Bu yazıda anlatmaya çalışacağız Çalışma prensibi En yaygın transistör tipi bipolar transistördür. bipolar transistör radyo elektronik cihazlarının ana aktif unsurlarından biridir. Amacı gücü artırmaktır. elektrik sinyali girişine geliyor. Güç amplifikasyonu şu şekilde gerçekleştirilir: dış kaynak enerji. Bir transistör, üç terminalli elektronik bir bileşendir.

Bipolar transistörün tasarım özelliği

Bipolar transistörün üretimi için, bir deliğin yarı iletkeni veya elektronik tip alıcı safsızlıklarla difüzyon veya füzyon yoluyla elde edilen iletkenlik. Sonuç olarak, tabanın her iki tarafında polar tipte iletkenliğe sahip bölgeler oluşur.

Bipolar transistörler iki tür iletkenlik vardır: n-p-n ve p-n-p. n-p-n iletkenliğine sahip bir bipolar transistörün tabi olduğu çalışma kuralları (p-n-p için uygulanan voltajın polaritesini değiştirmek gerekir):

1. Kollektördeki pozitif potansiyel, emitörden daha önemlidir.
2. Herhangi bir transistörün maksimum değeri vardır. geçerli parametreler Fazlalığı prensipte kabul edilemez olan Ib, Ik ve Uke, çünkü bu, yarı iletkenin tahrip olmasına yol açabilir.
3. Baz yayıcı ve baz toplayıcı terminalleri diyotlar gibi çalışır. Kural olarak, taban yayıcı yönündeki diyot açıktır ve taban toplayıcı yönünde ters yönde önyargılıdır, yani gelen voltaj akışa müdahale eder. elektrik akımı onun vasıtasıyla.
4. 1 ila 3 arasındaki noktalar yerine getirilirse, mevcut Ik, mevcut Ib ile doğru orantılıdır ve şu şekle sahiptir: Ik = he21*Ib, burada he21 mevcut kazançtır. Bu kural transistörün ana kalitesini karakterize eder, yani düşük baz akımının kontrol sağlaması güçlü akım kolektör.

Aynı serinin farklı bipolar transistörleri için he21 indeksi temel olarak 50 ila 250 arasında değişebilir. Değeri ayrıca akan kollektör akımına, emitör ile kollektör arasındaki voltaja ve ortam sıcaklığına da bağlıdır.

3 numaralı kuralı inceleyelim. Bundan, yayıcı ile taban arasında uygulanan voltajın önemli ölçüde artırılmaması gerektiği sonucuna varılır, çünkü taban voltajı yayıcıdan (diyotun ileri voltajı) 0,6 ... 0,8 V daha büyükse, o zaman çok büyük bir akım olacaktır. belli olmak. Böylece, çalışan bir transistörde, verici ve tabandaki voltajlar aşağıdaki formüle göre birbirine bağlanır: Ub \u003d Ue + 0.6V (Ub \u003d Ue + Ube)

Tüm bu noktaların n-p-n iletkenliğine sahip transistörleri ifade ettiğini bir kez daha hatırlayalım. p-n-p tipi için her şey tersine çevrilmelidir.

Ayrıca, kollektör akımının diyotun iletkenliği ile hiçbir bağlantısı olmadığına da dikkat etmelisiniz, çünkü kural olarak kollektör-baz diyotuna bir ters voltaj verilir. Ek olarak, kollektörden geçen akım, kollektördeki potansiyele çok az bağlıdır (bu diyot küçük bir akım kaynağına benzer)

Yükseltme modunda transistör açıldığında, emitör bağlantısı açıktır ve kollektör bağlantısı kapalıdır. Bu, güç kaynakları bağlanarak elde edilir.

Yayıcı bağlantısı açık olduğu için, tabandan yayıcıya deliklerin ve yayıcıdan tabana elektronların geçişinden kaynaklanan bir yayıcı akımı içinden geçecektir. Böylece emitör akımı iki bileşen içerir - delik ve elektron. Enjeksiyon oranı emitörün verimini belirler. Yük enjeksiyonu, yük taşıyıcıların baskın oldukları bölgeden küçük oldukları bölgeye transferini ifade eder.

Bazda elektronlar yeniden birleşir ve bazdaki konsantrasyonları EE kaynağının artısından yenilenir. Bunun bir sonucu olarak, tabanın elektrik devresinde oldukça zayıf bir akım akacaktır. Bloke edilmiş kollektör bağlantısı alanının hızlandırıcı etkisi altında, tabanda yeniden birleştirmek için zamanı olmayan kalan elektronlar, azınlık taşıyıcıları olarak kollektöre doğru hareket edecek ve bir kollektör akımı yaratacaktır. Yük taşıyıcıların küçük oldukları bir bölgeden büyük oldukları bir bölgeye transferine elektrik yüklerinin çıkarılması denir.

Bipolar transistörler, farklı iletkenliğe sahip üç katmana seri bağlanmış üç elektrotlu yarı iletken cihazlardır. Tek tip yük taşıyan diğer transistörlerin aksine, aynı anda iki tip yük taşıma kapasitesine sahiptir.

Bipolar transistörlerin kullanıldığı bağlantı şemaları, yapılan işe ve iletim tipine bağlıdır. İletkenlik elektronik olabilir, delik.

Bipolar transistör çeşitleri

Bipolar transistörler çeşitli kriterlere göre tiplere ayrılır:

• İmalat malzemesi: silikon veya galyum arsenit.
• frekans değeri: 3 MHz'e kadar - düşük, 30 MHz'e kadar - orta, 300 MHz'e kadar - yüksek, 300 MHz'den fazla - ultra yüksek.
• en yüksek güç dağılımı: 0-0.3W, 0.3-3W, 3W üzerinde.
• Cihaz tipi: Sıralı iletim tipi sırasına sahip 3 kat yarı iletken.

Cihaz ve iş

Transistörün hem iç hem de dış katmanları, taban, verici ve toplayıcı şeklinde kendi adlarına sahip yerleşik elektrotlarla birleştirilir.

Kollektör ve emitör için iletkenlik türlerinde özel bir fark yoktur, ancak kollektördeki kirliliklerin dahil edilme yüzdesi çok daha düşüktür, bu da çıkışta izin verilen voltajı arttırmayı mümkün kılar.

