Kas ir bipolārais tranzistors un kādas komutācijas shēmas pastāv

Pusvadītāju ierīču (SS) izmantošana radioelektronikā ir plaši izplatīta. Līdz ar to dažādu ierīču izmēri ir samazinājušies. Bipolārais tranzistors ir saņēmis plašu pielietojumu, dažu īpašību dēļ tā funkcionalitāte ir plašāka nekā vienkārša lauka efekta tranzistoram. Lai saprastu, kāpēc tas ir nepieciešams un kādos apstākļos tas tiek izmantots, ir jāņem vērā tā darbības princips, savienojuma metodes un klasifikācija.

Ierīce un darbības princips

Tranzistors ir elektronisks pusvadītājs, kas sastāv no 3 elektrodiem, no kuriem viens ir vadības elektrods. Bipolāra tipa tranzistors atšķiras no polārā ar 2 veidu lādiņu nesēju (negatīvo un pozitīvu) klātbūtnē.

Negatīvie lādiņi ir elektroni, kas izdalās no kristāliskā režģa ārējā apvalka. Atbrīvotā elektrona vietā veidojas pozitīvs lādiņa veids jeb caurumi.

Bipolārā tranzistora (BT) ierīce ir diezgan vienkārša, neskatoties uz tās daudzpusību. Tas sastāv no 3 vadoša tipa slāņiem: emitera (E), bāzes (B) un kolektora (K).

Izstarotājs (no latīņu valodas "atbrīvot") ir pusvadītāju savienojuma veids, kura galvenā funkcija ir lādiņu ievadīšana bāzē. Kolektoru (no latīņu valodas "kolektors") izmanto emitētāja lādiņu saņemšanai. Pamats ir vadības elektrods.

Izstarotāja un kolektora slāņi ir gandrīz vienādi, taču atšķiras piemaisījumu pievienošanas pakāpe, lai uzlabotu PCB īpašības. Piemaisījumu pievienošanu sauc par dopingu. Kolektora slānim (CL) dopings ir vāji izteikts, lai palielinātu kolektora spriegumu (Uk). Emitētāja pusvadītāju slānis ir stipri leģēts, lai palielinātu reverso pieļaujamo sadalījumu U un uzlabotu nesēju ievadīšanu pamatslānī (palielinās strāvas pārneses koeficients - Kt). Pamatnes slānis ir viegli leģēts, lai nodrošinātu lielāku pretestību (R).

Pāreja starp bāzi un izstarotāju pēc platības ir mazāka nekā K-B. Pateicoties apgabalu atšķirībai, notiek Kt uzlabošanās. PCB darbības laikā K-B pāreja tiek ieslēgta ar apgrieztu novirzi, lai atbrīvotu galveno siltuma daudzuma daļu Q, kas tiek izkliedēta un nodrošina labāku kristāla dzesēšanu.

BT ātrums ir atkarīgs no pamatslāņa (BS) biezuma. Šī atkarība ir vērtība, kas mainās apgriezti proporcionāli. Ar mazāku biezumu - lielāks ātrums. Šī atkarība ir saistīta ar lādiņu nesēju lidojuma laiku.Tomēr tajā pašā laikā Uk samazinās.

Starp emitētāju un K plūst spēcīga strāva, ko sauc par strāvu K (Ik). Starp E un B plūst neliela strāva - strāva B (Ib), ko izmanto kontrolei. Kad mainās Ib, mainās Ik.

Tranzistoram ir divi p-n pārejas: E-B un K-B. Kad režīms ir aktīvs, E-B ir savienots ar tiešā tipa novirzi, un CB ir savienots ar pretējo nobīdi. Tā kā E-B pāreja ir atvērtā stāvoklī, negatīvie lādiņi (elektroni) ieplūst B. Pēc tam tie daļēji rekombinējas ar caurumiem. Tomēr lielākā daļa elektronu sasniedz KB B zemās leģitimitātes un biezuma dēļ.

BS elektroni ir nelieli lādiņu nesēji, un elektromagnētiskais lauks palīdz tiem pārvarēt K-B pāreju. Palielinoties Ib, E-B atvere paplašināsies un vairāk elektronu darbosies starp E un K. Šajā gadījumā notiks ievērojams zemas amplitūdas signāla pastiprinājums, jo Ik ir lielāks par Ib.

