Star News
Bipolaarse transistori pöördkollektori vool. Bipolaarne transistor, transistori kaskaadi arvutamine
Ühise emitteriga bipolaarse transistori sisselülitamise skeem on näidatud joonisel 5.15:
Transistori omadused selles režiimis erinevad ühise baasrežiimi omadustest. Transistoris, mis on ühendatud vastavalt ühisele emitterahelale, on võimendus mitte ainult pinges, vaid ka voolus. Ühise emitteriga ahela sisendparameetriteks on baasvool I b ja kollektori pinge U k ning väljundparameetriteks kollektori vool I k ja pinge emitteril U e.
Varem, kui analüüsiti bipolaarset transistori ühises baasahelas, saadi kollektorivoolu ja emitteri voolu suhe järgmisel kujul:
Ühises emitteri ahelas (vastavalt Kirchhoffi esimesele seadusele).
pärast tegurite ümberkorraldamist saame:
(5.30)
Riis. 5.15. Ühise emitteriga transistori lülitusahel
Koefitsient α / (1-α) teguri I b ees näitab, kuidas muutub kollektori vool I k baasvoolu I b ühekordse muutusega. Seda nimetatakse bipolaarse transistori vooluvõimenduseks ühises emitteri ahelas. Me tähistame seda koefitsienti β-ga.
(5.31)Kuna ülekandekoefitsiendi α väärtus on ühtsuse lähedal (α > 1). Ülekandekoefitsiendi väärtuste α = 0,98÷0,99 korral jääb võimendus vahemikku β = 50÷100.
Võttes arvesse (5.31), aga ka I k0 * = I k0 / (1-α), saab avaldise (5.30) ümber kirjutada järgmiselt:
(5.32)
kus I k0 * \u003d (1 + β) I k0 on üksiku p-n-siirde soojusvool, mis on palju suurem kui kollektori soojusvool I k0, ja r k väärtus on määratletud kui r k * = r k / (1 + β).
Diferentseerides võrrandi (5.32) baasvoolu I b suhtes, saame β = ΔI kuni /ΔI b. Sellest järeldub, et võimendus β näitab, mitu korda muutub kollektori vool I k baasvoolu I b muutumisel.
β väärtuse iseloomustamiseks bipolaarse transistori parameetrite funktsioonina tuletame meelde, et emitteri voolu ülekandetegur on defineeritud kui α = γ κ, kus . Järelikult 
. β väärtuse jaoks saadi järgmine väärtus: β = α/(1-α). Alates W/L 
(5.33)
Joonisel 5.16a on kujutatud ühise emitteriga ahela järgi ühendatud bipolaarse transistori voolu-pinge karakteristikud, mille kõverate parameetriks on baasvool. Võrreldes neid omadusi bipolaarse transistori sarnaste omadustega ühises baasahelas, on näha, et need on kvalitatiivselt sarnased.
Analüüsime, miks väikesed muutused baasvoolus I b põhjustavad olulisi muutusi kollektorivoolus I k Koefitsiendi β väärtus, mis on oluliselt suurem kui üks, tähendab, et ülekandetegur α on ühe lähedal. Sel juhul on kollektori vool lähedane emitteri voolule ja baasvool (füüsikalise olemuse rekombinatsioon) on palju väiksem nii kollektori kui ka emitteri vooludest. Kui koefitsiendi väärtus α = 0,99 100-st emitteri ristmiku kaudu sisestatud avast, eraldatakse 99 läbi kollektori ristmiku ja ainult üks rekombineerub baasis olevate elektronidega ja aitab kaasa baasvoolule.
Riis. 5.16. Bipolaarse transistori KT215V volt-ampri omadused, mis on ühendatud vastavalt skeemile ühise emitteriga:
a) sisendomadused; b) väljundomadused
Baasvoolu kahekordistamine (kaks auku peaks uuesti kombineerima) põhjustab kaks korda suurema sissepritse emitteri ristmiku kaudu (tuleks süstida 200 auku) ja vastavalt sellele väljatõmbe läbi kollektori ristmiku (198 auku tuleks välja tõmmata). Seega põhjustab baasvoolu väike muutus, näiteks 5 kuni 10 µA, suuri muutusi kollektorivoolus, vastavalt 500 µA-lt 1000 µA-le.
TRANSISTOR- pooljuhtseade elektriliste võnkumiste võimendamiseks, genereerimiseks ja muundamiseks, mis on valmistatud ühekristallilise pooljuhi baasil ( Si- räni või Ge- germaanium), mis sisaldab vähemalt kolme piirkonda erineva - elektroonilise ( n) ja auk ( lk) - juhtivus. Leiutasid 1948. aastal ameeriklased W. Shockley, W. Brattain ja J. Bardeen. Füüsikalise ehituse ja voolu reguleerimise mehhanismi järgi eristatakse bipolaarseid transistore (sagedamini nimetatakse lihtsalt transistorid) ja unipolaarseid transistore (sagedamini nimetatakse väljatransistoriteks). Esimeses, mis sisaldab kahte või enamat elektron-augu üleminekut, toimivad laengukandjatena nii elektronid kui ka augud, teises aga kas elektronid või augud. Terminit "transistor" kasutatakse sageli pooljuhtseadmetel põhinevate kaasaskantavate raadiosaadete vastuvõtjate tähistamiseks.