Yarı iletkenin (taban) orta tabakası hafif alaşımlı malzemeden yapıldığı için yüksek bir direnç değerine sahiptir. Geniş bir alanda kollektör ile temas halindedir. Bu, geçişin diğer yönde yer değiştirmesinden ısının salınması nedeniyle gerekli olan ısı emiciyi artırmanıza izin verir. iyi iletişim kollektörlü bazlar, azınlık taşıyıcıları olan elektronların kolay geçişini sağlar.

Geçiş katmanları aynı prensibe göre yapılır. Bununla birlikte, bipolar transistörler tek uçlu cihazlar olarak kabul edilir. Aynı iletkenliğe sahip yerlerde aşırı katmanları değiştirirken, benzer yarı iletken parametreleri oluşturmak mümkün değildir.

Transistör bağlantı şemaları, ona hem kapalı hem de açık durum sağlayabilecek şekilde tasarlanmıştır. Aktif çalışmada, yarı iletken açıkken emitör ileri yönde polarlanır. İçin tam anlayış Bu tasarımda, besleme voltajını gösterilen şemaya göre bağlamanız gerekir.

Bu durumda, kollektörün 2. bağlantısındaki sınır kapalıdır, üzerinden akım geçmez. Uygulamada, bitişik geçişler, bunların birbirleri üzerindeki etkisi nedeniyle zıt fenomen meydana gelir. Pilin eksi kutbu emitöre bağlı olduğundan, geçiş açık görüş elektronların, ana taşıyıcılar olan deliklerle yeniden birleştikleri tabana geçmesine izin verir. Temel akım I b belirir. Baz akımı ne kadar yüksek olursa, çıkış akımı o kadar büyük olur. Bu, amplifikatörlerin çalışma prensibidir.

Tabandan sadece elektronların difüzyon hareketi geçer, çünkü iş yoktur. Elektrik alanı. Bu katmanın küçük kalınlığı ve önemli bir parçacık gradyanı nedeniyle, taban yüksek bir dirence sahip olmasına rağmen, hemen hemen hepsi toplayıcıya girer. Kavşakta ulaşımı destekleyen ve onları içine çeken bir elektrik alanı var. Yayıcı ve toplayıcı akımları, tabanda yeniden dağıtımdan kaynaklanan küçük bir yük kaybı dışında aynıdır: ben e \u003d ben b + ben.

özellikleri

• akım amplifikasyon faktörü β = I ila / I b.
• Gerilim Kazancı U eq / U ol.
• Giriş direnci.
• Frekans özelliği - transistörün belirli bir frekansa kadar çalışma yeteneği, bunun ötesinde geçiş süreçleri bir sinyal değişikliği için geç kalır.

Çalışma modları ve şemaları

Devre tipi, bipolar transistörün çalışma modunu etkiler. Sinyal kaldırılabilir ve iki yerde verilebilir. farklı durumlar, ve üç elektrot vardır. Bu nedenle, rastgele bir elektrot aynı anda hem çıkış hem de giriş olmalıdır. Tüm bipolar transistörler bu prensibe göre bağlanır ve aşağıda ele alacağımız üç tip devreye sahiptirler.

ile şema ortak koleksiyoncu

Sinyal dirençten geçer RL, kollektör devresine de dahildir.

Böyle bir bağlantı şeması, yalnızca bir akım amplifikatörü oluşturmayı mümkün kılar. Böyle bir emitör takipçisinin avantajı, girişte önemli bir direnç oluşmasıdır. Bu, kazanç aşamalarını eşleştirmeyi mümkün kılar.

ile şema ortak taban

Devrede, küçük bir giriş direnci şeklinde bir dezavantaj bulabilirsiniz. Ortak baz devresi çoğunlukla bir osilatör olarak kullanılır.

ile şema ortak yayıcı

Çoğu zaman, bipolar transistörler kullanıldığında, ortak bir yayıcıya sahip bir devre gerçekleştirilir. Voltaj, yük direnci R L'den geçer, güç, emitöre negatif bir kutup ile bağlanır.

sinyal değişken değerüsse ve emitöre gelir. Kollektör devresinde değeri büyür. Devrenin ana elemanları bir direnç, bir transistör ve bir güç kaynağına sahip bir amplifikatör çıkış devresidir. Ek unsurlarçelik: kapasite 1'den akımın girişe geçmesine izin vermeyen, direnç R1, transistörün açıldığı için.

Kollektör devresinde transistör gerilimi ve direnci eşittir. EMF değeri: E= IkRk+Vke.

Küçük bir Ec sinyalinin, transistör dönüştürücünün değişken çıkışındaki potansiyel farkı değiştirme kuralını belirlediğini takip eder. Böyle bir devre, voltaj ve gücün yanı sıra giriş akımını birçok kez artırmayı mümkün kılar.

Böyle bir devrenin dezavantajları arasında, girişte düşük direnç (1 kOhm'a kadar) sayılabilir. Sonuç olarak, kaskadların oluşumunda sorunlar ortaya çıkar. Çıkış direnci 2 ila 20 kOhm arasındadır.

Dikkate alınan şemalar, bir bipolar transistörün etkisini göstermektedir. Çalışması, sinyalin frekansından ve aşırı ısınmadan etkilenir. Bu sorunu çözmek için ek ayrı önlemler uygulanır. Verici topraklaması çıkışta bozulma oluşturur. Devrenin güvenilirliğini oluşturmak için filtreler, geri bildirimler vb. bağlanır. Bu tür önlemlerden sonra devre daha iyi çalışır, ancak kazanç azalır.

