Bipolar transistörler. Aptallar için. Ortak emitör giriş ve çıkış özellikleri

O halde web sitemizdeki bipolar transistörlerle ilgili anlatımın üçüncü ve son kısmı =) Bugün bu harika cihazları amplifikatör olarak kullanmaktan bahsedeceğiz, olası olanları düşünün. bipolar transistör anahtarlama devreleri ve ana avantajları ve dezavantajları. Başlayalım!

Bu devre, yüksek frekanslı sinyalleri kullanmakta çok iyidir. Prensip olarak, bunun için transistörün böyle bir dahil edilmesi ilk etapta kullanılır. Çok büyük dezavantajlar, düşük giriş empedansı ve elbette akım amplifikasyonunun olmamasıdır. Kendiniz görün, girişte emitör akımımız var, çıkışta.

Yani emitör akımı, baz akımın küçük bir miktarı kadar kollektör akımından daha büyüktür. Bu, akım amplifikasyonunun basitçe yok olmadığı, ayrıca çıkış akımının giriş akımından biraz daha az olduğu anlamına gelir. Öte yandan, bu devre oldukça büyük bir voltaj transfer katsayısına sahip olsa da) Bunlar avantaj ve dezavantajlar, devam ediyoruz….

Ortak bir toplayıcı ile bir bipolar transistörü açma şeması

Ortak bir kollektör ile bir bipolar transistörü açma devresi böyle görünür. Herhangi bir şeye benziyor mu?) Devreye biraz farklı bir açıdan bakarsanız, o zaman burada eski dostumuz bir emitör takipçisini tanırız. Onunla ilgili neredeyse bütün bir makale vardı (), bu yüzden bu şema ile ilgili her şeyi orada düşündük. Bu arada en yaygın kullanılan devre - ortak bir emitör ile bizleri bekliyor.

Ortak bir yayıcı ile bir bipolar transistörü açma şeması.

Bu devre, yükseltici özellikleri nedeniyle popülerlik kazanmıştır. Tüm devreler arasında sırasıyla en büyük akım ve voltaj kazancını verir, sinyal gücündeki artış da büyüktür. Bu devrenin dezavantajı, kazanç özelliklerinin sıcaklık ve sinyal frekansındaki artıştan oldukça etkilenmesidir.

Tüm devreleri tanıdık, şimdi bipolar transistördeki (ortak bir emitörlü) son (ancak en az önemli olmayan) amplifikatör devresine daha yakından bakalım. İlk olarak, biraz farklı bir şekilde tasvir edelim:

Burada bir dezavantaj var - topraklanmış bir emitör. Transistör bu şekilde açıldığında, çıkışta elbette mücadele edilmesi gereken doğrusal olmayan bozulmalar bulunur. Doğrusal olmama, giriş voltajının emitör-taban bağlantı voltajı üzerindeki etkisinden kaynaklanır. Gerçekten de, emitör devresinde "gereksiz" bir şey yoktur, tüm giriş voltajı tam olarak baz-yayıcı bağlantısına uygulanır. Bu fenomenle başa çıkmak için emitör devresine bir direnç ekleyelim. Böylece, elde ederiz olumsuz geribildirim.

Nedir?

Kısacası, negatif geri prensibi NS bağlantılarçıkış voltajının bir kısmının girişe aktarılması ve giriş sinyalinden çıkarılması gerçeğinden oluşur. Doğal olarak, bu kazançta bir azalmaya yol açar, çünkü geri beslemenin yokluğundan ziyade geri beslemenin etkisinden dolayı transistörün girişine daha düşük bir voltaj değeri sağlanacaktır.

Yine de, olumsuz geribildirim bizim için çok faydalıdır. Giriş voltajının tabandan emitere voltaj üzerindeki etkisini azaltmaya nasıl yardımcı olacağını görelim.

Bu nedenle, geri besleme olmadığını varsayalım, giriş sinyalini 0,5V artırmak aynı artışla sonuçlanır. Burada her şey açık 😉 Ve şimdi geri bildirim ekliyoruz! Aynı şekilde girişteki voltajı 0,5 V artırıyoruz. Bunu takiben artar, bu da emitör akımında bir artışa neden olur. Ve bir artış, geri besleme direnci boyunca voltajda bir artışa yol açar. Görünüşe göre, önemli olan ne? Ancak bu voltaj giriş voltajından çıkarılır! Bakın ne oldu:

Girişteki voltaj arttı - emitör akımı arttı - negatif geri besleme direnci üzerindeki voltaj arttı - giriş voltajı azaldı (çıkarma nedeniyle) - voltaj azaldı.

Yani negatif geri besleme, giriş sinyali değiştiğinde baz emitör voltajının değişmesini engeller.

Sonuç olarak, ortak emitör amplifikatör devremiz, emitör devresinde bir dirençle dolduruldu:

Amplifikatörümüzle ilgili başka bir sorun var. Girişte negatif bir voltaj değeri belirirse, transistör hemen kapanacaktır (baz voltajı emiter voltajından daha az olacak ve baz emiter diyotu kapanacaktır) ve çıkışta hiçbir şey olmayacaktır. Bu bir şekilde çok iyi değil) Bu nedenle, oluşturmak gerekiyor ön yargı... Bu, aşağıdaki gibi bir bölücü kullanılarak yapılabilir:

Böyle bir güzelliğimiz var 😉 Dirençler eşit ise her birinin üzerindeki voltaj 6V (12V/2) olacaktır. Böylece girişte sinyal yokluğunda baz potansiyeli +6V olacaktır. Girişe negatif bir değer, örneğin -4V gelirse, temel potansiyel + 2V olacaktır, yani değer pozitiftir ve transistörün normal çalışmasına müdahale etmez. Temel zincirde bir ofset oluşturmak bu kadar yararlıdır)

Planımızı başka nasıl geliştirebiliriz ...

Hangi sinyali yükselteceğimizi bize bildirin, yani parametrelerini, özellikle frekansı biliyoruz. Girişte yararlı güçlendirilmiş sinyal dışında hiçbir şey olmaması harika olurdu. Bu nasıl sağlanabilir? Tabii ki, yüksek geçiren bir filtre kullanarak) Bir öngerilim direnciyle birlikte yüksek geçiren bir filtre oluşturan bir kapasitör ekleyin:

Transistörün kendisi dışında neredeyse hiçbir şeyin olmadığı devre bu şekilde ek elemanlarla büyümüştür 😉 Belki de bunda duracağız, yakında bir bipolar üzerinde bir amplifikatörün pratik hesaplanmasına ayrılmış bir makale olacak transistör. İçinde sadece beste yapmayacağız amplifikatör devre şeması, ancak tüm elemanların derecelendirmelerini de hesaplayacağız ve aynı zamanda amaçlarımıza uygun bir transistör seçeceğiz. Yakında görüşürüz! =)

Ortak emitör yükseltici, tüm yükseltici cihazların temel devresiydi.

Son yazımızda en basit transistör kutuplama devresinden bahsetmiştik. Bu şema (aşağıdaki şekil) bağlıdır ve sırayla, iyi olmayan sıcaklığa bağlıdır. Sonuç olarak, devrenin çıkışında güçlendirilmiş sinyalin bozulması görünebilir.

Bunun olmasını önlemek için, bu devreye birkaç tane daha eklenir ve sonuç 4 dirençli bir devredir:

Baz ile emitör arasındaki dirence denir. R olmak, ve emitere bağlı olan direnç denir r NS... Şimdi, elbette asıl soru şudur: "Onlara şemada neden ihtiyaç duyuluyor?"

İle başlayalım r NS.

Hatırladığınız gibi, önceki diyagramda değildi. Yani zincir boyunca olduğunu varsayalım + Upit —-> R'den ——> toplayıcı—> emitör—> R e —-> toprak birkaç miliamperlik bir kuvvetle bir elektrik akımı çalışır (küçük temel akımı hesaba katmazsanız, çünkü ben e = ben + ben b) Kabaca konuşursak, aşağıdaki zinciri elde ederiz:

Sonuç olarak, her dirençte bir miktar voltaj düşecektir. Değeri, devredeki akımın yanı sıra direncin kendisinin değerine bağlı olacaktır.

Şemayı biraz basitleştirelim:

R ke Kollektör-yayıcı bağlantısının direncidir. Bildiğiniz gibi, esas olarak taban akımına bağlıdır.

Sonuç olarak, basit bir voltaj bölücü elde ederiz, burada

Yayıcıda zaten olduğunu görüyoruz OLMAYACAKönceki devrede olduğu gibi voltajı sıfır Volt'a çıkarın. Vericideki voltaj, direnç boyunca voltaj düşüşüne zaten eşit olacaktır. Tekrar.

