, care este stratul intermediar, are o mare rezistență, deoarece este fabricată dintr-un semiconductor cu dopaj slab. Are o zonă de contact mare cu colectorul, care îmbunătățește disiparea căldurii datorită părtinii inverse a tranziției și facilitează, de asemenea, trecerea transportatorilor minoritari - electroni. În ciuda faptului că straturile de tranziție se bazează pe un principiu, tranzistorul este un dispozitiv asimetric. Când se schimbă locurile straturilor exterioare cu aceeași conductivitate, este imposibil să se obțină parametri analogici ai dispozitivului semiconductor.

Scheme de includere tranzistori bipolari ei o pot sprijini în două state: pot fi deschise sau închise. În modul activ, când tranzistorul este deschis, schimbarea joncțiunii emițătorului se face în direcția înainte. Pentru a vedea acest lucru în mod clar, de exemplu, pe un triod semiconductor de tip n-p-n, acesta trebuie alimentat cu tensiune din surse, așa cum se arată în figura de mai jos.

Limita la cea de-a doua joncțiune a colectorului este închisă, iar prin ea curentul nu trebuie să curgă. Dar, în practică, contrariul apare din cauza localizării strânse a tranzițiilor între ele și a influenței lor reciproce. Deoarece un "minus" al bateriei este conectat la emițător, o tranziție deschisă permite intrarea electronilor în zona de bază, unde sunt parțial recombinate cu orificii - purtătorii principali. Curentul de bază I_b. Cu cât este mai puternică, cu atât este mai proporțională curentul de ieșire. Pe acest principiu, amplificatoarele funcționează pe tranzistoare bipolare.

Prin baza există o mișcare exclusiv difuză a electronilor, deoarece nu există nici o acțiune a câmpului electric. Datorită grosimii nesemnificative a stratului (microni) și dimensiunii mari gradientul de concentrație particulele încărcate negativ, aproape toate cad în regiunea colectorului, deși rezistența bazei este suficient de mare. Acolo ei sunt atrași de câmpul electric al tranziției, ceea ce contribuie la transferul lor activ. Curenții colectorului și emițătorului sunt practic egali unul cu celălalt dacă neglijăm pierderea nesemnificativă a sarcinilor cauzate de recombinarea în bază: I_e = I_b + eu_la.

Parametrii tranzistorilor

1. Factorii de amplificare a tensiunii U_ek/ U_BE și curent: beta- = I_la/ I_b (valori reale). De obicei, raportul beta- nu depășește 300, dar poate ajunge la 800 sau mai mult.
2. Rezistența la intrare.
3. Răspunsul de frecvență - funcționarea tranzistorului la o frecvență specificată, la care tranzitorii excesivi în el nu țin pasul cu schimbările semnalului furnizat.

Transistor bipolar: circuite de comutare, moduri de funcționare

Modurile de funcționare diferă în funcție de modul în care circuitul este asamblat. Semnalul trebuie alimentat și fotografiat la două puncte pentru fiecare caz, și sunt disponibile numai trei ieșiri. Prin urmare, rezultă că un electrod trebuie să aparțină simultan inputului și ieșirii. Aceasta include orice tranzistor bipolar. Scheme de includere: OB, OE și OK.

1. Schema cu OK

Diagrama conexiunii tranzistor bipolar cu un colector comun: semnalul trece la rezistența R_L, care intră și în circuitul colectorului. Această conexiune se numește un circuit colector comun.

Această opțiune creează câștigul curent. Avantajul urmăritorului emițător este de a crea o rezistență de intrare mare (10-500 kOhm), ceea ce face convenabil să coordoneze cascadele.

2. Schema cu OB

Schema de comutare a unui tranzistor bipolar cu o bază comună: semnalul de intrare este alimentat prin C₁, iar după amplificare este îndepărtată în circuitul colectorului de ieșire, unde electrodul de bază este comun. În acest caz, un câștig de tensiune este creat analog cu lucrul cu MA.

Dezavantajul este rezistența mică la intrare (30-100 ohmi), iar circuitul cu OB este folosit ca un oscilator.

3. Schema cu OE

În multe cazuri, atunci când se folosesc tranzistoare bipolare, circuitele de comutare sunt, de preferință, realizate cu un emițător comun. Tensiunea de alimentare este furnizată printr-o rezistență de tracțiune R_L, iar polul negativ al alimentării externe este conectat la emițător.

Un semnal alternativ de la intrare trece la electrozii emițătorului și la baza (V_în), iar în lanțul colector devine deja mai mare în magnitudine (V_CE). Elementele principale ale circuitului: tranzistor, rezistor R_L și un circuit de ieșire a amplificatorului cu putere externă. Auxiliar: condensator C₁, împiedicând trecerea unui curent direct în circuitul semnalului de intrare furnizat și rezistența R₁, prin care se deschide tranzistorul.

În circuitul colector, tensiunea la ieșirea tranzistorului și rezistența R_L împreună sunt egale cu valoarea emf: V_CC = I_CR_L + V_CE.