Çalışma modları

Transistörün hızı, bağlı voltajın değerinden etkilenir. Düşünmek farklı modlar Bipolar transistörlerin ortak bir emitöre bağlı olduğu bir devre örneği üzerinde çalışın.

ayırmak

Bu mod, V BE gerilimi 0,7 volta düştüğünde oluşur. Bu durumda emitör bağlantısı kapanır ve tabanda elektron olmadığı için kollektörde akım olmaz ve transistör kapalı kalır.

aktif mod

Tabana transistörü açmak için yeterli bir voltaj uygulandığında, küçük bir giriş akımı ve büyük bir çıkış akımı meydana gelir. Kazancın boyutuna bağlıdır. Bu durumda, transistör bir amplifikatör olarak çalışır.

doygunluk modu

Bu çalışmanın aktif moddan kendi farklılıkları vardır. Yarı iletken sonuna kadar açılır, kollektör akımı ulaşır en büyük değer. Artışı, yalnızca yükü veya çıkış devresinin EMF'sini değiştirerek elde edilebilir. Baz akımın ayarlanması kollektör akımını değiştirmez. Doygunluk modu, transistörün tamamen açık olması ve bir anahtar olarak çalışması gibi özelliklere sahiptir. Bipolar transistörlerin doygunluk ve kesme modlarını birleştirirseniz, anahtarlar oluşturabilirsiniz.

Çıkış karakteristik özellikleri modları etkiler. Bu grafikte gösterilmiştir.

Koordinat eksenlerinde en yüksek kollektör akımına ve voltaj boyutuna karşılık gelen segmentleri çizerken ve ardından uçları birbiriyle birleştirirken, kırmızı bir yük çizgisi oluşur. Grafik, akım ve gerilim noktasının, taban akımındaki bir artışla yük hattı boyunca yukarı doğru kayacağını göstermektedir.

Taramalı çıktı karakteristiği ile Vke ekseni arasındaki alan, kesme işidir. Bu durumda transistör kapalıdır ve akımın tersi küçüktür. Üstteki A noktasındaki karakteristik yük ile kesişir, bundan sonra I V'deki bir artışla kollektör akımı artık değişmez. Grafikte doygunluk alanı, Ik ekseni ile en dik grafik arasındaki taralı kısımdır.

Çeşitli modlarda bipolar transistörler

Transistör sinyallerle etkileşime girer farklı şekiller giriş devresinde. Temel olarak, transistör amplifikatörlerde kullanılır. Giriş AC sinyali çıkış akımını değiştirir. Bu durumda ortak emitör veya kollektöre sahip devreler kullanılır. Çıkış devresinde, sinyalin bir yüke ihtiyacı vardır.

Çoğu zaman, bu, toplayıcı çıkış devresine takılan direnç kullanılarak yapılır. Ne zaman doğru seçim, çıkıştaki voltaj değeri giriştekinden çok daha yüksek olacaktır.

Darbe sinyalinin dönüştürülmesi sırasında mod, sinüzoidal sinyallerle aynı kalır. Harmoniklerdeki değişimin kalitesi, yarı iletkenlerin frekans özellikleri ile belirlenir.

geçiş modu

Transistör anahtarları, temassız anahtarlama için kullanılır elektrik devreleri. Bu çalışma, yarı iletkenin direnç değerinin aralıklı olarak ayarlanmasından oluşur. Bipolar transistörler en çok anahtarlama cihazlarında uygulanabilir.

Sinyal değiştirme devrelerinde yarı iletkenler kullanılır. Onlara evrensel iş ve geniş bir sınıflandırma, transistörlerin performans yeteneklerini belirleyen çeşitli devrelerde kullanılmasını mümkün kılar. Kullanılan ana devreler, kuvvetlendirme ve anahtarlama devreleridir.

- üç elektrotlu bir yarı iletken cihaz şeklinde üretilen iki ana transistör tipinden biri. Bu iletkenlerin her biri, n-iletkenliği (kirlilik) veya p-iletkenliği (delik) olan ardışık düzenlenmiş katmanlara sahiptir. Böylece n-p-n veya p-n-p tiplerinde bipolar transistörler oluşur.

Bipolar transistördeki üç elektrot, üç iletken katmanın her birine sırasıyla bağlanır.

Bipolar transistörün çalıştığı anda, elektronlar ve delikler tarafından taşınan farklı türdeki yüklerin eşzamanlı transferi vardır. Yani, yalnızca iki tür yük vardır, bu nedenle bu transistöre "bipolar" denir ("bi", "iki" anlamına gelir).

Şekil 1: Bipolar transistörün cihazı.

Orta tabakaya bağlanan elektrot "taban" olarak adlandırılır. İki uç elektrota "toplayıcı" ve "yayıcı" denir. İletkenlik türüne göre, bu iki kanal aynıdır. Ancak, bir cihaz elde etmek için gerekli özellikler, emitöre bağlı katman, safsızlıklarla daha fazla katkılı hale getirilir ve toplayıcıya bağlı katman bunun tersidir. Sonuç olarak, izin verilen kollektör voltajı artar. Yayıcı bağlantısının bozulmasının meydana geldiği ters voltaj seviyesinin hesaplanması, montaj için çok önemli değildir. elektronik devre Genellikle, devreyi neredeyse bir iletkene dönüştüren yayıcı p-n bağlantısı üzerinde doğrudan önyargılı modeller kullanılır. Diğer şeylerin yanı sıra, katkılı emitör katmanı, azınlık taşıyıcılarının merkezi iletken katmana geçişini kolaylaştırarak OB (ortak taban) devresindeki akım dönüşüm oranını artırmaya yardımcı olur.

Ayrıca, değiştirilmiş tasarımda, kollektör pn bağlantısı emitör bağlantısından çok daha büyüktür. Bu parametre temel katmandan gelen küçük taşıyıcıların toplanmasını iyileştirme ve iletim katsayısını yükseltme ihtiyacı nedeniyle.

Bipolar transistörlerin hızı, temel katmanın kalınlığına bağlıdır: ne kadar kalınsa, tüm devre fonksiyonları o kadar yavaştır. Ancak bu tabakayı aşırı derecede inceltmek de mümkün değildir. Kalınlığın azalmasıyla birlikte azınlık taşıyıcılarının taban katmanının gövdesinden geçişi için gereken zaman aralığı da azalır, ancak aynı zamanda sınırlayıcı kollektör voltajında ​​önemli bir azalma olur. Bu nedenle, seçim doğru beden temel, bu fenomenlerin her ikisi de dikkate alınarak gerçekleştirilir.

Cihaz ve çalışma prensibi

Şekil 2: Kesitte düzlemsel bipolar n-p-n transistör

Bipolar transistörlerin ilk modelleri metalik germanyum kullanılarak yapılmıştır ( yarı iletken malzeme). Üzerinde şu an bu amaçlar için tek kristalli silikon ve tek kristalli galyum arsenit kullanılır.