Ve üzerindeki voltaj düşüşü nedir? Tekrar? Ohm yasasını hatırlayın ve hesaplayın:

Formülden de anlaşılacağı gibi, emitördeki voltaj, direncin direncinin değeri ile devredeki akımın ürününe eşit olacaktır. Tekrar... Bu tür bir sıralama ile. Tüm bu hile için, biraz aşağıda analiz edeceğiz.

Dirençlerin işlevi nedir R b ve R olmak?

Yine basit bir voltaj bölücü olan bu iki dirençtir. Sadece değişirse değişecek olan tabana belirli bir voltaj ayarlarlar. + Upit, ki bu son derece nadirdir. Diğer durumlarda, tabandaki voltaj ölü kalacaktır.

Geri dön Tekrar.

Bu şemada en önemli rolü oynadığı ortaya çıktı.

Transistörün ısınması nedeniyle bu devredeki akımın artmaya başladığını varsayalım.

Şimdi bundan sonra olanları aşamalı olarak analiz edeceğiz.

a) Bu devredeki akım artarsa, direnç üzerindeki voltaj düşüşü de artar. Tekrar.

b) direnç boyunca voltaj düşüşü Tekrar- bu emitördeki voltajdır u uh... Bu nedenle devredeki akımın artması nedeniyle u uh biraz daha oldu.

c) bazda sabit bir voltajımız var u b bir direnç bölücü tarafından oluşturulan R b ve R olmak

d) baz emitör arasındaki voltaj formülle hesaplanır U be = U b - U e... Buradan, seni seviyorum olarak küçülecek u uh artan akım gücü nedeniyle arttı, bu da transistörün ısınması nedeniyle arttı.

e) Zamanlar seni seviyorum azaldı, dolayısıyla mevcut güç ben baz yayıcıdan geçen de azaldı.

f) Aşağıdaki formülden türetiniz ben

ben k = β x ben b

Dolayısıyla baz akımının azalmasıyla kollektör akımı da azalır ;-) Devrenin çalışma modu eski haline döner. Sonuç olarak, bir direnç tarafından oynanan negatif geri beslemeli bir devre elde ettik. r NS... İleriye bakınca şunu söyleyeceğim Ö trisepsi Ö kardeşçe İLE BİRLİKTE Ligatür (OOS) devreyi stabilize ederken, pozitif ise tam tersine tam bir kaosa yol açar, ancak bazen elektronikte de kullanılır.

Amplifikatör aşamasının hesaplanması

1) Her şeyden önce, veri sayfasından transistörün çevreye yayabileceği izin verilen maksimum güç tüketimini buluyoruz. Transistörüm için bu değer 150 miliWatt. Transistörümüzdeki tüm suyu sıkmayacağız, bu nedenle güç tüketimimizi 0,8 kat çarparak azaltacağız:

P yarışları = 150x0.8 = 120 miliwatt.

2) Aradaki voltajı belirleyin U ke... Voltajın yarısına eşit olmalıdır Upit.

U ke = Yukarı / 2 = 12/2 = 6 Volt.

3) Kollektör akımını belirleyin:

I to = P yarışları / U ke = 120 × 10 -3 / 6 = 20 miliamper.

4) Toplayıcı-vericide voltajın yarısı düştüğü için U ke, sonra başka bir yarı dirençlere düşmelidir. Bizim durumumuzda, dirençlere 6 Volt düşüyor. R için ve Tekrar... Yani, şunu elde ederiz:

R ila + R e = (Yukarı / 2) / I ila = 6 / 20x10 -3 = 300 Ohm.

R ila + R e = 300, a Rk = 10R e,Çünkü KU = R ila / R e, ve aldık KU = 10 ,

sonra küçük bir denklem kurarız:

10R e + R e = 300

11R e = 300

R e = 300/11 = 27 Ohm

Rk = 27x10 = 270 Ohm

5) Baz akımı belirleyin ben baz formülden:

Beta katsayısını önceki örnekte ölçmüştük. 140 civarı aldık.

Anlamına geliyor,

I b = I ila / β = 20x10 -3 / 140 = 0.14 miliamper

6) Gerilim bölücü akımı ben vakalar dirençler tarafından oluşturulmuş R b ve R olmak genellikle temel akımın 10 katı olacak şekilde seçilir ben:

I div = 10I b = 10x0.14 = 1.4 miliamper.

7) Vericideki voltajı aşağıdaki formüle göre bulun:

U e = I ila R e = 20x10 -3 x 27 = 0,54 Volt

8) Tabandaki voltajı belirleyin:

U b = U bae + U NS

Baz vericideki ortalama voltaj düşüşünü alalım U olmak = 0.66 Volt... Hatırladığınız gibi, bu P-N bağlantısındaki voltaj düşüşüdür.

Buradan, U b = 0,66 + 0,54 = 1,2 Volt... Şimdi üssümüzde olacak olan tam da bu gerilimdir.

9) Şimdi, tabandaki voltajı bilerek (1,2 Volt'a eşittir), dirençlerin değerini hesaplayabiliriz.

Hesaplamaların rahatlığı için, kademeli diyagramın bir parçasını ekliyorum:

Yani buradan dirençlerin değerlerini bulmamız gerekiyor. Ohm kanunu formülünden her bir direncin değerini hesaplıyoruz.

Kolaylık sağlamak için, üzerinde bir voltaj düşüşü yapalım R b aranan 1 ve voltaj düşüşü R olmak niyet U2.

Ohm yasasını kullanarak her bir direncin direnç değerini buluruz.

R b = U 1 / I bölü = 10.8 / 1.4x10 -3 = 7.7 Kiloohm... En yakın sıradan 8.2 Kiloohm alıyoruz

R be = U 2 / I div = 1.2 / 1.4x10 -3 = 860 Ohm... 820 ohm serisinden alıyoruz.

Sonuç olarak, diyagramda aşağıdaki değerlere sahip olacağız:

Donanımdaki devrenin çalışmasını kontrol etme

Tek başına teori ve hesaplamalarla dolu olmayacaksınız, bu yüzden devreyi gerçek hayatta bir araya getiriyor ve eylemde test ediyoruz. Aşağıdaki şemayı aldım:

Bu yüzden benimkini alıyorum ve problarla devrenin giriş ve çıkışına yapışıyorum. Kırmızı dalga biçimi giriş sinyalidir, sarı dalga biçimi güçlendirilmiş çıkıştır.

Her şeyden önce, Çin frekans üretecimi kullanarak sinüzoidal bir sinyal uyguluyorum:

Gördüğünüz gibi, kazancımız 10 olduğu için sinyal beklendiği gibi neredeyse 10 kat büyütüldü. Daha önce de söylediğim gibi, OE şemasına göre güçlendirilmiş sinyal antifazda, yani 180 derece kaydırıldı.

Başka bir üçgen sinyal verelim:

İyi görünüyor. Yakından bakarsanız, hafif bozulmalar var. Transistörün giriş özelliklerinin doğrusal olmaması kendini hissettirir.

İki dirençli bir devrenin osilogramını hatırlarsanız

o zaman üçgen sinyalin amplifikasyonunda önemli bir fark görebilirsiniz.

Çözüm

Bipolar transistörlerin popülaritesinin zirvesi sırasında OE'li devre en popüler olarak kullanıldı. Ve bunun bir açıklaması var:

Başta, bu devre hem akımda hem de voltajda ve dolayısıyla güçte yükseltir, çünkü P = kullanıcı arayüzü.

ikinci olarak, giriş empedansı çıkış empedansından çok daha yüksektir, bu da onu mükemmel bir düşük güç yükü ve aşağı akım yükler için mükemmel bir sinyal kaynağı yapar.

Peki, şimdi birkaç eksileri:

1) Devre bekleme modundayken küçük bir akım çekiyor. Bu, pilleri uzun süre çalıştırmanın bir anlamı olmadığı anlamına gelir.

2) Mikroelektronik çağımızda zaten ahlaki olarak modası geçmiş. Bir amplifikatör monte etmek için hazır bir mikro devre satın almak ve temelinde yapmak daha kolaydır.

Transistörler bipolar ve alan etkili transistörler olarak ikiye ayrılır. Bu tiplerin her birinin kendi çalışma ve tasarım prensibi vardır, ancak ortak olarak yarı iletken p-n yapılarının varlığına sahiptirler.