Astfel, un mic semnal V_în la intrare, este dată legea schimbării tensiunii de alimentare DC la variabila la ieșirea convertorului tranzistor controlat. Circuitul oferă o creștere a curentului de intrare de 20-100 ori, iar tensiunea - în 10-200 ori. În consecință, puterea este, de asemenea, crescută.

Dezavantajul circuitului: o mică rezistență la intrare (500-1000 ohmi). Din acest motiv, apar probleme în formarea cascadelor de amplificare. Rezistența la ieșire este de 2-20 kΩ.

Diagramele de mai sus demonstrează modul în care funcționează un tranzistor bipolar. Dacă nu luați măsuri suplimentare, performanța lor va fi puternic influențată de influențele externe, cum ar fi supraîncălzirea și frecvența semnalului. De asemenea, solul emitorului creează o distorsiune neliniară la ieșire. Pentru a îmbunătăți fiabilitatea lucrării, circuitele de feedback, filtrele etc. sunt conectate în circuit. În același timp, factorul de câștig scade, dar aparatul devine mai eficient.

Moduri de operare

Funcția tranzistorului este afectată de valoarea tensiunii conectate. Toate modurile de funcționare pot fi afișate dacă se utilizează circuitul introdus anterior pentru comutarea unui tranzistor bipolar cu un emițător comun.

1. Modul de decuplare

Acest mod este creat atunci când valoarea de tensiune V_BE este redusă la 0,7 V. În acest caz, joncțiunea emițătorului se închide și curentul colectorului este absent, deoarece nu există electroni liberi în bază. Astfel, tranzistorul este blocat.

2. Mod activ

Dacă se aplică suficientă tensiune la bază pentru a deschide tranzistorul, există un mic curent de intrare și o ieșire crescută, în funcție de valoarea câștigului. Apoi tranzistorul va funcționa ca amplificator.

3. Modul de saturare

Modul diferă de cel activ prin aceea că tranzistorul este deschis complet, iar curentul colectorului atinge valoarea maximă posibilă. Creșterea sa poate fi obținută numai prin schimbarea EMF-ului aplicat sau a încărcării în circuitul de ieșire. Când curentul de bază se modifică, curentul colectorului nu se modifică. Modul de saturație se caracterizează prin faptul că tranzistorul este extrem de deschis și aici servește ca un comutator în starea de pornire. Schemele de comutare a tranzistorilor bipolari la combinarea modurilor de întrerupere și de saturație permit crearea cheilor electronice cu ajutorul acestora.

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

Acestea pot fi demonstrate vizual dacă se asamblează un circuit pentru conectarea unui tranzistor bipolar cu un OE.

Dacă complotăm pe axele ordonatelor și segmentelor de abscisă corespunzătoare curentului maxim posibil al colectorului și mărimea tensiunii de alimentare V_CC, și apoi conectați capetele lor unul către altul, obțineți o linie de încărcare (roșu). Este descrisă prin expresia: I_C = (V_CC - V_CE) / R_C. Din figură rezultă că punctul de operare, care determină curentul colectorului I_C și tensiunea V_CE, se va deplasa de-a lungul liniei de încărcare de jos în sus cu creșterea curentului de bază I_În.

Zonă între axa V_CE și prima caracteristică a ieșirii (umbrite), unde I_În = 0, caracterizează modul de decuplare. În acest caz, curentul invers I_C este neglijabilă, iar tranzistorul este închis.

Cea mai mare caracteristică din punctul A intersectează cu sarcina directă, după care, cu o creștere suplimentară în I_În curentul de colector nu se mai schimbă. Zona de saturație din grafic este zona umbrită între axa I_C și cea mai tare caracteristică.

Cum se comporta tranzistorul în moduri diferite?

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

Transistor bipolar: circuite de comutare, amplificator

În cea mai mare parte, tranzistorul servește ca amplificator. Un semnal de intrare variabilă își modifică curentul de ieșire. Aici puteți aplica scheme cu OK sau cu OE. În circuitul de ieșire este necesar un semnal pentru semnal. De obicei, în circuitul colectorului de ieșire este instalat un rezistor. Dacă selectați corect, tensiunea de ieșire va fi mult mai mare decât tensiunea de intrare.

Lucrarea amplificatorului este vizibilă pe diagramele de timp.

Când semnalele pulsului sunt convertite, modul rămâne același ca și pentru semnalele sinusoidale. Calitatea transformării componentelor lor armonice este determinată de caracteristicile de frecvență ale tranzistorilor.

Funcționarea în modul de comutare

Chei de trecere sunt proiectate pentru comutarea fără contact a conexiunilor în circuitele electrice. Principiul este o schimbare pas în rezistența tranzistorului. Tipul bipolar este potrivit pentru cerințele dispozitivului cheie.

concluzie

Elementele semiconductoare sunt utilizate în circuitele de conversie a semnalelor electrice. Capacitățile universale și clasificarea mare permit utilizarea pe scară largă a tranzistoarelor bipolare. Circuitele de comutare determină funcțiile și modurile lor de funcționare. De asemenea depinde foarte mult de caracteristici.

Principalele circuite ale comutării tranzistorilor bipolare amplifică, generează și convertesc semnalele de intrare și, de asemenea, comută circuitele electrice.