Väljundahela voolu juhitakse sisendpinge või voolu muutmisega. Väike sisendväärtuste muutus võib kaasa tuua palju suurema muutuse väljundpinges ja voolus. Seda transistoride võimendavat omadust kasutatakse analoogtehnoloogias (analoogtelevisioon, raadio, side jne).
Selles artiklis vaatleme bipolaarset transistorit
Bipolaarne transistor võib olla n-p-n ja p-n-p juhtivus. Transistori sisemusi uurimata võib juhtivuse erinevust täheldada ainult ühenduse polaarsuses praktilistes toiteallikate, kondensaatorite, dioodide ahelates, mis on nende ahelate osa. Parempoolne joonis näitab graafiliselt n-p-n ja p-n-p transistorid.
Transistoril on kolm terminali. Kui käsitleme transistori neljapooluselisena, peaks sellel olema kaks sisend- ja kaks väljundklemmi. Seetõttu peavad mõned järeldused olema ühised, nii sisendi kui ka väljundahela puhul.
Transistori lülitusahelad
Ühise emitteriga transistori lülitusahel– mõeldud sisendsignaali amplituudi võimendamiseks pinge ja voolu osas. Sel juhul pööratakse transistori poolt võimendatud sisendsignaal ümber. Teisisõnu, väljundsignaali faasi pööratakse 180 kraadi. See ahel on peamine erineva amplituudi ja kujuga signaalide võimendamiseks. OE-ga transistoriastme sisendtakistus on sadadest oomidest kilooomide ühikuteni ja väljundtakistus ühikutest kümnete kilooomideni.
Ühise kollektoriga transistori sisselülitamise skeem– mõeldud sisendsignaali amplituudi võimendamiseks vooluga. Pingevõimendust sellises vooluringis ei toimu. Õigemini on pinge võimendus isegi väiksem kui ühtsus. Sisendsignaali transistor ei inverteeri.
OK-ga transistori kaskaadi sisendtakistus on kümnetest kuni sadade kilooomideni ja väljundtakistus on sadade oomide piires - kilooomi ühikutes. Kuna emitteri ahelas asub reeglina koormustakisti, on ahelal suur sisendtakistus. Lisaks on sellel sisendvoolu võimenduse tõttu suur kandevõime. Neid ühise kollektorahela omadusi kasutatakse transistori astmete sobitamiseks - "puhverastmena". Kuna sisendsignaal ilma amplituudi võimendamiseta "kordub" väljundis, nimetatakse ka ühise kollektoriga transistori sisselülitamise ahelat. emitteri järgija.
On rohkemgi Ühise alusega transistori sisselülitamise skeem. See kaasamisskeem on teoreetiliselt olemas, kuid praktikas on seda väga raske rakendada. Sellist lülitusahelat kasutatakse kõrgsagedustehnoloogias. Selle eripära on see, et sellel on madal sisendtakistus ja sellist kaskaadi on sisendis keeruline koordineerida. Minu kogemus elektroonikas pole väike, aga rääkides sellest transistori lülitusahelast, siis vabandust, ma ei tea midagi! Kasutasin seda paar korda "võõra" skeemina, aga kunagi ei saanud aru. Selgitan: kõigi füüsikaseaduste kohaselt juhib transistorit selle baas, õigemini baas-emitteri rada mööda voolav vool. Transistori sisendklemmi - väljundi baasi - kasutamine pole võimalik. Tegelikult on transistori alus "istutatud" läbi kondensaatori korpuse kõrge sagedusega, kuid seda ei kasutata väljundis. Ja galvaaniliselt, läbi suure takistusega takisti, on alus ühendatud kaskaadi väljundiga (rakendatud on eelpinge). Kuid tegelikult saate nihet rakendada kõikjal, isegi lisaallikast. Igatahes kustutatakse baasi sisenev mis tahes kujuga signaal läbi sama kondensaatori. Et selline kaskaad toimiks, on sisendväljund - emitter "istutatud" korpusele läbi väikese takistusega takisti, sellest ka väike sisendtakistus. Üldiselt on ühise alusega transistori lülitusahel teoreetikute ja eksperimenteerijate teema. Praktikas on see äärmiselt haruldane. Oma praktikas vooluahelate kujundamisel ei ole ma kunagi kohanud vajadust kasutada ühisbaastransistori lülitusahelat. Seda seletatakse selle lülitusahela omadustega: sisendtakistus - ühikutest kümnete oomideni ja väljundtakistus - sadadest kilooomidest megaoomide ühikuteni. Selliseid spetsiifilisi parameetreid on harva vaja.
Bipolaarne transistor võib töötada lülitus- ja lineaarses (võimendus) režiimis. Võtmerežiimi kasutatakse erinevates juhtimisskeemides, loogikaahelates jne. Võtmerežiimis võib transistor olla kahes tööolekus - avatud (küllastunud) ja suletud (lukustatud) olekus. Lineaarset (võimendus) režiimi kasutatakse harmooniliste signaalide võimendusahelates ja see nõuab transistori hoidmist "poolavatud", kuid mitte küllastunud olekus.
Transistori töö uurimiseks käsitleme kõige olulisema lülitusahelana ühise emitteri transistori lülitusahelat.
Skeem on näidatud joonisel. Diagrammil VT- transistor ise. Takistid R b1 ja R b2- transistori eelpingeahel, mis on tavaline pingejagur. Just see ahel tagab, et transistor nihutatakse harmoonilise signaali võimendusrežiimis ilma moonutusteta "tööpunkti". Takisti R kuni- transistori astme koormustakisti, mis on ette nähtud transistori kollektori varustamiseks toiteallika elektrivooluga ja selle piiramiseks "avatud" transistori režiimis. Takisti R e- tagasiside takisti, suurendab oma olemuselt astme sisendtakistust, vähendades samal ajal sisendsignaali võimendust. Kondensaatorid C täidavad galvaanilise isolatsiooni funktsiooni väliste ahelate mõjust.
Et teile oleks selgem, kuidas bipolaarne transistor töötab, toome analoogia tavapärase pingejaguriga (vt joonist allpool). Esiteks takisti R2 muudame pingejaguri juhitavaks (muutuvaks). Muutes selle takisti takistust nullist "lõpmatult" suure tähtsusega, saame sellise jagaja väljundis pinge nullist kuni selle sisendisse antud väärtuseni. Kujutage nüüd ette, et takisti R1 pingejagur on transistori astme kollektortakisti ja takisti R2 Pingejagur on transistori kollektor-emitter ristmik. Samal ajal, rakendades transistori alusele elektrivoolu vormis juhtimistoimingut, muudame kollektori-emitteri ristmiku takistust, muutes seeläbi pingejaguri parameetreid. Erinevus muutuvast takistist seisneb selles, et transistori käitatakse väikese vooluga. Nii töötab bipolaarne transistor. Ülaltoodu on kujutatud alloleval joonisel: 
Selleks, et transistor töötaks signaali võimendusrežiimis, ilma viimast moonutamata, on vaja tagada just see töörežiim. Nad räägivad transistori aluse nihkest. Pädevad spetsialistid lõbustavad end reegliga: transistorit juhib vool - see on aksioom. Kuid transistori nihkerežiimi määrab baas-emitteri pinge, mitte vool - see on reaalsus. Ja sellele, kes ei arvesta eelpingetega, ei tööta ükski võimendi. Seetõttu tuleks arvutustes arvesse võtta selle väärtust.
Niisiis, bipolaarse transistori kaskaadi töö võimendusrežiimis toimub baas-emitteri ristmikul teatud nihkepingel. Ränitransistori puhul on eelpinge väärtus vahemikus 0,6 ... 0,7 volti, germaaniumi puhul - 0,2 ... 0,3 volti. Teades seda kontseptsiooni, saate mitte ainult arvutada transistori astmeid, vaid ka kontrollida mis tahes transistori võimendi astme tervist. Piisab transistori baasemitteri eelpinge mõõtmisest suure sisetakistusega multimeetriga. Kui see ei vasta räni puhul 0,6 ... 0,7 voltile või germaaniumi puhul 0,2 ... 0,3 voltile, siis otsige riket siit - kas transistor on vigane või selle transistori astme eel- või lahtisidumise ahelad on vigane.
Ülaltoodu on näidatud graafikul - voolu-pinge karakteristik (CVC). 
Enamik "spetsialiste" ütleb esitatud CVC-d vaadates: Mis jama on kesksele graafikule joonistatud? Nii et transistori väljundkarakteristikud ei näe välja! See on näidatud paremal graafikul! Vastan, seal on kõik õige, aga see sai alguse elektronvaakumtorudest. Varem peeti lambi voolu-pinge karakteristikuks pingelangust anooditakistil. Nüüd jätkavad nad kollektortakisti mõõtmist ja graafikule omistavad tähed, mis näitavad transistori pingelangust, milles nad on sügavalt eksinud. Vasakul graafikul I b - U olla esitatakse transistori sisendtunnus. Keskkaardil I to - U ke esitatakse transistori väljundvoolu-pinge karakteristik. Ja õigel graafikul I R – U R esitatakse koormustakisti voolu-pinge graafik R kuni, mis on tavaliselt antud transistori enda voolu-pinge tunnusena.