Transistörlerin geleneksel grafik sembolleri (UGO) tabloda gösterilmiştir:

Cihaz tipi				Koşullu grafik atama (HUGO)
bipolar	Bipolar pnp tipi
	Bipolar n-p-n tipi
Alan	yönetici ile Pn kavşağı	p-tipi kanal ile
		n-kanallı
	izole ile deklanşör MOS transistörleri	Yerleşik kanal	Dahili kanal p tipi
			Dahili kanal n-tipi
		indüklenmiş kanal	uyarılmış kanal p tipi
			uyarılmış kanal n-tipi

Bipolar transistörler

"Bipolar" tanımı, bir transistörün çalışmasının, iki tür yük taşıyıcısının - elektronlar ve delikler - dahil olduğu işlemlerle ilişkili olduğunu gösterir.

Bir transistör, elektrik sinyallerini yükseltmek ve üretmek için tasarlanmış iki elektron deliği bağlantısına sahip yarı iletken bir cihazdır. Bir transistörde, her iki tip taşıyıcı da kullanılır - ana ve ana olmayanlar, bu nedenle bipolar olarak adlandırılır.

Bipolar transistör, farklı iletkenlik tiplerine sahip monokristal yarı iletkenin üç bölgesinden oluşur: verici, taban ve toplayıcı.

• E - yayıcı,
• B - baz,
• K - toplayıcı,
• EP - emitör bağlantısı,
• KP - kollektör bağlantısı,
• W - taban kalınlığı.

Transistörün geçişlerinin her biri ileri veya geri yönde açılabilir. Buna bağlı olarak, transistörün üç çalışma modu ayırt edilir:

1. Kesme modu - her iki p-n bağlantısı kapalıyken, nispeten küçük bir akım genellikle transistörden geçer
2. Doygunluk modu - her iki pn bağlantısı da açık
3. Aktif mod - p-n bağlantılarından biri açık, diğeri kapalı

Kesme modunda ve doyma modunda transistör kontrol edilemez. Transistörün etkin kontrolü yalnızca aktif modda gerçekleştirilir. Bu mod ana moddur. Verici bağlantı noktasındaki voltaj doğrudan ve kollektör bağlantısında ise - tam tersi, o zaman transistörün açılması ters polarite ile normal olarak kabul edilir - ters.

Normal modda, toplayıcı p-n bağlantısı kapalı, emitör bağlantısı açıktır. Kolektör akımı, taban akımı ile orantılıdır.

N-p-n tipi bir transistörde yük taşıyıcıların hareketi şekilde gösterilmiştir:

Verici güç kaynağının negatif terminaline bağlandığında, bir emitör akımı Ie ortaya çıkar. Yayıcı bağlantı noktasına ileri yönde harici bir voltaj uygulandığı için elektronlar bağlantı noktasını aşarak taban bölgesine girer. Baz bir p-yarı iletkenden yapılmıştır, bu nedenle elektronlar bunun için azınlık yük taşıyıcılarıdır.

Baz bölgesinde yakalanan elektronlar, kısmen taban delikleriyle yeniden birleşir. Bununla birlikte, baz genellikle yüksek dirençli (düşük kirlilik içeriği) bir p-iletkeninden çok ince yapılır, bu nedenle bazdaki deliklerin konsantrasyonu düşüktür ve baza giren sadece birkaç elektron delikleriyle yeniden birleşerek tabanı oluşturur. mevcut Ib. Elektronların çoğu, termal hareket (difüzyon) nedeniyle ve kollektör alanının etkisi (sürüklenme) altında toplayıcıya ulaşır ve kollektör akımı Ic'nin bir bileşenini oluşturur.

Verici ve kollektör akımlarının artışları arasındaki ilişki, akım transfer katsayısı ile karakterize edilir.

Bipolar transistörde meydana gelen süreçlerin niteliksel bir değerlendirmesinden aşağıdaki gibi, akım transfer katsayısı her zaman birden küçüktür. Modern bipolar transistörler için α = 0.9 ÷ 0.95

Ie ≠ 0'da transistörün kollektör akımı:

Ele alınan anahtarlama devresinde, taban elektrotu emiter ve kollektör devreleri için ortaktır. Bipolar transistörü açmak için böyle bir devreye ortak temel devre, emitör devresine giriş devresi ve kollektör devresine çıkış devresi denir. Bununla birlikte, bir bipolar transistörü açmak için böyle bir devre çok nadiren kullanılır.

Bipolar transistörü açmak için üç devre

Ortak bir tabana, ortak bir emitöre ve ortak bir kollektöre sahip bir anahtarlama devresi arasında bir ayrım yapılır. p-n-p transistör devreleri Şekil a, b, c'de gösterilmiştir:

Ortak tabanlı bir devrede (Şekil A), ana elektrot giriş ve çıkış devreleri için ortaktır, ortak yayıcılı bir devrede (Şekil B), yayıcı ortaktır, ortak kollektörlü bir devrede (Şekil C), kollektör yaygındır.

Şekil şunları göstermektedir: E1 - giriş devresinin güç kaynağı, E2 - çıkış devresinin güç kaynağı, Uin - yükseltilmiş sinyalin kaynağı.

Giriş ve çıkış devreleri için ortak elektrotun emitör olduğu (ortak bir emitörlü iki kutuplu bir transistörün anahtarlama devresi) ana devre olarak bir anahtarlama devresi benimsenmiştir. Böyle bir devre için, giriş devresi taban-verici bağlantısından geçer ve içinde bir taban akımı ortaya çıkar:

Giriş devresindeki düşük baz akımı, ortak emitör devresinin yaygın olarak kullanılmasına yol açmıştır.

Ortak bir emitör (OE) devresinde bipolar transistör

OE şemasına göre bağlanan bir transistörde, transistörün Ib = f1 (Ube) giriş devresindeki akım ve voltaj arasındaki ilişki, transistörün giriş veya temel akım-gerilim karakteristiği (VAC) olarak adlandırılır. Temel akımın sabit değerlerinde kollektör akımının kollektör ile emitör arasındaki gerilime bağımlılığı Ik = f2 (Uke), Ib - const, transistörün çıkış (kolektör) özellikleri ailesi olarak adlandırılır.

Orta güçlü bir bipolar n-p-n transistörünün giriş ve çıkış I - V özellikleri şekilde gösterilmiştir:

Şekilden görülebileceği gibi, giriş karakteristiği pratik olarak Uke voltajından bağımsızdır. Çıkış karakteristikleri birbirinden yaklaşık olarak eşit uzaklıktadır ve geniş bir voltaj varyasyonu Uke aralığında neredeyse basittir.

Bağımlılık Ib = f (Ube), ileri yönlü p-n bağlantısının akımının üstel bir bağımlılık özelliğidir. Baz akım rekombinasyon olduğundan, Ib değeri enjekte edilen emitör akımından Ie kat daha azdır. Uc kollektör voltajındaki bir artışla, giriş karakteristiği yüksek voltajlı Ub bölgesine kayar. Bunun nedeni, taban genişliğinin modülasyonundan dolayı (Earley etkisi), bipolar transistörün tabanındaki rekombinasyon akımının fraksiyonunun azalmasıdır. Gerilim Ube 0,6 ... 0,8 V'u geçmez. Bu değerin aşılması, açık emitör bağlantısından geçen akımda keskin bir artışa yol açacaktır.

Ik = f (Uke) bağımlılığı, kollektör akımının baz akımıyla doğru orantılı olduğunu gösterir: Ik = B Ib

Bipolar transistör parametreleri

Dört kutuplu bir küçük sinyal çalışma modunda bir transistörün temsili

Küçük sinyal çalışma modunda, transistör dört kutuplu olarak gösterilebilir. u1, u2 gerilimleri ve i1, i2 akımları sinüzoidal olarak değiştiğinde, Z, Y, h parametreleri kullanılarak gerilimler ve akımlar arasındaki ilişki kurulur.

Potansiyel 1 ", 2", 3 aynıdır. Transistörü h-parametrelerini kullanarak tanımlamak uygundur.

Ortak bir emitör devresine göre bağlanan bir transistörün elektrik durumu, dört değer ile karakterize edilir: Ib, Ube, Ic ve Uke. Bu niceliklerden ikisi bağımsız kabul edilebilirken, diğer ikisi bunlarla ifade edilebilir. Pratik nedenlerden dolayı, Ib ve Uke miktarlarını bağımsız olarak seçmek uygundur. Sonra Ube = f1 (Ib, Uke) ve Ik = f2 (Ib, Uke).

Yükseltici cihazlarda giriş sinyalleri, giriş voltajlarının ve akımlarının artışlarıdır. Karakteristiklerin lineer kısmı içinde, eşitlikler Ube ve Ik artışları için geçerlidir:

Parametrelerin fiziksel anlamı:

OE'li bir devre için katsayılar E indeksi ile yazılır: h11e, h12e, h21e, h22e.

Pasaport verilerinde h21e = β, h21b = α'yı belirtin. Bu parametreler transistörün kalitesini karakterize eder. h21 değerini artırmak için, ya taban genişliğini W azaltmak ya da oldukça zor olan difüzyon uzunluğunu artırmak gerekir.

Kompozit transistörler

h21 değerini artırmak için, Darlington devresine göre bipolar transistörler bağlanır:

Karakteristikleri tek olan bir kompozit transistörde, taban VT1, emitör VT2'ye bağlanır ve ΔIe2 = ΔIb1. Her iki transistörün kollektörleri birbirine bağlıdır ve bu pin kompozit transistörün pinidir. Baz VT2, kompozit transistör ΔIb = ΔIb2'nin tabanının rolünü oynar ve emitör VT1, kompozit transistörün ΔIe = ΔI1 emitörünün rolünü oynar.

Darlington devresi için akım kazancı β için bir ifade elde ederiz. Temel akım dIb'deki değişim ile kompozit transistörün kollektör akımı dIc'deki sonuçtaki değişiklik arasındaki ilişkiyi aşağıdaki gibi ifade edelim:

Bipolar transistörler için mevcut kazanç genellikle birkaç on (β1, β2 >> 1) olduğundan, kompozit transistörün toplam kazancı, βΣ = β1 β2 transistörlerin her birinin kazançlarının çarpımı ile belirlenir ve oldukça büyük olabilir. büyüklükte.

Bu tür transistörlerin çalışma modunun özelliklerini not edelim. Verici akımı VT2 Ie2, temel akım VT1 dIb1 olduğundan, bu nedenle, transistör VT2 mikro güç modunda çalışmalı ve transistör VT1 - büyük enjeksiyon modunda, yayıcı akımları 1-2 büyüklük sırası ile farklılık gösterir. Bipolar transistörler VT1 ve VT2'nin bu kadar uygun olmayan performans özellikleri seçimi ile, her birinde yüksek akım kazancı değerleri elde etmek mümkün değildir. Bununla birlikte, β1, β2 ≈ 30 kazanımlarının değerleri ile bile, toplam kazanç βΣ, βΣ ≈ 1000 olacaktır.

Kompozit transistörlerde kazancın yüksek değerleri sadece istatistiksel modda gerçekleştirilir, bu nedenle, işlemsel yükselteçlerin giriş aşamalarında kompozit transistörler yaygın olarak kullanılır. Yüksek frekanslardaki devrelerde, kompozit transistörlerin artık böyle avantajları yoktur, aksine, hem akım amplifikasyonunun kesme frekansı hem de kompozit transistörlerin hızı, her bir transistör VT1, VT2 için ayrı ayrı aynı parametrelerden daha azdır.

Bipolar transistörlerin frekans özellikleri

Yayıcıdan toplayıcı bağlantı noktasına tabana enjekte edilen azınlık yük taşıyıcılarının yayılması difüzyon ile ilerler. Bu işlem oldukça yavaştır ve emitörden enjekte edilen taşıyıcılar, taşıyıcıların tabandan difüzyonu sırasında toplayıcıya ulaşacaktır. Böyle bir gecikme, mevcut Ie ile mevcut Ic arasında bir faz kaymasına yol açacaktır. Düşük frekanslarda, Ie, Ic ve Ib akımlarının fazları çakışır.

Statik değer β0 ile karşılaştırıldığında kazanç modülünün bir faktör azaltıldığı giriş sinyalinin frekansına, ortak bir emitörlü bir devrede bir bipolar transistörün akım amplifikasyonunun sınırlayıcı frekansı denir.

Fβ - kesim frekansı (kesim frekansı)
fgr - kesme frekansı (birlik kazanç frekansı)

Alan Etkili Transistörler

Alan etkili veya tek kutuplu transistörler, alan etkisini temel fiziksel ilke olarak kullanır. Hem temel hem de küçük taşıyıcıların her iki tipinin de transistör etkisinden sorumlu olduğu bipolar transistörlerin aksine, alan etkili transistörlerde, transistör etkisini uygulamak için yalnızca bir tür taşıyıcı kullanılır. Bu nedenle alan etkili transistörlere tek kutuplu denir. Alan etkisinin gerçekleştirilme koşullarına bağlı olarak, alan etkili transistörler iki sınıfa ayrılır: yalıtımlı kapılı alan etkili transistörler ve kontrol pn bağlantılı alan etkili transistörler.

Kontrol p-n bağlantılı alan etkili transistörler

Şematik olarak, kontrol p-n bağlantılı bir alan etkili transistör, uçlarına elektrotların, bir kaynağın ve bir tahliyenin bağlı olduğu bir plaka şeklinde temsil edilebilir. İncirde. n-tipi kanallı bir alan etkili transistörün yapısını ve bağlantı şemasını gösterir:

Bir n-kanal transistöründe, kanaldaki ana yük taşıyıcıları, kanal boyunca düşük potansiyelli bir kaynaktan daha yüksek potansiyelli bir drenaja hareket eden ve bir drenaj akımı Ic oluşturan elektronlardır. Kapı ile kaynak arasına, kanalın n-bölgesi ve kapının p-bölgesi tarafından oluşturulan p-n eklemini bloke eden bir voltaj uygulanır.

p-n-bağlantısı Uzi'ye bir blokaj gerilimi uygulandığında, kanal sınırlarında yük taşıyıcıları tükenmiş ve yüksek bir özgül dirence sahip tek tip bir tabaka ortaya çıkar. Bu, iletken kanal genişliğinde bir azalmaya yol açar.

Bu voltajın değerini değiştirerek kanal kesitini değiştirmek ve dolayısıyla kanalın elektriksel direnç değerini değiştirmek mümkündür. Bir n-kanal alan etkili transistör için, kaynak potansiyeline göre boşaltma potansiyeli pozitiftir. Kapı topraklandığında, drenajdan kaynağa akım akar. Bu nedenle akımı durdurmak için kapıya birkaç voltluk bir ters voltaj uygulanmalıdır.

Kanaldan geçen akımın neredeyse sıfır olduğu Uzi voltajının değerine Uzap kesme voltajı denir.

Bu nedenle, p-n-bağlantısı şeklinde bir kapıya sahip alan etkili bir transistör, değeri harici bir voltaj tarafından düzenlenen bir dirençtir.

Alan etkili transistör, aşağıdaki I - V karakteristiği ile karakterize edilir:

Burada, Ic boşaltma akımının Uzi kapısındaki sabit bir voltajdaki voltaja bağımlılığı, alan etkili transistörün çıkış veya boşaltma özelliklerini belirler. Özelliklerin ilk bölümünde Uxi + |Uzi |< Uзап ток стока Iс возрастает с увеличением Uси . При повышении напряжения сток - исток до Uси = Uзап - |Uзи | происходит перекрытие канала и дальнейший рост тока Iс прекращается (участок насыщения). Отрицательное напряжение Uзи между затвором и истоком смещает момент перекрытия канала в сторону меньших значений напряжения Uси и тока стока Iс . Участок насыщения является рабочей областью выходных характеристик полевого транзистора. Дальнейшее увеличение напряжения Uси приводит к пробою р-n-перехода между затвором и каналом и выводит транзистор из строя.

I - V karakteristiğinde Iс = f (Uzi), Uzap voltajı gösterilir. Uzi ≤ 0 olduğundan, p-n eklemi kapalıdır ve kapı akımı çok küçüktür, yaklaşık 10 -8 ... 10-9 A bu nedenle, alan etkili bir transistörün iki kutuplu bir transistöre kıyasla ana avantajları, yaklaşık 10 gibi yüksek bir giriş empedansı içerir. 10 ... 1013 Ohm... Ek olarak, düşük gürültü ve üretilebilirlik ile ayırt edilirler.

Pratik uygulamada iki ana bağlantı şeması vardır. Şekilde gösterilen ortak kaynak devresi (Şekil A) ve ortak tahliye devresi (Şekil B):

Yalıtımlı Kapı Alan Etkili Transistörler
(MIS transistörleri)

"MOS-transistör" terimi, kontrol elektrotunun - geçidin - alan etkili transistörün aktif bölgesinden bir dielektrik katman - bir yalıtkan ile ayrıldığı alan etkili transistörleri belirtmek için kullanılır. Bu transistörlerin ana unsuru metal-dielektrik-yarı iletken (M-D-P) yapısıdır.