Şekil 3: Tek silikon kristalleri ve galyum arsenit

En hızlı cihazlar galyum arsenit kullananlardır. Bu nedenle, çoğunlukla ultrafast elemanları olarak kullanılırlar. mantık devreleri ve mikrodalga yükselteç devreleri.

Yukarıda bahsedildiği gibi, bir bipolar transistörün yapısı, farklı doping seviyelerine sahip emitör, taban ve kollektör katmanlarından oluşur ve her katman, bir ohmik (doğrultucu olmayan) temas ile temsil edilen kendi elektroduna bağlanır.

Transistörün hafif katkılı taban katmanı, yüksek düzeyde omik direnç ile karakterize edilir.

Yayıcı-taban ve toplayıcı-taban kontaklarını ilişkilendirirken, birincisinin ikinciden daha düşük boyutta olduğu not edilebilir.

Bu tasarım aşağıdaki noktalardan kaynaklanmaktadır:

• Büyük bir toplayıcı-taban bağlantısı, tabandan toplayıcıya aktarılan küçük yük taşıyıcılarının (NCC) miktarını artırmanıza olanak tanır;
• Şu anda aktif çalışma K-B bağlantısı, kollektör bağlantı bölgesinde güçlü ısı oluşumuna neden olan ters öngerilim koşulları altında çalışır, bu nedenle ısı dağılımını iyileştirmek için alanı artırmak gerekir.

Böylece, "ideal" simetrik bipolar transistör sadece teorik hesaplamalarda ve teorinin transistöre aktarılmasında ortaya çıkar. pratik taban en yüksek verime sahip olan simetriye sahip olmayan modellerin tam olarak olduğunu göstermektedir.

Aktif kazanç modunda, E-bağlantısı transistörde ileri yönlüdür (açık hale gelir) ve K-bağlantısı ters yönlüdür (kapalı hale gelir). Tersi durumda, E-kavşak kapatıldığında ve K-kavşak açıldığında, ters anahtarlama bipolar transistör.

Transistörlerin çalışma sürecini daha ayrıntılı olarak ele alırsak n-p-n tipi, daha sonra, her şeyden önce, ana NC'lerin (yük taşıyıcıların) E-B bağlantısı boyunca yayıcı katmandan taban katmanına geçişi gözlenir. Elektronlar tarafından temsil edilen NS'nin bir kısmı, her iki yükün nötralizasyonuna ve beraberinde enerji salınımına yol açan temel deliklerle etkileşime girer. Bununla birlikte, taban katmanı oldukça ince ve hafif katkılıdır, bu da etkileşim sürecinin toplam süresini çok fazla artırır. büyük miktar emitör NC'nin kollektör katmanına nüfuz etmek için zamanı vardır. Ayrıca yanlı kollektör bağlantısının oluşturduğu elektrik alan kuvvetinin etkisi. Bu kuvvet nedeniyle, taban katmanından çekilen elektron sayısı önemli ölçüde artar.

Sonuç olarak, değer kollektör akımı pratik olarak taban katmanındaki emitörün kendi akımını hesaplayan eksi kayıplara eşittir. Kollektör akımının değerini hesaplamak için aşağıdaki formül kullanılır:

burada Ik kollektör akımıdır, Ie emitör akımıdır, α emitör akımı transfer katsayısıdır.

α katsayısının değer aralığı 0,9 ila 0,99 arasında değişir. Daha büyük değerler, transistör tarafından daha verimli akım çevirisine izin verir. Bu durumda α değeri, K-B ve B-E bağlantılarının gösterdiği voltaj ile belirlenmez. Sonuç olarak, çeşitli çalışma voltajı seçeneklerinin koşulları altında, Ik ve Ib arasında orantılı bir ilişki korunur. Bu orantılılığın katsayısını bulmak için aşağıdaki formül kullanılır:

β = α/(1 − α).

β değerleri 10-100 aralığında olabilir. Bundan, büyük bir kollektör akımının çalışmasını düzenlemek için, tabanda düşük bir akımla yönetmenin oldukça mümkün olduğu sonucuna varabiliriz.

Bipolar transistörlerin hareket sırası çeşitleri

Normal aktif mod

karakteristik:

1. Açık yayıcı-taban bölgesi (ileri sapma);
2. Kapalı kollektör taban alanı (ters yönde ofset);
3. Yayıcı-taban bölgesinde pozitif voltaj seviyesi;
4. Kollektör-taban bölgesinde negatif voltaj seviyesi.

3. ve 4. maddeler p-n-p transistörler içindir. olan modeller için n-p-n yapısı karakteristik verilenin tersi olacaktır.

Ters aktif mod

karakteristik:

1. Yayıcı kavşağında ters önyargı;
2. Kollektör kavşağında ileri sapma.

Öğelerin geri kalanı normal aktif modla aynıdır.

doygunluk modu

karakteristik:

1. E-kavşak ve K-bağlantısının dış kaynaklarla bağlantısı;
2. İleriye dönük yayıcı ve kollektör bağlantısı;
3. Dış kaynakların elektrik alanı nedeniyle dağınık elektrik alanının zayıflaması;
4. Ana NS'nin difüzyonunun kontrolünün zayıflamasına ve ayrıca bir kaymaya yol açacak potansiyel bariyer seviyesinde bir azalma Büyük bir sayı yayıcı ve toplayıcı bölgelerden taban bölgesine delikler.

Son noktadan dolayı emiter ve kollektör doyma akımlarının oluşması (Ie.sat. ve Ik.sat.)

Aynı modda, K-E geçişinde "doyma gerilimi" kavramı belirir. Onun sayesinde açık bir transistör için voltaj düşüşünün derecesini belirleyebilirsiniz. Benzer şekilde, B-E geçişi için doyma gerilimi, indirgenmiş bölüm için gerilim düşüşünün derecesini belirler.

kesme modu

karakteristik:

• K-bölgesinde ters yönde ofset;
• E-bağlantısının herhangi bir yönde yer değiştirmesi, eşiği aşmaması koşuluyla, yayıcı tarafından taban katmanına elektron emisyon sürecinin başlangıcını sınırlayan.