Graafikul on punktidega piiratud lineaarne osa, mida kasutatakse sisendsignaali lineaarseks võimendamiseks AGA ja FROM. Keskmine punkt - AT, on täpselt see punkt, kus on vaja sisaldada võimendusrežiimis töötavat transistori. See punkt vastab teatud nihkepingele, mida tavaliselt arvutustes võetakse: ränitransistori puhul 0,66 volti või germaaniumtransistori puhul 0,26 volti.
Vastavalt transistori voolu-pinge karakteristikule näeme järgmist: kui transistori baas-emitteri ristmikul puudub või madal nihkepinge, puuduvad baasvool ja kollektori vool. Sel hetkel langeb kogu toiteallika pinge kollektori-emitteri ristmikul. Transistori baasemitteri eelpinge edasisel suurenemisel hakkab transistor avanema, ilmub baasvool ja sellega koos suureneb kollektori vool. Punktis "tööpiirkonda" jõudes FROM, läheb transistor lineaarsesse režiimi, mis jätkub punktini AGA. Sel juhul väheneb pingelang kollektori-emitteri ristmikul ja koormustakistil R kuni, vastupidi, suureneb. Punkt AT- transistori eelpinge tööpunkt on selline punkt, kus transistori kollektori-emitteri ristmikul seatakse reeglina pingelang, mis võrdub täpselt poole toiteallika pingega. Sagedusreaktsiooni segment punktist FROM, asja juurde AGA nimetatakse nihke tööruumiks. Pärast punkti AGA, baasvool ja seetõttu kollektori vool suurenevad järsult, transistor avaneb täielikult - siseneb küllastusse. Sel hetkel langeb kollektor-emitteri ristmikul konstruktsioonist tingitud pinge n-p-nüleminekud, mis on ligikaudu võrdne 0,2 ... 1 voltiga, sõltuvalt transistori tüübist. Kogu muu toiteallika pinge langeb transistori - takisti koormustakistusele R kuni., mis piirab ka kollektorivoolu edasist suurenemist.
Madalamate "lisanäitajate" järgi näeme, kuidas muutub pinge transistori väljundis sõltuvalt sisendile antud signaalist. Transistori väljundpinge (kollektori pingelangus) on sisendsignaali suhtes faasist väljas (180 kraadi).
Transistori kaskaadi arvutamine ühise emitteriga (CE)
Enne otse transistori kaskaadi arvutamise juurde asumist pöörake tähelepanu järgmistele nõuetele ja tingimustele:
Transistori kaskaadi arvutamine toimub reeglina lõpust (st väljundist);
Transistori astme arvutamiseks peate määrama pingelangu transistori kollektori-emitteri ristmikul puhkerežiimis (kui sisendsignaali pole). See valitakse nii, et signaal oleks võimalikult moonutamata. Ühetsüklilise transistori etapis, mis töötab "A" režiimis, on see tavaliselt pool toiteallika pingest;
Transistori emitteri ahelas jookseb kaks voolu - kollektori vool (mööda kollektor-emitteri teed) ja baasvool (piki baas-emitteri rada), kuid kuna baasvool on piisavalt väike, võib selle tähelepanuta jätta ja eeldada. et kollektori vool on võrdne emitteri vooluga;
Transistor on võimenduselement, seega on aus öelda, et selle võimet signaale võimendada peab väljendama mingi väärtusega. Võimenduse väärtust väljendab indikaator, mis on võetud kvadripoolide teooriast - baasvoolu võimendustegur ühise emitteriga (OE) lülitusahelas ja seda tähistatakse - h 21. Selle väärtus on antud teatud tüüpi transistoride teatmeteostes ja tavaliselt on pistik teatmeteostes (näiteks: 50–200). Arvutuste jaoks valitakse tavaliselt minimaalne väärtus(näite põhjal valime väärtuse - 50);
Koguja ( R kuni) ja emitter ( R e) takistused mõjutavad transistori astme sisend- ja väljundtakistusi. Võime eeldada, et kaskaadi sisendtakistus R in \u003d R e * h 21, ja väljund on R out \u003d R to. Kui te ei hooli transistori astme sisendtakistusest, saate ilma takistita üldse hakkama R e;
Takisti reitingud R kuni ja R e piirata transistori läbivaid voolusid ja transistori poolt hajutatud võimsust.
OE-ga transistori kaskaadi arvutamise järjekord ja näide
Algandmed:
Toitepinge U i.p.= 12 V.
Valime selle jaoks transistori, näiteks: Transistor KT315G:
Pmax=150 mW; Maksimaalne=150 mA; h 21>50.
Nõustu R kuni \u003d 10 * R e
Pinge b-e töötab võtke transistori punktid U bae= 0,66 V
Lahendus:
1. Määrame maksimaalse staatilise võimsuse, mida transistor hajutab vahelduvsignaali läbimise hetkedel läbi transistori staatilise režiimi tööpunkti B. See peaks olema väärtus, mis on 20 protsenti väiksem (tegur 0,8) teatmikus näidatud transistori maksimaalsest võimsusest.
Nõustu P ras.max \u003d 0,8 * P max\u003d 0,8 * 150 mW \u003d 120 mW
2. Määrake kollektori vool staatilises režiimis (signaal puudub):
I k0 \u003d P ras.max / U ke0 \u003d P ras.max / (U i.p. / 2)= 120mW/(12V/2) = 20mA.
3.
Arvestades, et pool toitepingest langeb transistoril staatilises režiimis (signaal puudub), langeb teine pool toitepingest takistite vahel:
(R k + R e) \u003d (U i.p. / 2) / I k0\u003d (12 V / 2) / 20 mA \u003d 6 V / 20 mA \u003d 300 oomi.
Arvestades olemasolevat takisti väärtuste vahemikku, samuti asjaolu, et oleme valinud suhte R kuni \u003d 10 * R e, leiame takistite väärtused: R kuni= 270 oomi; R e= 27 oomi.
4. Leidke pinge ilma signaalita transistori kollektoris. U k0 \u003d (U ke0 + I k0 * R e) \u003d (U i.p. - I k0 * R k)\u003d (12 V - 0,02 A * 270 oomi) \u003d 6,6 V.
5. Määrame transistori juhtimisbaasi voolu: I b \u003d I kuni / h 21 \u003d / h 21= / 50 = 0,8 mA.
6. Kogu baasvoolu määrab baaspinge, mille annab pingejagur R b1,R b2. Takistusliku baasjaguri vool peab olema palju suurem (5-10 korda) kui baasjuhtvool I b et viimane ei mõjutaks eelpinget. Valime jagaja voolu 10 korda suurema kui baasjuhtvoolu: R b1,R b2: I juhtum. \u003d 10 * I b= 10 * 0,8 mA = 8,0 mA.
Siis takistite kogutakistus R b1 + R b2 \u003d U i.p. / I divi.= 12 V / 0,008 A = 1500 oomi.
7. Leidke pinge emitteris puhkerežiimis (signaal puudub). Transistori astme arvutamisel tuleb arvestada: töötava transistori baas-emitteri pinge ei tohi ületada 0,7 volti! Sisendsignaalita režiimis on emitteri pinge ligikaudu võrdne: U e \u003d I k0 * R e\u003d 0,02 A * 27 oomi \u003d 0,54 V,
kus ma k0 on transistori puhkevool.
8. Määrake aluse pinge U b \u003d U e + U be=0,54V+0,66V=1,2V
Siit leiame pingejaguri valemi kaudu: R b2 \u003d (R b1 + R b2) * U b / U i.p.= 1500 oomi * 1,2 V / 12 V = 150 oomi
R b1 \u003d (R b1 + R b2) -R b2\u003d 1500 oomi - 150 oomi \u003d 1350 oomi \u003d 1,35 kOhm.
Takisti seeria järgi tänu sellele, et läbi takisti R b1 ka baasvool voolab, valime takisti vähenemise suunas: R b1\u003d 1,3 kOhm.
9. Eralduskondensaatorid valitakse kaskaadi vajaliku sageduskarakteristiku (ribalaiuse) alusel. Transistori astmete normaalseks tööks sagedustel kuni 1000 Hz on vaja valida kondensaatorid, mille nimiväärtus on vähemalt 5 μF.
Madalatel sagedustel sõltub kaskaadi amplituud-sageduskarakteristik (AFC) isolatsioonikondensaatorite laadimisajast teiste kaskaadi elementide, sealhulgas naaberkaskaadi elementide kaudu. Mahtuvus peaks olema selline, et kondensaatoritel poleks aega laadida. Transistori astme sisendtakistus on palju suurem kui väljundtakistus. Kaskaadi sagedusreaktsioon madala sagedusega piirkonnas määratakse ajakonstandiga t n \u003d R * C tolli, kus R in \u003d R e * h 21, C sisse on kaskaadi eraldav sisendmahtuvus. C välja transistori aste, see C sisse järgmine kaskaad ja see arvutatakse samamoodi. Kaskaadi madalam piirsagedus (sageduskarakteristiku piirsagedus) f n \u003d 1 / t n. Kvaliteetse võimenduse jaoks on transistori kaskaadi projekteerimisel vaja valida nii, et suhe 1/t n \u003d 1 / (R * C tolli)<
Transistori kaskaadi võtmerežiimi arvutamine toimub täpselt samamoodi nagu eelnevalt läbi viidud võimenduskaskaadi arvutus. Ainus erinevus seisneb selles, et võtmerežiim võtab puhkerežiimis transistori kaks olekut (signaal puudub). See on kas suletud (kuid mitte lühistatud) või avatud (kuid mitte üleküllastunud). Samal ajal on "puhke" tööpunktid väljaspool CVC-l kujutatud punkte A ja C. Kui transistor peab olema vooluahelal suletud olekus signaalita, on vaja eemaldada takisti eelnevalt näidatud kaskaadahelast R b1. Kui on nõutav, et transistor oleks puhkeolekus avatud, on vaja takistit kaskaadahelas suurendada R b2 10 korda suurem arvutatud väärtus ja mõnel juhul saab selle skeemist eemaldada.