Lai vieglāk izprastu bipolārā tipa tranzistora darbības fizisko nozīmi, nepieciešams to saistīt ar labu piemēru. Jāpieņem, ka sūknis ūdens sūknēšanai ir barošanas avots, ūdens krāns ir tranzistors, ūdens ir Ik, krāna roktura griešanās pakāpe ir Ib. Lai palielinātu spiedienu, nedaudz jāpagriež krāns - lai veiktu vadības darbību. Pamatojoties uz piemēru, mēs varam secināt par vienkāršu programmatūras darbības principu.

Tomēr, ievērojami palielinoties U K-B pārejā, var notikt triecienjonizācija, kas izraisa lavīnas lādiņa pavairošanu.Apvienojumā ar tuneļa efektu šis process rada elektrisku un, palielinoties laikam, termisku sabrukumu, kas atspējo PP. Dažreiz termiskais sabrukums notiek bez elektriskā sadalījuma, ko izraisa ievērojams strāvas pieaugums caur kolektora izeju.

Turklāt U pārejot uz K-B un E-B, mainās šo slāņu biezums, ja B ir plāns, tad rodas slēgšanas efekts (to sauc arī par punkciju B), kurā tiek savienotas pārejas K-B un E-B. Šīs parādības rezultātā PP pārtrauc pildīt savas funkcijas.

Darbības režīmi

Bipolāra tipa tranzistors var darboties 4 režīmos:

1. Aktīvs.
2. Izgriezumi (RO).
3. Piesātinājums (PH).
4. Barjera (RB).

BT aktīvais režīms ir parastais (NAR) un apgrieztais (IAR).

Normāls aktīvais režīms

Šajā režīmā U plūst E-B krustojumā, kas ir tiešs un tiek saukts par E-B spriegumu (Ue-b). Režīms tiek uzskatīts par optimālu un tiek izmantots lielākajā daļā shēmu. Pāreja E ievada lādiņus bāzes reģionā, kas virzās uz kolektoru. Pēdējais paātrina uzlādi, radot pastiprinājuma efektu.

Apgrieztais aktīvais režīms

Šajā režīmā K-B pāreja ir atvērta. BT darbojas pretējā virzienā, t.i., caurumu lādiņu nesēji tiek ievadīti no K, kas iet cauri B. Tos savāc pāreja E. PP pastiprināšanas īpašības ir vājas, un BT šajā režīmā tiek izmantoti reti.

Piesātinājuma režīms

Pie PH abas pārejas ir atvērtas. Kad E-B un K-B ir savienoti ar ārējiem avotiem virzienā uz priekšu, BT darbosies nesējraķetē. E un K savienojumu difūzijas elektromagnētisko lauku vājina elektriskais lauks, ko rada ārēji avoti.Tā rezultātā samazināsies galveno lādiņnesēju barjeras spēja un tiks ierobežota difūzā spēja. Sāksies caurumu iesmidzināšana no E un K uz B. Šis režīms galvenokārt tiek izmantots analogajā tehnoloģijā, taču dažos gadījumos var būt izņēmumi.

Izslēgšanas režīms

Šajā režīmā BT pilnībā aizveras un nespēj vadīt strāvu. Taču BT ir nenozīmīgas mazo lādiņnesēju plūsmas, kas rada termiskās strāvas ar mazām vērtībām. Šo režīmu izmanto dažāda veida aizsardzībai pret pārslodzi un īssavienojumiem.

barjeras režīms

BT bāze caur rezistoru ir savienota ar K. K vai E ķēdē ir iekļauts rezistors, kas nosaka strāvas vērtību (I) caur BT. BR bieži izmanto ķēdēs, jo tas ļauj BT darboties jebkurā frekvencē un lielākā temperatūras diapazonā.

Pārslēgšanas shēmas

Lai pareizi lietotu un pievienotu BT, jums jāzina to klasifikācija un veids. Bipolāro tranzistoru klasifikācija:

1. Ražošanas materiāls: germānija, silīcijs un arsenidogallijs.
2. Ražošanas iezīmes.
3. Izkliedētā jauda: mazjaudas (līdz 0,25 W), vidēja (0,25-1,6 W), jaudīga (virs 1,6 W).
4. Ierobežojošā frekvence: zemfrekvences (līdz 2,7 MHz), vidējas frekvences (2,7-32 MHz), augstfrekvences (32-310 MHz), mikroviļņu (vairāk nekā 310 MHz).
5. Funkcionālais mērķis.