Bir silikon bipolar transistör durumunda verilen göstergenin seviyesi 0,6-0,7 Volt'a ulaşır, bu, kesme modunun tabanda sıfır akım gücünde veya 0,7 Volt'tan daha düşük bir voltaj seviyesinde mümkün olduğu anlamına gelir. EB kavşağı.

bariyer rejimi

karakteristik:

• Taban segmenti ve kollektör bağlantısı kısa veya küçük boyutlu bir direnç kullanıyor;
• Transistör elemanı üzerinden akımı ayarlayabilmesi için kollektör veya emiter devresine bir direnç bağlanır.

Sunulan moddaki eylem, yarı iletken bir triyodu, bir diyotun analoguna dönüştürür. seri bağlantı mevcut ayar direncine. Bu şemaya göre inşa edilmiş bir kaskad, az sayıda bileşene sahiptir ve kullanılan cihazın özelliklerinden neredeyse bağımsızdır.

Anahtarlama şemaları

içeren bir özellik için transistör devresi iki önemli gösterge kullanılır:

• Çıkış akımının (Iout) giriş akımına (Iin) oranı ile hesaplanan sabit akım kazancı katsayısının değeri;
• Giriş voltajının (Uin) giriş akımına (Iin) oranı olarak hesaplanan giriş direncinin (Rin) değeri.

Ortak bir taban (OB) ile açma

Şekil 4: OB'li Amplifikatör

karakteristik:

• Girişteki direnç seviyesinin en düşük ve çıkışın en yüksek olduğu devrenin bir çeşidi;
• α (mevcut kazanç) ile 1'e yaklaşır;
• Büyük bir Ku'ya (voltaj kazancı) sahiptir;
• Sinyalin faz ters çevrilmesi yoktur.

α katsayısını belirlemek için kollektör akımının emitör akımına oranını (başka bir deyişle çıkış akımının giriş akımına oranını) hesaplamak gerekir.

Giriş direnci Rin'i belirlemek için giriş voltajı ve giriş akımının oranını (başka bir deyişle, E-B bağlantısındaki voltajın ve emitör akımının oranını) hesaplamak gerekir. OB'li devreler için bu parametrenin değeri maksimum 100 ohm'a ulaşır (düşük güçlü bir bipolar transistörde).

OB ile anahtarlama devreleri kullanmanın avantajları

• İyi sıcaklık ve frekans değeri;
• Yüksek voltaj toleransı.

OB ile anahtarlama devreleri kullanmanın eksileri

• Hafif derecede akım amplifikasyonu (çünkü α katsayısının değeri birliğe ulaşmaz);
• Düşük giriş empedansı;
• İş iki tarafından sağlanır farklı kaynaklar Gerilim.

Ortak Verici Anahtarlama (CE)

karakteristik:

• Çıkış akımı, kollektör akımına karşılık gelir;
• Giriş akımı, temel akıma karşılık gelir;
• Giriş voltajı, şu anki voltaja karşılık gelir: B-E geçişi;

Bu devre için β katsayısını (akım kazancı), çıkış akımının giriş akımına oranı (kolektör akımından baz akımına; kollektör akımının emitör ve kolektör akımları arasındaki farka oranı) üzerinden hesaplayabilirsiniz.

Giriş direncini (Rin) belirlemek için giriş voltajının giriş akımına oranı (B-E bağlantısındaki voltajın tabandaki akıma) oranı hesaplanır.

• β katsayısının büyük değeri;
• Voltaj kazancının büyük değeri;
• Çoğu yüksek seviye güç amplifikasyonu;
• Yalnızca bir güç kaynağı kullanılır;
• Çıkış voltajı ters çevrilir (girişe göre).

OE ile anahtarlama devreleri kullanmanın avantajları

• OB'li anahtarlama devrelerine göre sıcaklık ve frekans değeri çok daha düşüktür.

Ortak bir kollektör ile açma (OK)

karakteristik:

• Çıkış akımı, emitör akımına karşılık gelir;
• Giriş akımı, temel bölgedeki akıma karşılık gelir;
• Giriş voltajı, B-K bağlantısındaki voltaja karşılık gelir;
• Çıkış voltajı, K-E bağlantısındaki voltaja karşılık gelir.

β göstergesinin hesaplanması, çıkış akımının giriş akımına oranı üzerinden gerçekleştirilir (yayıcı bölgedeki akım, taban bölgesindeki akıma; emitör bölge akımı, E ve K akımı arasındaki farka).

Girişteki direncin değeri, giriş voltajının giriş akımına oranı ile belirlenir (B-E üzerindeki voltajların toplamının oranı ve K-E geçişleri bazdaki mevcut göstergeye).

Bu tip bir bağlantıya sahip bir devreye emitör takipçisi denir.

OK ile çalıştırma devrelerinin avantajları

• Girişte önemli direnç seviyesi;
• Düşük çıkış direnci.

OK ile çalıştırma devrelerinin eksileri

• Gerilim kazancını karakterize eden göstergenin değeri birliğe ulaşmıyor.

Bipolar transistörler için önemli göstergeler

• Mevcut aktarımı karakterize eden göstergenin değeri;
• Çıkış direnci seviyesi;
• Çıkış iletkenliğinin değeri;
• Değer ters K-E akım;
• Açmak için gereken süre;
• Baz akımın transferini karakterize eden göstergenin sınırlama frekansının seviyesi;
• Kollektör alanındaki ters akımın büyüklüğü;
• İzin verilen maksimum akımın değeri;
• Akım transferini karakterize eden göstergenin kesme frekansı seviyesi (OE'li devreler için).

Bipolar transistörün tanımlayıcı nitelikleri iki ana gruba ayrılır. İlk parametre grubu, transistörün çalışması sırasında görünen ancak kullanılan bağlantı türüne bağlı olmayan özelliklerin listesini belirler. Bunlar şunları içerir:

• Akım kazancının değeri α;
• toplam emitör direnci;
• Toplam toplayıcı direnci;
• Enine yönde tabandaki direnç değeri.

İkinci grubun parametreleri hakkında konuşursak, kullanılan anahtarlama şemasına göre değişirler. Ek olarak, transistör özelliklerinin doğrusal olmaması dikkate alınmalıdır, bu nedenle ikincil özellikler listesi yalnızca düşük seviyeli frekanslara ve düşük genlikli darbelere uygulanabilir.

İkincil parametreler şunlardır:

• Giriş direnci seviyesi;
• gösteren göstergenin değeri geri bildirim voltaj ile;
• Mevcut transfer göstergesinin değeri;
• Çıkış iletkenlik seviyesi.

Yukarıdaki noktalara ek olarak, dikkate alınmalıdır ki, yüksek frekans bir düşüş gerektirir kapasitif direnç, mevcut güçte bir azalma ve ardından α ve β katsayılarının değerlerinde bir azalma. α ve β'de 3 dB azalmaya neden olan frekans göstergesi sınır olarak belirlenir.

Uygulamalar

Yarı iletken triyotlar aşağıdakileri oluşturmak için kullanılabilir:

• Amplifikatörler, amplifikasyon basamakları;
• sinyal üreteçleri;
• modülatörler;
• Demodülatörler (dedektörler);
• invertörler ( mantıksal öğeler) vb.

Ek bilgiler http://www.aistsoft.ru/ adresinde bulunabilir. AIST sistemi, özel bilgiler (teknik açıklamalar, pasaportlar, çizimler, sertifikalar vb.) için büyük bir veri kaynağıdır.

Makaleye yorumlar, eklemeler yazın, belki bir şeyleri kaçırdım. Bir göz atın, benimkinde faydalı başka bir şey bulursanız sevinirim.

transistör

transistör - yarı iletken cihaz ile izin vermek zayıf sinyal daha güçlü bir sinyal sürün. Bu özellik nedeniyle, genellikle bir transistörün bir sinyali yükseltme yeteneğinden bahsederler. Aslında, hiçbir şeyi yükseltmese de, sadece çok daha zayıf akımlarla büyük bir akımı açıp kapatmanıza izin verir. Transistörler elektronikte çok yaygındır, çünkü herhangi bir denetleyicinin çıkışı nadiren 40 mA'dan fazla bir akım üretebilir, bu nedenle 2-3 düşük güçlü LED'e bile artık doğrudan mikro denetleyiciden güç sağlanamaz. Transistörlerin kurtarmaya geldiği yer burasıdır. Makale, ana transistör türlerini tartışıyor, Farklar P-N-P itibaren N-P-N bipolar transistörler, N-kanal alan etkili transistörlerden P-kanalı, transistörleri bağlamanın ana incelikleri düşünülür ve uygulama kapsamı ortaya çıkar.

Bir transistörü röle ile karıştırmayın. Röle basit bir anahtardır. Metal kontakların kapatılması ve açılması konusundaki çalışmalarının özü. Transistör daha karmaşıktır ve çalışması bir elektron deliği geçişine dayanmaktadır. Bununla ilgili daha fazla bilgi edinmek istiyorsanız, basitten karmaşığa bir transistörün işleyişinde size yol gösteren mükemmel bir videoyu izleyebilirsiniz. Videonun yapım yılı kafanızı karıştırmayın - o zamandan beri fizik yasaları değişmedi ve malzemenin bu kadar yüksek kalitede sunulduğu daha yeni bir video bulunamadı:

transistör türleri

bipolar transistör

Bipolar transistör, hafif yükleri (düşük güçlü motorlar ve servolar gibi) sürmek için tasarlanmıştır. Her zaman üç çıktısı vardır:

Toplayıcı (müh. toplayıcı) - servis edildi yüksek voltaj transistörün kontrol ettiği

• Baz (İngilizce baz) - transistörü açmak veya kapatmak için akım verilir veya kapatılır

Verici (İngilizce emitör) - transistörün "son" çıkışı. Akım, kollektörden ve tabandan akar.

Bipolar transistör akım tarafından kontrol edilir. Tabana ne kadar fazla akım uygulanırsa, kollektörden emitöre o kadar fazla akım akacaktır. Vericiden kollektöre geçen akımın, transistörün tabanından geçen akıma oranına kazanç denir. olarak belirlenmiş hfe (İngiliz edebiyatında kazanç denir).

örneğin, eğer hfe= 150 ve tabandan 0,2 mA geçerse, transistör kendi içinden maksimum 30 mA geçer. 25 mA çeken bir bileşen bağlıysa (örneğin bir LED), 25 mA ile sağlanacaktır. 150 mA çeken bir bileşen bağlanırsa, ona yalnızca maksimum 30 mA sağlanacaktır. Kontak belgeleri, izin verilen maksimum akım ve voltaj değerlerini gösterir. baz-> yayıcı Ve kolektör -> yayıcı . Bu değerlerin aşılması transistörün aşırı ısınmasına ve arızalanmasına yol açar.

Komik Resimler:

NPN ve PNP bipolar transistörler

2 tip polar transistör vardır: NPN Ve PNP. Katmanların değişiminde farklılık gösterirler. N (negatif - negatif) fazla miktarda negatif yük taşıyıcısı (elektron) olan bir katmandır, P (pozitif - pozitiften) fazla miktarda pozitif yük taşıyıcısı (delikler) olan bir katmandır. Yukarıdaki videoda elektronlar ve delikler hakkında daha fazla bilgi edinin.

Transistörlerin davranışı, katmanların değişimine bağlıdır. Yukarıdaki animasyon gösteriyor NPN transistör. İÇİNDE PNP transistör kontrolü tersine çevrilir - akım, taban topraklandığında ve tabandan akım geçtiğinde bloke edildiğinde transistörden geçer. diyagramda PNP Ve NPN ok yönünde farklılık gösterir. Ok her zaman geçişi gösterir. n ile P:

Şemada NPN (solda) ve PNP (sağda) transistörlerin tanımı

NPN transistörleri daha verimli oldukları için elektronikte daha yaygındır.

FET

Alan etkili transistörler bipolardan farklıdır dahili cihaz. MOS transistörleri amatör elektronikte en yaygın olanıdır. MOS, metal oksit iletkeninin kısaltmasıdır. İngilizce'de aynı: Metal-Oksit-Yarı İletken Alan Etkili Transistör, MOSFET olarak kısaltılır. MOS transistörleri kontrol etmenizi sağlar büyük kapasiteler transistörün kendisinin nispeten küçük bir boyutu ile. Transistör akımla değil voltajla sürülür. Transistör bir elektrikle kontrol edildiğinden alan, transistör adını aldı - alan uluma.

Alan etkili transistörlerin en az 3 çıkışı vardır:

Drenaj - kontrol etmek istediğiniz yüksek voltaj uygulanır

Kapı (İngiliz kapısı) - transistörü kontrol etmek için voltaj uygulanır

Kaynak (İngilizce kaynak) - transistör "açık" olduğunda akım, drenajdan akar

Alan etkili transistörlü bir animasyon olmalı, ancak transistörlerin kendilerinin şematik gösterimi dışında hiçbir şekilde bipolardan farklı olmayacak, bu nedenle animasyon olmayacak.

N kanalı ve P kanalı FET'leri

Alan etkili transistörler de cihaza ve davranışa göre 2 tipe ayrılır. N kanal(N kanalı) kapıya enerji verildiğinde açılır ve kapanır. voltaj olmadığında. P kanalı(P kanalı) tam tersi şekilde çalışır: kapıda voltaj olmadığı sürece akım transistörden geçer. Kapıya voltaj uygulandığında akım durur. Şemada, alan etkili transistörler biraz farklı şekilde gösterilmiştir:

Bipolar transistörlere benzer şekilde, alan etkili transistörlerin polaritesi farklıdır. N-Kanal transistörü yukarıda açıklanmıştır. En yaygın olanlarıdır.

P-Kanalı, gösterildiğinde ok yönünde farklılık gösterir ve yine "ters çevrilmiş" bir davranışa sahiptir.

Bir FET'in araba kullanabileceğine dair bir yanlış anlama var alternatif akım. Bu doğru değil. Alternatif akımı kontrol etmek için bir röle kullanın.

Darlington transistör

Darlington transistörüne atıfta bulunmak tamamen doğru değil ayrı tip transistörler. Ancak bu yazıda onlardan bahsetmemek mümkün değil. Darlington transistörü çoğunlukla birkaç transistör içeren bir mikro devre şeklinde bulunur. Örneğin, ULN2003. Darlington transistörü, hızlı bir şekilde açılıp kapanma (bu, birlikte çalışmanıza izin verdiği anlamına gelir) ve aynı zamanda yüksek akımlara dayanma yeteneği ile karakterize edilir. Bu, bir tür kompozit transistördür ve önceki aşamanın emitöründeki yük, bir sonraki aşamanın transistörünün baz-yayıcı bağlantısı olacak şekilde bağlanan iki veya nadiren daha fazla transistörün kademeli bir bağlantısıdır, yani, transistörler kollektörler tarafından bağlanır ve emitör giriş transistörüçıkış tabanına bağlanır. Ek olarak, önceki transistörün emitörünün dirençli yükü, kapanmayı hızlandırmak için devrenin bir parçası olarak kullanılabilir. Bir bütün olarak böyle bir bağlantı, transistörler aktif moddayken mevcut kazancı yaklaşık olarak tüm transistörlerin kazançlarının ürününe eşit olan bir transistör olarak kabul edilir.

Transistör bağlantısı

Arduino kartının, maksimum 40 mA'ya kadar akım ile çıkışa 5 V'luk bir voltaj sağlayabildiği bir sır değil. Bu akım, güçlü bir yükü bağlamak için yeterli değildir. Örneğin, doğrudan çıkışa bağlanmaya çalışırken LED şerit veya bir motor, Arduino'nun çıkışına zarar vermeniz garanti edilir. Tüm kurulun başarısız olması mümkündür. Ek olarak, bazı eklenti bileşenlerinin çalışması için 5V'den fazla ihtiyaç duyulabilir. Bu sorunların her ikisi de transistör tarafından çözülür. Ayrı bir güç kaynağından gelen güçlü bir akımı kontrol etmek için Arduino çıkışından küçük bir akım kullanmak veya daha büyük bir voltajı kontrol etmek için 5 V'luk bir voltaj kullanmak yardımcı olacaktır (en zayıf transistörlerin bile nadiren 50 V'un altında bir voltaj limiti vardır). Örnek olarak, bir motor bağlamayı düşünün:

Yukarıdaki şemada, motor ayrı bir güç kaynağına bağlanmıştır. Motor pini ile motorun güç kaynağı arasına herhangi bir Arduino dijital pini kullanılarak kontrol edilecek bir transistör yerleştirdik. Denetleyici çıkışından denetleyici çıkışına YÜKSEK bir sinyal uygulandığında, transistörü açmak için çok küçük bir akım alacağız ve transistörden büyük bir akım akacak ve denetleyiciye zarar vermeyecektir. Arduino çıkışı ile transistörün tabanı arasına takılan dirence dikkat edin. Mikrodenetleyici - transistör - toprak yolu boyunca akan akımı sınırlamak ve önlemek için gereklidir. kısa devre. Daha önce de belirtildiği gibi, bir Arduino pininden çekilebilecek maksimum akım 40mA'dır. Bu nedenle, en az 125 ohm (5V / 0.04A = 125 ohm) bir dirence ihtiyacımız var. 220 ohm'luk bir direnci güvenle kullanabilirsiniz. Aslında direnç, transistör üzerinden gerekli akımı elde etmek için tabana uygulanması gereken akım dikkate alınarak seçilmelidir. İçin doğru seçim direnç, kazancı hesaba katmanız gerekir ( hfe).

ÖNEMLİ!! Ayrı bir güç kaynağından güçlü bir yük bağlarsanız, yük güç kaynağının toprağını ("eksi") ve Arduino'nun toprağını ("GND" pini) fiziksel olarak bağlamanız gerekir. Aksi takdirde, transistörü kontrol edemezsiniz.

kullanma alan etkili transistör, geçitte akım sınırlayıcı bir direnç gerekli değildir. Transistör yalnızca voltajla çalıştırılır ve geçitten akım geçmez.

Bir zamanlar transistörler yerini aldı vakum tüpleri. Bunun nedeni, daha küçük boyutlara, yüksek güvenilirliğe ve daha az pahalı üretim maliyetlerine sahip olmalarıydı. Şimdi, bipolar transistörlertüm yükseltici devrelerdeki temel elemanlardır.

İki elektron deliği birleşimi oluşturan üç katmanlı bir yapıya sahip yarı iletken bir elementtir. Bu nedenle, bir transistör arka arkaya iki diyot olarak temsil edilebilir. Ana şarj taşıyıcılarının ne olacağına bağlı olarak, p-n-p Ve n-p-n transistörler.

Temel- transistör tasarımının temeli olan bir yarı iletken katman.

yayıcı işlevi, temel katmana yük taşıyıcıların enjeksiyonu olan yarı iletken katman olarak adlandırılır.

Kolektör işlevi, taban katmanından geçen yük taşıyıcıları toplamak olan yarı iletken katman olarak adlandırılır.

Kural olarak, emitör, tabandan çok daha fazla sayıda temel yük içerir. Bu, transistörün çalışması için temel koşuldur, çünkü bu durumda, yayıcı bağlantısının ileri bir önyargısıyla akım, vericinin ana taşıyıcıları tarafından belirlenecektir. Yayıcı, görevini yerine getirebilecek ana işlev– taşıyıcıların taban katmanına enjeksiyonu. Ters emitör akımı genellikle mümkün olduğu kadar küçük olmaya çalışılır. Yayıcının çoğunluk taşıyıcılarında bir artış, yüksek bir safsızlık konsantrasyonu kullanılarak elde edilir.

Taban mümkün olduğunca ince yapılır. Bu, ücretlerin ömrü ile ilgilidir. Yük taşıyıcıları, toplayıcıya ulaşmak için tabanı geçmeli ve tabanın ana taşıyıcıları ile mümkün olduğunca az yeniden birleşmelidir.

Toplayıcının tabandan geçen taşıyıcıları daha tam olarak toplayabilmesi için tabanı genişletmeye çalışıyorlar.

Transistörün çalışma prensibi

üzerinde düşünün p-n-p örneği transistör.

Dış gerilimlerin yokluğunda, katmanlar arasında bir potansiyel farkı kurulur. Geçitlerde potansiyel bariyerler kurulur. Ayrıca emitör ve kollektördeki delik sayısı aynı ise potansiyel bariyerler de aynı genişlikte olacaktır.

Transistörün düzgün çalışması için emitör bağlantısı ileri yönlü ve kollektör bağlantısı ters yönlü olmalıdır.. Bu eşleşecek aktif mod transistör çalışması. Böyle bir bağlantı kurmak için iki kaynağa ihtiyaç vardır. Ue gerilimli bir kaynak, emitöre bir pozitif kutup ve tabana bir negatif kutup ile bağlanır. Uk gerilimli bir kaynak, kollektöre negatif bir kutupla ve tabana pozitif olarak bağlanır. ve Ue< Uк.

Ue geriliminin etkisi altında, emitör bağlantısı ileri yönde kaydırılır. Bilindiği gibi, elektron deliği geçişi ileri yönlü olduğunda, dış alan geçiş alanının karşısına yönlendirilir ve bu nedenle onu azaltır. Ana taşıyıcılar geçişten geçmeye başlar, emitörde bunlar 1-5 arası delikler ve 7-8 baz elektronlarındadır. Ve emitördeki deliklerin sayısı tabandaki elektronların sayısından fazla olduğu için emitör akımı esas olarak onlardan kaynaklanmaktadır.

Yayıcı akımı, yayıcı akımın delik bileşeni ile tabanın elektronik bileşeninin toplamıdır.

Sadece delik bileşeni kullanışlı olduğu için elektronik bileşeni mümkün olduğu kadar küçük yapmaya çalışırlar. niteliksel özellik yayıcı bağlantı enjeksiyon oranı.

Enjeksiyon katsayısını 1'e yaklaştırmaya çalışırlar.

Tabana geçen 1-5 arası delikler, emitör bağlantısının sınırında birikir. Böylece, emitörün yakınında yüksek bir konsantrasyonda delikler ve kollektör bağlantısı yakınında düşük bir konsantrasyon oluşturulur, bunun sonucunda deliklerin emitörden kollektör bağlantısına difüzyon hareketi başlar. Ancak kollektör bağlantısının yakınında, delik konsantrasyonu sıfır kalır, çünkü delikler bağlantıya ulaşır ulaşmaz, iç alanı tarafından hızlandırılırlar ve toplayıcıya çekilir (çekilir). Elektronlar bu alan tarafından itilir.

Delikler taban katmanını geçerken orada bulunan elektronlarla örneğin delik 5 ve elektron 6 olarak yeniden birleşirler. Delikler sürekli içeri girdiklerinden fazla pozitif yük oluştururlar, dolayısıyla elektronlar da gelmelidir, bunlar baz terminali üzerinden çekilir ve baz akımı Ibr'yi oluşturur. Bu önemli durum transistör çalışması – tabandaki deliklerin konsantrasyonu yaklaşık olarak elektron konsantrasyonuna eşit olmalıdır. Başka bir deyişle tabanın elektriksel nötrlüğü sağlanmalıdır.

Toplayıcıya ulaşan delik sayısı, tabandaki yeniden birleştirilen deliklerin miktarı kadar emitörden ayrılan delik sayısından daha azdır. yani, Kollektör akımı, emiter akımından baz akım ile farklılık gösterir.

buradan geliyor transfer katsayısı 1'e yaklaştırmaya çalıştıkları taşıyıcılar.

Transistörün kollektör akımı, Icr delik bileşeninden ve kollektör ters akımından oluşur.

Ters kollektör akımı, kollektör bağlantısının ters eğiliminin bir sonucu olarak meydana gelir, bu nedenle bir 9 deliğinin ve bir elektronun 10 azınlık taşıyıcılarından oluşur. ters akım azınlık taşıyıcılar tarafından oluşturulur, sadece termojenerasyon sürecine, yani sıcaklığa bağlıdır. Bu nedenle, genellikle denir termal akım.

Transistörün kalitesi, termal akımın büyüklüğüne bağlıdır, ne kadar küçükse, transistör o kadar iyidir.

Kollektör akımı emitöre bağlanır akım aktarım oranı.

Bir transistördeki akımlar aşağıdaki gibi gösterilebilir.