Transistori kaskaadi arvutamine on lõppenud.
1. lehekülg 2-st
Bipolaarse transistori seade ja tööpõhimõte
Bipolaarne transistor on pooljuhtseade, mille ühes pooljuhtkristallis on moodustatud kaks elektron-augu ristmikku. Need üleminekud moodustavad pooljuhis kolm erinevat tüüpi elektrijuhtivusega piirkonda. Ühte äärmist ala nimetatakse emitteriks (E), teist kollektoriks (K), keskmist baasiks (B). Igasse piirkonda joodetakse metalljuhtmed, et lülitada transistor elektriahelas sisse.
Emiteri ja kollektori elektrijuhtivus on vastupidine aluse elektrijuhtivusele. Sõltuvalt p- ja n-piirkondade vaheldumise järjekorrast eristatakse p-n-p ja n-p-n struktuuriga transistore. Transistoride p-n-p ja n-p-n tavapärased graafilised tähised erinevad ainult elektroodil oleva noole suunas, mis näitab emitterit.
Transistoride p-n-p ja n-p-n tööpõhimõte on sama, seega käsitleme edaspidi ainult p-n-p struktuuriga transistori tööd.
Emitteri ja alusega moodustatud elektron-augu ristmikku nimetatakse emitteri ristmikuks ning kollektori ja baasi ristmikku nimetatakse kollektorsiirdeks. Üleminekute vaheline kaugus on väga väike: kõrgsagedustransistoride puhul on see alla 10 mikromeetri (1 μm = 0,001 mm) ja madalsagedustransistoride puhul ei ületa 50 μm.
Kui transistor töötab, saavad selle ristmikud toiteallikast välist pinget. Sõltuvalt nende pingete polaarsusest saab iga üleminekut ühendada nii edasi- kui ka vastupidises suunas. Transistori töörežiimi on kolm: 1) väljalülitusrežiim - mõlemad üleminekud ja vastavalt ka transistor on täielikult suletud; 2) küllastusrežiim - transistor on täielikult avatud; 3) aktiivne režiim on režiim, mis jääb kahe esimese vahele. Lõike- ja küllastusrežiime kasutatakse koos võtmeetappides, kui transistor on vaheldumisi kas täielikult avatud või täielikult lukustatud selle baasi sisenevate impulsside sagedusega. Klahvirežiimis töötavaid kaskaade kasutatakse impulssahelates (lülitustoiteallikad, telerite horisontaalse skaneerimise väljundastmed jne). Osaliselt väljalülitusrežiimis võivad võimsusvõimendite väljundastmed töötada.
Kõige sagedamini kasutatakse transistore aktiivses režiimis. See režiim määratakse, rakendades transistori alusele väikest pinget, mida nimetatakse biaspingeks (U vt.) Transistor avaneb veidi ja vool hakkab voolama läbi selle ristmike. Transistori tööpõhimõte põhineb asjaolul, et emitteri ristmikku läbiv suhteliselt väike vool (baasvool) juhib kollektoriahelas suuremat voolu. Emittervool on baas- ja kollektorivoolude summa.
Bipolaarse transistori töörežiimid
Katkestusrežiim transistor saadakse siis, kui emitteri ja kollektori p-n üleminekud on ühendatud väliste allikatega vastassuunas. Sel juhul liiguvad mõlema p-n-siirde kaudu väga väikesed pöördemittervoolud ( I EBO) ja koguja ( ma KBO). Baasvool võrdub nende voolude summaga ja ulatub sõltuvalt transistori tüübist mikroamprite ühikutest - μA (ränitransistoride puhul) kuni milliamprite ühikuteni - mA (germaaniumtransistoride jaoks).
Kui emitteri ja kollektori p-n ristmikud on ühendatud väliste allikatega edasisuunas, on transistor küllastusrežiim . Emitteri ja kollektori ristmike difusiooni elektrivälja nõrgendab osaliselt väliste allikate tekitatud elektriväli U EB ja U KB. Selle tulemusena väheneb potentsiaalbarjäär, mis piirab peamiste laengukandjate difusiooni ning algab aukude tungimine (sissepritse) emitterist ja kollektorist alusesse, st voolud voolavad läbi emitteri ja kollektori. transistor, mida nimetatakse emitteri küllastusvooludeks ( Mina e.us) ja koguja ( I K.us).
Kasutatakse signaalide võimendamiseks transistori aktiivne režiim
.
Kui transistor on aktiivses režiimis, lülitub selle emitteri ristmik sisse edasisuunas ja kollektori ristmik vastupidises suunas.
Alalispinge all U EB süstib emitterist alusesse augud. Olles sattunud n-tüüpi alusesse, muutuvad augud selles väiksemateks laengukandjateks ja difusioonijõudude toimel liiguvad (hajuvad) kollektori p-n ristmikule. Osa aluse aukudest täidetakse (rekombineerub) selles olevate vabade elektronidega. Aluse laius on aga väike, mitmest ühikust kuni 10 µm. Seetõttu jõuab põhiosa aukudest kollektori p-n ristmikuni ja kandub selle elektrivälja abil kollektorisse. On selge, et kollektori vool I Kp ei saa olla suurem kui emitteri vool, kuna mõned augud rekombineeruvad aluses. Sellepärast I Kp = h 21B I uh
Väärtus h 21B nimetatakse emitteri staatiliseks vooluülekandeteguriks. Kaasaegsete transistoride jaoks h 21B= 0,90…0,998. Kuna kollektori ristmik on sisse lülitatud vastupidises suunas (tihti öeldakse, et see on pöördpingega), siis läbib seda ka vastupidine vool. ma KBO, mille moodustavad aluse (augud) ja kollektori (elektronid) vähemuskandjad. Seetõttu on ühise baasahela järgi ühendatud transistori kollektori koguvool
I juurde =
h 21B I uh + mina KBO
Avad, mis ei jõudnud kollektori ristmikuni ja rekombineeriti (täidetud) aluses, annavad sellele positiivse laengu. Aluse elektrilise neutraalsuse taastamiseks siseneb sellesse välisahelast sama palju elektrone. Elektronide liikumine välisahelast alusele tekitab selles rekombinatsioonivoolu I B.rec. Lisaks rekombinatsioonivoolule läbib baasi vastupidises suunas pöördkollektori vool ja kogu baasvool
I B \u003d I B. jõgi - I KBO
Aktiivses režiimis on baasvool kümneid ja sadu kordi väiksem kui kollektori vool ja emitteri vool.
Bipolaarse transistori lülitusahelad
Eelmisel diagrammil allika moodustatud elektriahel U EB, transistori emitterit ja alust nimetatakse sisendiks ning allika moodustatud ahelat U KB, kollektor ja sama transistori alus - väljund. Alus on transistori ühine elektrood sisend- ja väljundahelate jaoks, seetõttu nimetatakse seda lisamist ühiseks baasahelaks või lühendatult "OB-skeem".
Järgmisel joonisel on kujutatud vooluringi, milles sisend- ja väljundahelate ühine elektrood on emitter. See on tavaline emitteri lülitusahel või lühidalt "OE skeem".
K I– vooluvõimendus
K U- pinge suurenemine
K P- võimsuse suurendamine
Eelmine leht – Järgmine leht
Ühise alusega transistori sisselülitamise skeem
Ühise kollektoriga transistori sisselülitamise skeem
Ühise emitteriga transistori lülitusahel
Bipolaarsete transistoride lülitusahelad
Ühise emitteri ahela järgi ühendatud transistori aluse ja emitteri vahele on ühendatud signaaliallikas ning kollektoriga on ühendatud koormus. Toiteallikate samade märkide poolused on ühendatud transistori emitteriga. Kaskaadi sisendvool on transistori baasvool ja väljundvool on kollektori vool. See on näidatud joonisel 20, kasutades näidet bipolaarse p-n-p transistori lülitamisest elektriahelasse.
Joonis 20 - Skeem ühise emitteri p-n-p transistoriga
Praktikas saavad nad hakkama ühe, mitte kahe toiteallikaga. Transistori klemmide kaudu voolava voolu suund on toodud joonisel. N-p-n-transistori sisselülitamine on täpselt sama, mis p-n-p-transistori sisselülitamine, kuid sel juhul peate mõlema toiteallika polaarsuse ümber pöörama.
Joonis 21 - Skeem ühise emitteri transistoriga n-p-n
Astme võimendus on võrdne kollektori voolu ja baasvoolu suhtega ning võib tavaliselt ulatuda kümnetest kuni mitmesajani. Transistor, mis on ühendatud vastavalt ühisele emitteri ahelale, võib teoreetiliselt anda võimsuse osas maksimaalse signaalivõimenduse, võrreldes muude transistori sisselülitamise võimalustega. Vaadeldava astme sisendtakistus, mis on võrdne baas-emitteri pinge ja baasvoolu suhtega, jääb vahemikku sadadest tuhandete oomideni. See on vähem kui kaskaadi puhul, mille transistor on ühendatud ühisesse kollektoriahelasse. Ühise emitteri astme väljundsignaalil on sisendsignaali suhtes 180° faasinihe. Temperatuurikõikumised mõjutavad oluliselt ühise emitteri ahela järgi ühendatud transistori töörežiimi ja seetõttu tuleks kasutada spetsiaalseid temperatuuri stabiliseerimisahelaid. Tulenevalt asjaolust, et vaadeldavas kaskaadis on transistori kollektorsiirde takistus suurem kui ühise alusega kaskaadi puhul, kulub laengukandjate rekombinatsiooniks ja sellest tulenevalt ka ühise emitteriga kaskaadiks rohkem aega. on halvema sagedusomadusega.
Ühise kollektoriahela järgi ühendatud transistori emitteriga ühendatakse koormus ja alusele suunatakse sisendsignaal. Astme sisendvool on transistori baasvool ja väljundvool on emitteri vool. See kajastub joonisel 22, mis näitab bipolaarse p-n-p transistori lülitusahelat.
Joonis 22 - Skeem ühise kollektori p-n-p transistoriga
Väljundsignaal võetakse emitteri väljundiga järjestikku ühendatud koormustakistilt. Lava sisendil on suur takistus, tavaliselt kümnendikest megaoomist mõne megaoomini, mis tuleneb sellest, et transistori kollektori ristmik on lukustatud. Ja kaskaadi väljundtakistus, vastupidi, on väike, mis võimaldab selliseid kaskaade kasutada eelmise kaskaadi sobitamiseks koormusega. Ühise kollektorahela järgi ühendatud transistoriga kaskaad ei võimenda pinget, vaid võimendab voolu (tavaliselt 10 ... 100 korda). Lavale rakendatava signaali sisendpinge faas langeb kokku väljundpinge faasiga, s.o. inversiooni ei ole. Sisend- ja väljundsignaali faasi säilitamise tõttu on ühise kollektoriga kaskaadil erinev nimi - emitteri järgija. Emiteri järgija temperatuuri- ja sagedusomadused on halvemad kui kaskaadil, milles transistor on ühendatud ühise baasahela järgi.
Joonis 23 - Ühise baastransistori p-n-p skeem
Ühise baasahela järgi kokkupandud kaskaadis rakendatakse sisendsignaali pinge emitteri ja transistori aluse vahele ning väljundpinge eemaldatakse kollektorbaasi klemmidelt. Transistori p-n-p struktuuri sisselülitamine vastavalt ühise alusega ahelale on näidatud joonisel 23.
Sel juhul on komponendi emitteri ristmik avatud ja selle juhtivus on kõrge. Kaskaadi sisendtakistus on väike ja jääb tavaliselt vahemikku mõnest kuni sadade oomideni, mis on tingitud kirjeldatud transistori sisselülitamise puudusest. Lisaks on ühisbaastransistoriga kaskaadi tööks vaja kahte eraldi toiteallikat ja kaskaadi vooluvõimendus on väiksem kui ühtsus. Kaskaadi pingevõimendus ulatub sageli kümnetest kuni mitmesajani.
Eeliste hulka kuuluvad kaskaadi funktsioneerimise võimalus oluliselt kõrgemal sagedusel võrreldes kahe teise transistori sisselülitamise võimalusega ning temperatuurikõikumiste nõrk mõju kaskaadi tööle. Seetõttu kasutatakse kõrgsageduslike signaalide võimendamiseks sageli kaskaade, mille transistorid on ühendatud ühise baasahela järgi.
Fototransistor on transistor, mis on tundlik seda kiirgava valgusvoo suhtes. Tavaliselt on diskreetne fototransistor oma konstruktsioonilt sarnane diskreetse transistoriga, selle erinevusega, et fototransistori suletud korpuses on näiteks klaasist või läbipaistvast spetsiaalsest plastikust aken, mille kaudu kiirgus siseneb transistori aluspiirkonda. fototransistor. Fototransistori kaasamine elektriahelasse on selline, et välise toiteallika positiivne poolus on ühendatud emitteriga, koormustakisti on ühendatud kollektoriga, millega omakorda on ühendatud toiteallika negatiivne poolus. . Aluspiirkonna kiiritamisel tekivad laengukandjad. Suurim enamuslaengukandjate kontsentratsioon saab olema aluses, mis toob kaasa fototransistori avanemise ja vähemuslaengukandjad migreeruvad kollektori ristmikule. Seetõttu põhjustab fototransistori kiiritamine selle kollektori voolu suurenemist. Mida suurem on baasala valgustus, seda olulisemaks muutub fototransistori kollektorivool. Seega saab fototransistori juhtida nii tavapärase bipolaarse transistorina, baasvoolu muutmisega kui ka valgustundliku seadmena. Fototransistori olulised parameetrid on tumevool, valgustusvool ja integraalne tundlikkus. Tume vool on kollektori vool kiirituse puudumisel. Valgustusvool on kollektori vool kiirituse juuresolekul. Integraalne tundlikkus on ühendatud fototransistori kollektori voolu ja valgusvoo väärtuse suhe.
Fototransistore kasutatakse optronides, automaatika- ja kaugjuhtimisseadmetes, tänavavalgustusseadmetes jne.