BT funkcionālais mērķis ir sadalīts šādos veidos:

1. Pastiprinoši zemfrekvences ar normalizētu un nenormalizētu trokšņu skaitli (NiNNKSh).
2. Augstas frekvences pastiprināšana ar NiNNKSh.
3. Pastiprinoša mikroviļņu krāsns ar NiNNKSh.
4. Spēcīga augstsprieguma pastiprināšana.
5. Ģenerators ar augstām un īpaši augstām frekvencēm.
6. Mazjaudas un lieljaudas augstsprieguma komutācijas ierīces.
7. Spēcīgs impulss augstām U vērtībām.

Turklāt ir šāda veida bipolāri tranzistori:

1. P-n-p.
2. N-p-n.

Bipolārā tranzistora ieslēgšanai ir 3 shēmas, no kurām katrai ir savas priekšrocības un trūkumi:

1. Ģenerālis B.
2. Ģenerālis E.
3. Ģenerālis K.

Ieslēgšana ar kopējo bāzi (OB)

Ķēde tiek pielietota augstās frekvencēs, ļaujot optimāli izmantot frekvences reakciju. Savienojot vienu BT saskaņā ar shēmu ar OE un pēc tam ar OB, tā darbības biežums palielināsies. Šī savienojuma shēma tiek izmantota antenas tipa pastiprinātājos. Tiek samazināts trokšņa līmenis augstās frekvencēs.

Priekšrocības:

1. Optimāla temperatūra un plašs frekvenču diapazons (f).
2. Augstvērtīga Apvienotā Karaliste.

Trūkumi:

1. Zemu es iegūstu.
2. Zema ieeja R.

Common-Emitter Switching (CE)

Savienojot saskaņā ar šo shēmu, pastiprināšana notiek U un I. Ķēdi var darbināt no viena avota. Bieži izmanto jaudas pastiprinātājos (P).

Priekšrocības:

1. Liels ieguvums I, U, P.
2. Viens barošanas avots.
3. Izvades mainīgais U ir apgriezts attiecībā pret ievadi.

Tam ir būtiski trūkumi: zemākā temperatūras stabilitāte un frekvences raksturlielumi ir sliktāki nekā savienojumā ar OB.

Ieslēgšana ar kopējo kolektoru (OK)

Ievade U tiek pilnībā pārsūtīta atpakaļ uz ieeju, un Ki ir līdzīgs, kad tas ir savienots ar OE, taču tajā ir mazs U.

Šis pārslēgšanas veids tiek izmantots, lai saskaņotu kaskādes, kas izgatavotas uz tranzistoriem vai ar ieejas signāla avotu, kam ir augsta izeja R (kondensatora tipa mikrofons vai noņēmējs). Priekšrocības ietver šādas: liela ievades vērtība un maza izvade R.Trūkums ir zemais U pieaugums.

Bipolāro tranzistoru galvenie raksturlielumi

Galvenās BT īpašības:

1. es iegūstu.
2. Ieeja un izeja R.
3. Reverss Ik-e.
4. Ieslēgšanas laiks.
5. Pārraides frekvence Ib.
6. Reverss Ik.
7. Maksimālā I vērtība.

Lietojumprogrammas

Bipolāro tranzistoru izmantošana ir plaši izplatīta visās cilvēka darbības jomās. Ierīces galvenais pielietojums tika saņemts pastiprināšanas, elektrisko signālu ģenerēšanas ierīcēs, kā arī kalpo kā komutējams elements. Tos izmanto dažādos jaudas pastiprinātājos, parastajos un komutācijas barošanas avotos ar iespēju pielāgot U un I vērtības datortehnoloģijā.

Turklāt tos bieži izmanto, lai izveidotu dažādu patērētāju aizsardzību pret pārslodzi, U pārspriegumiem un īssavienojumiem. Tos plaši izmanto kalnrūpniecības un metalurģijas nozarēs.

Līdzīgi raksti: