Bipolární tranzistory: spínací obvody. Schéma spínání bipolárního tranzistoru se společným emitorem

Jeden typ tříelektrody polovodičových zařízení

Klasifikace

Tranzistory jsou rozděleny do skupin:

1. Na základě materiálů jsou nejčastěji používány arsenid gallium a křemík.
2. Frekvence signálu: nízká (až 3 MHz), střední (až 30 MHz), vysoká (až 300 MHz), ultra vysoká (nad 300 MHz).
3. Podle maximální ztráty výkonu: až 0,3 W, až 3 W, více než 3 W.
4. Podle typu zařízení: tři propojené vrstvy polovodičů s alternativní variací přímých a inverzních metod nečistot.

Jak fungují tranzistory?

Vnější a vnitřní vrstvy tranzistoru jsou připojeny k napájecím elektrodám, nazývané emitor, kolektor a základna.

Vysílač a kolektor se neliší v typech vodivosti, avšak stupeň dopingu s nečistotami ve druhém je mnohem nižší. Tím se zvýší přípustné výstupní napětí.

Základna, která je střední vrstvou, má velký odpor, protože je vyrobena z polovodičů se slabým dopováním. Má velkou kontaktní plochu s kolektorem, což zlepšuje odvod tepla v důsledku zpětného zkreslení přechodu a také usnadňuje průchod menšinových nosičů - elektronů. Navzdory skutečnosti, že přechodové vrstvy jsou založeny na jednom principu, tranzistor je asymetrické zařízení. Při změně míst vnějších vrstev se stejnou vodivostí není možné získat analogové parametry polovodičového zařízení.

Schémata zařazení bipolární tranzistory mohou ji podporovat ve dvou stavech: mohou být otevřené nebo uzavřené. V aktivním režimu je při otevřeném tranzistoru posun směru emitoru v dopředném směru. Abychom to jasně viděli například na polovodičové triodě typu n-p-n, musí být napájeno ze zdrojů, jak je znázorněno na obrázku níže.

Hranice na druhém kolektorovém uzlu je uzavřena a proudem nesmí proudit. V praxi se však opak objevuje kvůli blízkému umístění přechodů k sobě navzájem a jejich vzájemnému vlivu. Vzhledem k tomu, že je na vysílač připojen "mínus" baterie, otevřený přechod dovoluje vstupu elektronů do základní zóny, kde jsou částečně rekombinovány s otvory - hlavními nosiči. Základní proud I_b. Čím silnější je, tím pomalejší je výstupní proud. Na tomto principu pracují zesilovače na bipolárních tranzistorech.

Prostřednictvím základny dochází k výlučně difuznímu pohybu elektronů, jelikož nedochází k žádnému působení elektrického pole. Vzhledem k nepatrné tloušťce vrstvy (mikronů) a velké velikosti koncentrační gradient negativně nabité částice, téměř všechny spadají do oblasti kolektoru, ačkoliv je odpor základny dostatečně velký. Tam jsou nakresleny elektrickým polem přechodu, což přispívá k jejich aktivnímu přenosu. Kolektorové a emitorové proudy jsou prakticky stejné, pokud zanedbáme zanedbatelnou ztrátu nábojů způsobenou rekombinaci v základně: I_e = I_b + I_na.

Parametry tranzistorů

1. Faktory zesílení napětí U_eq/ U_být a proud: beta- = I_na/ I_b (skutečné hodnoty). Obvykle poměr beta - nepřesahuje 300, ale může dosáhnout 800 nebo vyšší.
2. Vstupní odpor.
3. Frekvenční odezva - operace tranzistoru na určitou frekvenci, při níž nadbytečné přechody v něm neudržují změny v dodávaném signálu.

Bipolární tranzistor: spínací obvody, provozní režimy

Provozní režimy se liší v závislosti na tom, jak je obvod sestaven. Signál by měl být napájen a fotografován ve dvou bodech pro každý případ a jsou k dispozici pouze tři výstupy. Z toho vyplývá, že jedna elektroda musí současně patřit k vstupu a výstupu. To zahrnuje všechny bipolární tranzistory. Schémata zahrnutí: OB, OE a OK.

1. Schéma OK

Schéma připojení bipolární tranzistor se společným kolektorem: signál jde do rezistoru R_L, který také vstupuje do kolektorového obvodu. Toto spojení se nazývá společný kolektorový obvod.

Tato možnost vytváří pouze aktuální zisk. Výhodou sledovače emitoru je vytvoření velkého vstupního odporu (10-500 kOhm), což usnadňuje koordinování kaskád.

2. Schéma s OB

Schéma spínání bipolárního tranzistoru se společnou základnou: příchozí signál je veden přes C₁, a po zesílení je odstraněn v okruhu výstupního kolektoru, kde je běžná základní elektroda. V tomto případě se vytváří zisk analogového pro práci s MA.

Nevýhodou je malý vstupní odpor (30-100 ohmů) a obvod s OB se používá jako oscilátor.

3. Schéma s OE

V mnoha případech, když se používají bipolární tranzistory, jsou spínací obvody přednostně vyrobeny společným emitorem. Napájecí napětí se dodává pomocí odpínače R_L, a záporný pól externího zdroje je připojen k emitoru.

Střídavý signál ze vstupu přichází na elektrody emitoru a základny (V_in) a v kolektorovém řetězci se stává již větší v rozsahu (V_CE). Hlavní prvky obvodu: tranzistor, rezistor R_L a výstupní obvod zesilovače s externím napájením. Pomocné: kondenzátor C₁, zabraňuje průchodu stejnosměrného proudu do obvodu dodávaného vstupního signálu a odporu R₁, přes který se tranzistor otevírá.

V kolektorovém obvodu je napětí na výstupu tranzistoru a odporu R_L společně se rovnají emf hodnotě:_CC = I_CR_L + V_CE.

Tak, malý signál V_in na vstupu je uveden zákon o změně napájecího napětí stejnosměrného proudu na proměnné na výstupu řízeného tranzistorového měniče. Obvod poskytuje zvýšení vstupního proudu o 20-100krát a napětí - 10-200krát. Proto je síla také zvýšena.

Nevýhodou obvodu: malý vstupní odpor (500-1000 ohmů). Z tohoto důvodu vznikají problémy při tvorbě kaskád amplifikace. Výstupní odpor je 2 - 20 kΩ.

Výše uvedené diagramy ukazují, jak funguje bipolární tranzistor. Pokud neprovedete další opatření, jejich výkon bude silně ovlivněn vnějšími vlivy, jako je přehřátí a frekvence signálu. Také zem emitoru vytváří na výstupu nelineární zkreslení. Pro zvýšení spolehlivosti práce jsou v okruhu připojeny zpětnovazební obvody, filtry atd. Současně se faktor zesílení snižuje, ale zařízení se stává efektivnějším.

Provozní režimy

Funkce tranzistoru je ovlivněna hodnotou připojeného napětí. Všechny režimy provozu lze zobrazit, pokud se použije dříve zavedený obvod pro zapnutí bipolárního tranzistoru se společným emitorem.

1. Režim vypnutí

Tento režim je vytvořen, když je hodnota napětí V_BE se sníží na 0,7 V. V tomto případě se uzel emitoru zavře a proud kolektoru chybí, protože v základně nejsou žádné volné elektrony. Tranzistor je tedy uzamčen.

2. Aktivní režim

Pokud je dostatečné napětí na základnu pro otevření tranzistoru, je malý vstupní proud a zvýšený výkon v závislosti na hodnotě zisku. Pak tranzistor bude fungovat jako zesilovač.

3. Režim sytosti

Režim se liší od aktivního stavu, kdy je tranzistor plně otevřen a proud kolektoru dosáhne maximální možné hodnoty. Jeho zvýšení lze dosáhnout pouze změnou aplikovaného EMF nebo zátěže ve výstupním okruhu. Při změně základního proudu se proud kolektoru nemění. Režim saturace je charakterizován skutečností, že tranzistor je extrémně otevřený a zde slouží jako spínač v zapnutém stavu. Schémata pro přepínání bipolárních tranzistorů při kombinaci režimu cut-off a saturace umožňují vytvářet elektronické klíče s jejich pomocí.

Všechny provozní režimy závisí na charakteru výstupních charakteristik zobrazených na grafu.

Mohou být vizuálně demonstrovány, pokud je sestaven obvod pro připojení bipolárního tranzistoru s OE.

Pokud na osách souřadnic a úsečkových segmentů vyneseme plot odpovídající maximálnímu možnému kolektorovému proudu a velikosti napájecího napětí V_CC, a potom spojte jejich konce k sobě, dostanete zatížení (červená). Je popsán výrazem: I_C = (V_CC - V_CE) / R_C. Z obrázku vyplývá, že provozní bod, který určuje proud kolektoru I_C a napětí V_CE, se bude posunovat podél zatěžovací linky od dolní části směrem vzhůru se zvyšujícím se základním proudem I_V.

Zóna mezi osou V_CE a první charakteristika výstupu (stínovaná), kde I_V = 0, charakterizuje režim cut-off. V tomto případě je zpětný proud I_C je zanedbatelná a tranzistor je uzavřen.

Nejvyšší charakteristika v bodě A protíná přímé zatížení, po jejímž dalším zvýšení se I_V proud kolektoru se již nezmění. Zóna saturace v grafu je stínovaná oblast mezi osou I_C a nejkrásnější charakteristiku.

Jak se tranzistor chová v různých režimech?

Tranzistor pracuje s proměnnými nebo konstantními signály vstupujícími do vstupního obvodu.

Bipolární tranzistor: spínací obvody, zesilovač

Z větší části, tranzistor slouží jako zesilovač. Proměnný vstupní signál mění svůj výstupní proud. Zde můžete použít schémata s OK nebo s OE. Ve výstupním obvodu je pro signál požadován signál. Obvykle je v obvodu výstupního kolektoru instalován odpor. Pokud zvolíte správně, výstupní napětí bude mnohem vyšší než vstupní napětí.

Práce zesilovače je jasně viditelná na časových schématech.

Když jsou pulzní signály převedeny, režim zůstává stejný jako u sinusových signálů. Kvalita přeměny harmonických složek je určena frekvenčními charakteristikami tranzistorů.

Provoz v režimu spínání

Tranzistorové klíče jsou určeny pro bezkontaktní spínání zapojení v elektrických obvodech. Princip je krokovou změnou odporu tranzistoru. Bipolární typ je docela vhodný pro požadavky klíčového zařízení.

Závěr

Polovodičové prvky se používají v obvodech pro přeměnu elektrických signálů. Univerzální schopnosti a velká klasifikace umožňují široce využívat bipolární tranzistory. Spínací obvody určují jejich funkce a provozní režimy. Hodně závisí také na vlastnostech.

Hlavní obvody spínání bipolárních tranzistorů zesilují, generují a konvertují vstupní signály a také spínají elektrické obvody.