Entegre kapılı MIS transistörünün teknolojisi şekilde gösterilmiştir:

MOS transistörünün yapıldığı orijinal yarı iletkene substrat (terminal P) denir. İki yoğun katkılı bölge n+, kaynak (I) ve boşaltma (C) olarak adlandırılır. Kapının (G) altındaki alt tabaka alanına gömülü kanal (n-kanal) denir.

Metal yalıtkan-yarı iletken yapıya sahip alan etkili bir transistörün çalışmasının fiziksel temeli alan etkisidir. Alan etkisi, yarı iletkenin yüzeye yakın bölgesindeki serbest yük taşıyıcılarının konsantrasyonunun, bir dış elektrik alanının etkisi altında değişmesidir. MIS yapısına sahip saha cihazlarında, dış alan metal kapı elektrotu boyunca uygulanan voltajdan kaynaklanır. Uygulanan voltajın işaretine ve büyüklüğüne bağlı olarak, kanalda uzay yükü bölgesinin (SCR) iki durumu olabilir - zenginleştirme, tükenme.

Tükenme modu, kanaldaki elektron konsantrasyonunun azaldığı ve bu da drenaj akımında bir azalmaya yol açan negatif bir Uz voltajına karşılık gelir. Zenginleştirme modu, pozitif bir Uzi voltajına ve boşaltma akımındaki bir artışa karşılık gelir.

I - V karakteristiği şekilde gösterilmiştir:

Endüklenmiş (indüklenmiş) p-tipi kanala sahip bir MOS transistörünün topolojisi şekilde gösterilmiştir:

Uzi = 0 olduğunda, kanal yoktur ve Ic = 0. Transistör yalnızca Uzi zenginleştirme modunda çalışabilir.< 0. Если отрицательное напряжение Uзи превысит пороговое Uзи.пор , то происходит формирование инверсионного канала. Изменяя величину напряжения на затворе Uзи в области выше порогового Uзи.пор , можно менять концентрацию свободных носителей в инверсионном канале и сопротивление канала. Источник напряжения в стоковой цепи Uси вызовет ток стока Iс .

I - V karakteristiği şekilde gösterilmiştir:

MIS transistörlerinde kapı, yarı iletkenden bir SiO2 oksit tabakası ile ayrılır. Bu nedenle, bu tür transistörlerin giriş empedansı 1013 ... 1015 ohm mertebesindedir.

Alan etkili transistörlerin ana parametreleri şunları içerir:

• Usp = const, Upi = const'ta özelliğin eğimi. Tipik parametre değerleri (0,1 ... 500) mA / V;
• Usp = const, Uz = const'ta özelliğin altlık üzerindeki eğimi. Tipik parametre değerleri (0,1 ... 1) mA / V;
• İlk boşaltma akımı Ic.init. - sıfır voltaj değerindeki boşaltma akımı Uzi. Parametrenin tipik değerleri: (0.2 ... 600) mA - pn bağlantı kontrol kanalı olan transistörler için; (0.1 ... 100) mA - yerleşik kanallı transistörler için; (0.01 ... 0.5) μA - indüklenmiş kanallı transistörler için;
• Kesme gerilimi Uzi.ref. ... Tipik değerler (0,2 ... 10) V; eşik gerilimi Up. Tipik değerler (1 ... 6) V;
• Açık durumda drenaj kaynağı direnci. Tipik değerler (2..300) Ohm
• Diferansiyel direnç (dahili): Uzi'de = const;
• İstatistiksel Kazanç: μ = S ri

tristörler

Tristör, üç veya daha fazla elektron deliği p-n bağlantısına sahip yarı iletken bir cihazdır. Genelde elektronik anahtar olarak kullanılırlar. Harici uçların sayısına bağlı olarak, bunlar iki harici uçlu tristörlere bölünmüştür - dinistörler ve üç uçlu tristörler - trinistorlar. VS harfi tristörleri belirtmek için kullanılır.

Dinistörün cihazı ve çalışma prensibi

Dinistörün yapısı, UGO ve CVC'si şekilde gösterilmiştir:



Dıştaki p-bölgesi anot (A), dıştaki n-bölgesi ise katot (K) olarak adlandırılır. Üç p-n bağlantısı 1, 2, 3 sayıları ile belirtilmiştir. Dinistörün yapısı 4 katmanlıdır - p-n-p-n.

Besleme gerilimi E, dinistöre 3 geçişten 1'i açık ve dirençleri önemsiz, geçiş 2 kapalı olacak şekilde beslenir ve tüm besleme gerilimi Upr ona uygulanır. Dinistörden küçük bir ters akım akar, R yükü güç kaynağı E'den ayrılır.

Açma gerilimi Uon'a eşit olan kritik gerilime ulaşıldığında, geçiş 2 açılır, 1, 2, 3 geçişlerinin tümü açık (açık) durumda olacaktır. Dinistor direnci Ohm'un onda birine düşer.

Açma voltajı birkaç yüz volttur. Dinistor açılır ve içinden önemli akımlar geçer. Açık durumda dynistor boyunca voltaj düşüşü 1-2 volttur ve değeri τa ≈ E / R'ye eşit olan akan akımın değerine çok az bağlıdır ve UR ​​≈ E, yani. yük bir güç kaynağına E bağlanır. Dinistör boyunca izin verilen maksimum nokta Iop.max'a karşılık gelen voltaj, açık durum voltajı Uamb olarak adlandırılır. İzin verilen maksimum akım yüzlerce mA'dan yüzlerce A'ya kadar değişir. Dinistör, içinden geçen akım tutma akımı Isp'den daha az olana kadar açık durumdadır. Dinistör, harici voltaj 1V mertebesine düştüğünde veya harici kaynağın polaritesi ters çevrildiğinde kapanır. Bu nedenle, böyle bir cihaz geçici akım devrelerinde kullanılır. C ve D noktaları, dinistor akımlarının ve voltajlarının sınır değerlerine karşılık gelir. Besleme geriliminin kaldırılmasından sonra bağlantı 2'nin direncinin toparlanma süresi yaklaşık 10-30 μs'dir.

Dinistörler, prensipleri gereği, anahtar eylem cihazlarıdır. Açık durumda (bölüm BV) kapalı bir anahtara benzer ve kapalı durumda (egzoz gazı bölümü) açık bir anahtar gibidir.

Bir tristörün (trinistor) cihazı ve çalışma prensibi

SCR, kontrollü bir cihazdır. Orta bağlantı 2'nin p tipi yarı iletkene veya n tipi yarı iletkene bağlı bir kontrol elektrotu (RE) içerir.

Bir SCR'nin (genellikle tristör olarak adlandırılır) yapısı, UGO ve CVC'si şekilde gösterilmiştir:



Akımdaki çığ benzeri bir artışın başladığı Uoff gerilimi, bağlantı 2'ye bitişik katmanlardan herhangi birine azınlık yük taşıyıcıları dahil edilerek azaltılabilir. Uincl'nin azalma derecesi I - V karakteristiğinde gösterilir. Önemli bir parametre, tristörün Uincl voltajından daha düşük voltajlarda açık duruma geçmesini sağlayan kilit açma kontrol akımı Iу.from'dur. Şekil, açma gerilimi kullanıcı arayüzünün üç değerini göstermektedir.< Un вкл < Um вкл соответствует трем значениям управляющего тока UI у.от >Un u.f.> Um u.f.

Rн direnç yüküne yüklenmiş bir tristörlü en basit devreyi düşünün






• Iа - anot akımı (tristör anot-katot devresindeki güç akımı);
• Uak - anot ve katot arasındaki voltaj;
• Iу, kontrol elektrotunun akımıdır (gerçek devrelerde akım darbeleri kullanılır);
• Uuk, kontrol elektrodu ile katot arasındaki voltajdır;
• Kullanım - besleme gerilimi.

Tristörü açık duruma aktarmak için, darbe şekillendirme devresinden kısa süreli (birkaç mikrosaniye düzeyinde) bir kontrol darbesi sağlanır.

Pratikte çok yaygın olarak kullanılan kilitlenemez olarak kabul edilen tristörün karakteristik bir özelliği, bir kontrol akımı vasıtasıyla kapatılamamasıdır.

Tristörü kapatmak için, pratikte, ona bir ters voltaj Uak uygulanır.< 0 и поддерживают это напряжение в течении времени, большего так называемого времени выключения tвыкл . Оно обычно составляет единицы или десятки микросекунд.

Triyak cihazı ve çalışma prensibi

Sözde simetrik tristörler (triyaklar, triyaklar) yaygın olarak kullanılmaktadır. Her triyak, anti-paralel olarak bağlanmış bir çift dikkate alınan tristöre benzer. Simetrik SCR'ler, simetrik akım-voltaj karakteristiğine sahip kontrollü bir cihazdır. Simetrik bir karakteristik elde etmek için p-n-p-n-p tipinde çift taraflı yarı iletken yapılar kullanılır.

Triyak yapısı, UGO ve VAC'si şekilde gösterilmiştir:



Triyak (triyak), anti-paralel olarak bağlanmış iki tristör p1-n1-p2-n2 ve p2-n2-p1-n4 içerir. Triyak, 5 P1-P2-P3-P4-P5 geçişi içerir. Bir kontrol elektronunun yokluğunda, UE triyakına diac denir.

Pozitif polarite ile, tristör etkisi elektrot E1'de p1-n1-p2-n2'de ve zıt polaritede p2-n1-p1-n4'te gerçekleştirilir.

UE'ye kontrol voltajı uygulandığında, polaritesine ve büyüklüğüne bağlı olarak, anahtar voltajı Uon

Tristörler (dinistörler, SCR'ler, triyaklar) güç elektroniği cihazlarındaki ana elemanlardır. Anahtarlama voltajının 1 kV'dan büyük olduğu ve izin verilen maksimum akımın 1 kA'dan büyük olduğu tristörler vardır.

Elektronik anahtarlar

Güç elektroniği cihazlarının verimliliğini artırmak için diyotların, transistörlerin ve tristörlerin darbeli çalışma modu yaygın olarak kullanılmaktadır. Darbe modu, akımlarda ve voltajlarda keskin değişiklikler ile karakterizedir. Darbeli modda anahtar olarak diyotlar, transistörler ve tristörler kullanılır.

Elektronik anahtarlar, elektronik devreleri değiştirmek için kullanılır: elektrik enerjisi veya sinyal kaynak(lar)ına bir devrenin bağlanması / bağlantısının kesilmesi, devre elemanlarının bağlanması veya ayrılması, devre elemanlarının parametrelerinin değiştirilmesi, etkileyen bir sinyal kaynağının tipinin değiştirilmesi.

HUGO ideal anahtarları şekilde gösterilmiştir:

Sırasıyla kapatma ve açma için çalışan tuşlar.




Tuş modu iki durumla karakterize edilir: "açık" / "kapalı".

İdeal anahtarlar, dirençte 0 veya ∞ değerini alabilen ani bir değişiklik ile karakterize edilir. İdeal bir kapalı anahtardaki voltaj düşüşü 0'dır. Açık bir anahtarda akım 0'dır.

Gerçek anahtarlar ayrıca iki aşırı direnç değeri Rmax ve Rmin ile karakterize edilir. Gerçek anahtarlarda bir direnç değerinden diğerine geçiş sonlu bir zamanda gerçekleşir. Gerçek kapalı anahtardaki voltaj düşüşü sıfır değil.

Anahtarlar, düşük güç devrelerinde kullanılan anahtarlar ve güç devrelerinde kullanılan anahtarlar olarak sınıflandırılır. Bu sınıfların her birinin kendine has özellikleri vardır.

Düşük güç devrelerinde kullanılan tuşlar şu şekilde karakterize edilir:

1. Açık ve kapalı durumdaki anahtar dirençler;
2. Hız - bir durumdan diğerine anahtar geçiş zamanı;
3. Kapalı anahtardaki voltaj düşüşü ve açık anahtarın kaçak akımı;
4. Gürültü bağışıklığı - anahtarın parazite maruz kaldığında durumlardan birinde kalma yeteneği;
5. Anahtar duyarlılığı - anahtarı bir durumdan diğerine aktaran kontrol sinyalinin değeri;
6. Eşik voltajı - yakınında elektronik anahtarın direncinde keskin bir değişiklik olan kontrol voltajının değeri.

diyot elektronik anahtarlar

Elektronik anahtarların en basit türü diyot anahtarlardır. Diyot anahtar devresi, statik transfer karakteristiği, I - V karakteristiği ve diyot üzerindeki gerilime diferansiyel direncin bağımlılığı şekilde gösterilmiştir:

Diyot elektronik anahtarının çalışma prensibi, yarı iletken diyotun diferansiyel direncinin değerini, diyot Uthr'deki eşik voltaj değeri civarında değiştirmeye dayanır. Şekil "c" Uthr değerini gösteren bir yarı iletken diyotun akım-voltaj karakteristiğini gösterir. Bu değer, akım-voltaj karakteristiğinin artan katılımcısına çizilen teğet ile gerilim ekseninin kesişim noktasında bulunur.

Şekil "d", diyot boyunca gerilime diferansiyel direncin bağımlılığını gösterir. Şekilden, 0,3 V'luk eşik voltajının yakınında, diyotun diferansiyel direncinde 900 ve 35 Ohm'luk aşırı değerlerle (Rmin = 35 Ohm, Rmax = 900 Ohm) keskin bir değişiklik olduğunu takip eder. .

"Açık" durumda, diyot açıktır ve Uout ≈ Uin'dir.

"Kapalı" durumda, diyot kapalıdır ve Uout ≈ Uin · Rn / Rmax<

Anahtarlama süresini azaltmak için, diyotlar 0,5-2 pF düzeyinde küçük bir bağlantı kapasitansı ile kullanılırken, 0,5-0,05 μs düzeyinde bir kapatma süresi sağlar.

Diyot anahtarları, genellikle pratik devrelerde gerekli olan kontrol ve kontrollü devrelerin elektriksel olarak ayrılmasına izin vermez.

Transistör anahtarları

Bilgisayarlarda, telekontrol cihazlarında, otomatik kontrol sistemlerinde vb. kullanılan devrelerin çoğu, transistör anahtarlarına dayanmaktadır.

Bipolar transistördeki anahtar devreler ve I - V karakteristiği şekilde gösterilmiştir:

İlk durum "kapalı" (transistör kapalı), transistörün çıkış özellikleri üzerindeki A1 noktası tarafından belirlenir; buna kesme modu denir. Kesme modunda, taban akımı Ib = 0, kollektör akımı Iк1 ilk kollektör akımına eşittir ve kollektör gerilimi Uк = Uк1 ≈ Ek'tir. Kesme modu, Uin = 0'da veya negatif baz potansiyellerinde gerçekleştirilir. Bu durumda, anahtarın direnci maksimum değerine ulaşır: Rmax =, burada RT, transistörün kapalı durumdaki direncidir, 1 MΩ'den fazladır.

İkinci durum "açık" (transistör açık), I - V karakteristiğindeki A2 noktası tarafından belirlenir ve doyma modu olarak adlandırılır. Doyma modundaki (A2) kesme modundan (A1), transistör pozitif bir giriş gerilimi Uin ile değiştirilir. Bu durumda, Uout gerilimi minimum değeri Uk2 = Uk.e.nas yaklaşık 0,2-1,0 V alır, kollektör akımı Ik2 = Ik.nas ≈ Ek / Rk. Doyma modundaki temel akım şu koşuldan belirlenir: Ib> Ib.sat = Ic.sat / h21.

Transistörü açık duruma aktarmak için gereken giriş voltajı şu koşuldan belirlenir: U giriş> Ib.sat · Rb + Uc.e.sat

İyi gürültü bağışıklığı ve transistörde harcanan düşük güç, transistörün çoğu zaman doymuş (A2) veya kapalı (A1) olması ve bir durumdan diğerine geçiş süresinin, sürenin küçük bir parçası olmasıyla açıklanır. bu devletlerin. Bipolar transistörlerdeki anahtarların anahtarlama süresi, pn bağlantılarının bariyer kapasitansları ve tabandaki azınlık yük taşıyıcılarının birikim ve emilim süreçleri ile belirlenir.

Hızı ve giriş direncini artırmak için alan etkili transistörlerdeki anahtarlar kullanılır.

Kontrol p-n-bağlantılı ve ortak bir kaynağa ve ortak bir tahliyeye sahip indüklenmiş bir kanala sahip alan etkili transistörlerdeki anahtarlama devreleri şekilde gösterilmiştir:

Alan etkili transistördeki herhangi bir anahtar için Rн> 10-100 kOhm.

Kapıdaki kontrol sinyali Uin 10-15 V düzeyindedir. Alan etkili transistörün kapalı durumdaki direnci 108 -109 Ohm düzeyinde yüksektir.

Alan etkili transistörün durum üzerindeki direnci 7-30 ohm olabilir. Alan etkili transistörün kontrol devresi boyunca direnci 108 -109 ohm olabilir. ("a" ve "b" devreleri) ve 1012-1014 ohm ("c" ve "d" devreleri).

Güç (güçlü) yarı iletken cihazlar

Teknolojinin en hızlı gelişen ve gelecek vaat eden alanı olan güç elektroniğinde güçlü yarı iletken cihazlar kullanılmaktadır. Onlarca, yüzlerce amperlik akımları, onlarca, yüzlerce voltluk gerilimleri kontrol etmek için tasarlanmıştır.

Güç yarı iletken cihazları arasında tristörler (dinistörler, SCR'ler, triyaklar), transistörler (bipolar ve alan etkisi) ve statik olarak indüklenen bipolar transistörler (IGBT'ler) bulunur. Elektronik devreleri değiştirmek için elektronik anahtarlar olarak kullanılırlar. Karakteristikleri ideal anahtarların özelliklerine yaklaşmaya çalışılır.

Çalışma prensibi, özellikleri ve parametreleri açısından güçlü transistörler, düşük güçlü transistörlere benzer, ancak bazı özellikler vardır.

Güç alanı etkili transistörler

Şu anda, alan etkili transistör, en umut verici güç cihazlarından biridir. En yaygın kullanılan transistörler yalıtımlı geçit ve indüklenmiş kanal transistörleridir. Kanalın direncini azaltmak için uzunluğu azaltılır. Transistördeki drenaj akımını arttırmak için yüzlerce ve binlerce kanal yapılır ve kanallar paralel bağlanır. Alan etkili transistörün kendi kendine ısınma olasılığı küçüktür, çünkü artan sıcaklıkla kanal direnci artar.

Güç alanı etkili transistörler dikey bir yapıya sahiptir. Kanallar hem dikey hem de yatay olarak yerleştirilebilir.

DMDP transistörü

Bu çift difüzyon MIS transistörünün yatay bir kanalı vardır. Şekil, bir kanal içeren bir yapı elemanını göstermektedir.

VMOS transistör

Bu V şeklindeki MOSFET, dikey bir kanala sahiptir. Şekil, iki kanal içeren bir yapı elemanını göstermektedir.

VMOS transistörünün ve DMOS transistörünün yapılarının benzer olduğunu görmek kolaydır.

IGBT transistörü

IGBT, hibrit bir yarı iletken cihazdır. Biri alan etkili transistörler (elektrik alan kontrolü) için tipik olan ve ikincisi - bipolar olanlar için (elektrik taşıyıcılarının enjeksiyonunun kontrolü) olan iki elektrik akımı kontrol yöntemini birleştirir.

Tipik olarak, bir IGBT, n-tipi bir MOSFET yapısı kullanır. Bu transistörün yapısı, ek bir p-tipi yarı iletken katman ile DMDP transistörünün yapısından farklıdır.

"Yayıcı", "toplayıcı" ve "geçit" terimlerinin yaygın olarak IGBT elektrotlarını belirtmek için kullanıldığını unutmayın.

Bir p-tipi katmanın eklenmesi, ikinci bir bipolar transistör yapısı (p-n-p tipi) ile sonuçlanır. Böylece, IGBT'de iki bipolar yapı vardır - tip n-p-n ve tip p-n-p.

UGO ve IGBT kapatma devresi şekilde gösterilmiştir:

Çıkış özelliklerinin tipik bir görünümü şekilde gösterilmiştir:

SIT transistörü

SIT, statik bir indüksiyon pn eklemli alan etkili transistördür. Çok kanallı ve dikey bir yapıya sahiptir. SIT'in şematik diyagramı ve ortak kaynak bağlantısı şekilde gösterilmiştir:

P tipi yarı iletkenin bölgeleri, çapı birkaç mikrometre veya daha fazla olan silindir şeklindedir. Bu silindir sistemi bir kepenk görevi görür. Her silindir kapı elektroduna bağlanmıştır (kapı elektrodu geleneksel olarak şekil "a"da gösterilmemiştir).

Noktalı çizgi p-n-bağlantı alanlarını gösterir. Gerçek kanal sayısı binlerce olabilir. Tipik olarak SIT, ortak kaynak devrelerinde kullanılır.

Dikkate alınan cihazların her birinin kendi uygulama alanı vardır. Tristör anahtarları düşük frekanslarda (kilohertz ve altı) çalışan cihazlarda kullanılır. Bu tür anahtarların ana dezavantajı düşük performanstır.

Tristörlerin ana uygulama alanı, birkaç megawatt'a kadar yüksek anahtarlama gücüne sahip, hız konusunda ciddi gereksinimler getirmeyen düşük frekanslı cihazlardır.

Güçlü bipolar transistörler, 10-100 kHz aralığında anahtarlama veya dönüştürme frekansına sahip cihazlarda, W birimlerinden birkaç kW'a kadar bir çıkış gücü seviyesinde yüksek voltaj anahtarları olarak kullanılır. Optimum anahtarlama voltajı aralığı 200-2000 V'dir.

Alan etkili transistörler (MOSFET'ler), düşük voltajlı yüksek frekanslı cihazları anahtarlamak için elektronik anahtarlar olarak kullanılır. Anahtarlamalı voltajların optimal değerleri 200 V'u geçmez (maksimum değer 1000 V'a kadar), anahtarlama frekansı ise kHz ila 105 kHz birimleri aralığında olabilir. Anahtarlamalı akımların aralığı 1.5-100 A'dir. Bu cihazın olumlu özellikleri, akım değil voltaj kontrolü ve diğer cihazlara kıyasla sıcaklığa daha az bağımlı olmasıdır.

Yalıtılmış geçitli bipolar transistörler (IGBT'ler), 20 kHz'in altındaki frekanslarda (bazı tip cihazlar 100 kHz'in üzerindeki frekanslarda kullanılır) 1 kW'ın üzerindeki anahtarlama güçlerinde kullanılır. Anahtarlama voltajları 300-400 V'tan düşük değil. 2000 V'un üzerindeki anahtarlama voltajlarının optimum değerleri. Yüksek anahtarlama hızları ile karakterize edilirler.

Ortak bir emitöre sahip bir bipolar transistörün anahtarlama devresi Şek. 6.13:

Ortak bir emitör devresine göre bağlanan bir transistörde, sadece voltajda değil, aynı zamanda akımda da amplifikasyon vardır. Ortak emitörlü bir devre için giriş parametreleri temel akım olacaktır. ben B ve yayıcıya göre tabandaki voltaj sen BE ve çıkış özellikleri toplayıcı akımı olacak ben İLE ve kollektör voltajı sen CE... Herhangi bir voltaj için:

OE ile çalışma modunun ayırt edici bir özelliği, giriş (baz) ve çıkıştaki (toplayıcı) ön gerilim voltajının aynı polaritesidir: durumunda negatif potansiyel pnp-transistör ve pozitif durumda npn-transistör. Bu durumda, taban-yayıcı bağlantısı ileri yönde yer değiştirir ve taban-toplayıcı bağlantısı ters yönde kaydırılır.

Daha önce, ortak bir tabana sahip bir devrede bir bipolar transistörü analiz ederken, kollektör akımı ile emitör akımı arasındaki ilişki aşağıdaki biçimde elde edildi:
... için ortak bir emitör devresinde pnp-transistör (birinci Kirchhoff yasasına göre) (6.1):
, buradan şunu elde ederiz:

katsayı α / (1-α) aranan ortak bir emitör devresinde bir bipolar transistörün akım kazancı ... Bu katsayıyı işaretiyle gösterelim. β , Bu yüzden:

Ortak bir yayıcı ile şemaya göre bağlanmış bir transistör için akım aktarım oranı β kollektör akımının kaç kez değiştiğini gösterir ben Baz akımı değiştirirken K ben B. İletim katsayısının değeri α bire yakın ( α <1), то из уравнения (6.38) следует, что коэффициент усиления β birlikten önemli ölçüde büyük olacaktır ( β >> 1). İletim katsayısı değerleri ile α = 0.98 ÷ 0.99 baz akım amplifikasyon faktörü aralıkta yer alacaktır β = 50 ÷ 100.

6.2.1 Şemaya göre ortak bir yayıcı ile bağlanan transistörün statik akım-voltaj özellikleri

I - V karakteristiğini düşünün pnp-OE modunda transistör (Şekil 6.13, 6.14).

NS sen CE =0
... Artan gerilim ile sen OLMAK EB geçişindeki konsantrasyon artar (Şekil 6.15, a), enjekte edilen deliklerin konsantrasyon gradyanı artar, deliklerin difüzyon akımı, ileri yönlü olduğu gibi pn-geçiş, üssel olarak büyür (yani A) ve emiter akımından yalnızca ölçek (6.36) ile farklılık gösterir .

Kolektörde ters gerilimli ve elektrikli tahrikte sabit gerilimli | sen OLMAK| (Şekil 6.15, b) emitörün yakınındaki tabandaki deliklerin konsantrasyonu da sabit olacaktır. Voltajı artır sen CE buna kollektör bağlantısının SCR'sinde bir genişleme ve taban genişliğinde bir azalma (Earley etkisi) ve sonuç olarak tabandaki toplam delik sayısında bir azalma eşlik edecektir.

Bu durumda, tabandaki deliklerin konsantrasyon gradyanı artacak ve bu da konsantrasyonlarında daha fazla azalmaya yol açacaktır. Bu nedenle, tabandaki elektronların ve deliklerin birim zamanda rekombinasyon sayısı azalır (aktarım katsayısı artar) ). Rekombinasyon için elektronlar baz terminalinden geldiğinden, baz akımı azalır ve giriş I - V özellikleri aşağı kaydırılır.

NS sen OLMAK= 0 ve negatif kollektör voltajı ( sen kb << 0)), emitör bağlantısından geçen akım sıfırdır, transistörün tabanındaki deliklerin konsantrasyonu denge değerinden daha azdır, çünkü bu konsantrasyon KP için sıfırdır ve EF için değeri denge değeri ile belirlenir. . Kollektörden çıkarılan bir delik akımı, kollektör bağlantısından akar. ben CE 0 .

Veritabanında olduğu gibi pn-Ters önyargıda geçiş, termal üretim süreci, rekombinasyon süreci üzerinde geçerli olacaktır. Üretilen elektronlar, tabanı baz terminali aracılığıyla terk eder, bu, transistörün tabanına (B noktası) yönlendirilen bir elektrik akımı olduğu anlamına gelir. bu mod kesintiler, baz akımının yönünde bir değişiklik ile karakterizedir.

Çıkış CVC'si.

V aktif modu (| sen CE |> |sen OLMAK |>0 ) emitör tarafından enjekte edilen deliklerin akışı  P katsayı ile OB modunda olduğu gibi kollektör bağlantısı tarafından çıkarılır
... Deliklerin bir parçası (1-α) P bazın omik temasından gelen elektronlarla tabanda yeniden birleşir.

Baz akımındaki bir artışla, elektronların negatif yükü, yayıcı bağlantısının potansiyel bariyerini azaltır ve tabanda ek deliklerin enjeksiyonuna neden olur.

Baz akımdaki küçük değişikliklerin neden olduğunu analiz edelim. ben B kollektör akımında önemli değişikliklere neden olur ben K. Katsayı değeri β birlikten önemli ölçüde daha büyük, transfer katsayısının olduğu anlamına gelir α birine yakın. Bu durumda, kollektör akımı emitör akımına yakındır ve temel akım (fiziksel doğası gereği rekombinasyon) kollektör ve emitör akımlarından önemli ölçüde daha azdır. Katsayının değeri ne zaman α = 0,99 emitör bağlantısı yoluyla enjekte edilen 100 delikten 99'u kollektör bağlantısı yoluyla çıkarılır ve yalnızca biri tabandaki elektronlarla yeniden birleşecek ve taban akımına katkıda bulunacaktır.

Baz akımında iki kat artış (iki deliğin yeniden birleşmesi gerekir), emitör bağlantısı yoluyla enjeksiyonun iki katına (200 delik enjekte edilmelidir) ve buna bağlı olarak kollektör bağlantısı yoluyla ekstraksiyona (198 delik çıkarılır) neden olur. Bu nedenle, baz akımındaki küçük bir değişiklik, örneğin 5 ila 10 μA, kollektör akımında sırasıyla 500 μA'dan 1000 μA'ya büyük değişikliklere neden olur. Baz akım, kollektör akımının yüz kat artmasına neden olur.

(6.34) ile benzerlik yaparak şunu yazabiliriz:

(6.1) dikkate alındığında:
, şunu elde ederiz:

Hesaba katıldığında

bireysel bir kollektörün termal akımı nerede pn- parçalanmış baz modunda geçiş (ne zaman
, t.C, mod kesintiler). Taban bağlantısının ileri önyargısı nedeniyle (Şekil 6.16), akım
kollektörün çok daha fazla ısı akımı ben NS 0 .

modunda doyma taban minör medya ile zenginleştirilmelidir. Bu rejim için kriter, CS üzerindeki denge taşıyıcı konsantrasyonudur ( sen KB =0 ). Denklem sayesinde sen CE = sen KB + sen OLMAK, kollektör bağlantısındaki voltajın sıfıra eşitliği, taban ve emitör arasındaki küçük negatif voltajlarda gerçekleşebilir. NS sen CE 0 ve sen OLMAK <0, оба перехода смещаются в прямом направлении, их сопротивление падает. При малых напряжениях на коллекторе (sen CE < sen OLMAK) sen KB işaretini değiştirir, kollektör bağlantısının direnci keskin bir şekilde azalır, kollektör tabana delikler enjekte etmeye başlar. Kollektörden gelen deliklerin akışı, emitörden gelen deliklerin akışını telafi eder. Kollektör akımı işaretini değiştirir (bu alan genellikle çıkış I - V özelliklerinde gösterilmez).

Kolektör üzerindeki yüksek voltajlarda, SCR'de (D noktası) taşıyıcıların çığ çarpması nedeniyle kollektör bağlantısının bozulması mümkündür. Arıza voltajı, transistör bölgelerinin doping derecesine bağlıdır. Tabanı çok ince olan transistörlerde SCR'yi tüm taban bölgesine genişletmek mümkündür (taban delinir).

Devreye göre OE ve OB ile bağlanan bir transistörün çıkış akımı-voltaj karakteristikleri karşılaştırıldığında (Şekil 6.17), en önemli iki özellik fark edilebilir: ilk olarak, OE ile devredeki karakteristikler daha büyük bir eğime sahiptir, bu da şunu gösterir: transistörün çıkış direncinde bir azalma ve ikincisi, kollektör üzerindeki negatif voltajlarda doyma moduna geçiş gözlenir.

Artan kollektör akımı artışı sen CE tabanın genişliği azaltılarak belirlenir. Aktarım faktörleri æ ve emitör akımının transferi α büyür, ancak OE ile devredeki baz akım transfer katsayısı
daha hızlı büyüyor α ... Bu nedenle, sabit bir taban akımında, kolektör akımı AÇIK olan bir devreden daha fazla artar.

6.3 Transistörün ortak bir kollektör ile şemaya göre açılması

Giriş ve çıkış devrelerinde ortak bir kollektör elektrotu (OK) varsa ve çıkış akımı emitör akımıysa ve giriş akımı taban ise, o zaman akım transfer oranı geçerlidir:

Böyle bir dahil etmede, akım transfer katsayısı, OE'nin dahil edilmesinden biraz daha yüksektir ve taban ile emitör arasındaki potansiyel fark pratik olarak taban akımına bağlı olmadığından voltaj kazancı birlikten biraz daha azdır. Yayıcı potansiyel, temel potansiyeli pratik olarak tekrarlar, bu nedenle OK'li bir transistör temelinde inşa edilen kaskad denir. yayıcı takipçisi... Bununla birlikte, bu tür dahil etme nispeten nadiren kullanılır.

Elde edilen sonuçları karşılaştırarak şunları yapabilirsiniz: sonuçlar :

OE devresi hem voltajda hem de akımda yüksek kazanç sağlar, en yüksek güç kazancına sahiptir. Devrenin çıkış voltajının fazını 180 ° değiştirdiğini unutmayın. Bu en yaygın amplifikatör devresidir.

OB'li bir devre voltajı yükseltir (yaklaşık olarak OE'li bir devre gibi), ancak akımı yükseltmez. Çıkış geriliminin fazı giriş gerilimine göre değişmez. Devre, yüksek ve mikrodalga yükselticilerde kullanılır.

OK (yayıcı takipçisi) olan bir devre gerilimi yükseltmez, akımı yükseltir. Bu devrenin ana uygulaması, sinyal kaynağının direncini ve düşük empedanslı yükü eşleştirmektir.