ترانزیستورهای دوقطبی ترانزیستورهای دوقطبی: مدارهای سوئیچینگ طرح روشن کردن ترانزیستور دوقطبی با امیتر مشترک

مدار امیتر رایج

مداری با یک امیتر مشترک (CE) در شکل نشان داده شده است. 1.11. ترانزیستور p-r-p در این مدار به همان روشی که در مدار با OB کار می کند. ما فقط توجه می کنیم که جهت پذیرفته شده جریانات (از +E به – منبع ولتاژ)، نشان داده شده در شکل. 1.11 آ، برخلاف جهت حرکت الکترون یک ویژگی مشخصه مدار با OE این است که بار در مدار کلکتور قرار دارد (شکل 1.11.6).

برنج. 1.11. طرح روشن کردن ترانزیستور با امیتر مشترک (a)؛ تصویر معمولی در نمودارها(ب)

در مورد مدار با OB، سیگنال ورودی در این مدار ولتاژ بین پایه و امیتر است و مقادیر خروجی جریان کلکتور است. من k و ولتاژ بار U بیرون = من به آر n ترانزیستور در مدار با OE با ضریب انتقال جریان مشخص می شود

داشتن مقادیر β = 10...100، که با ضریب α برای طرح با OB با رابطه:

اجازه دهید مقادیر سود مدار را با OE تخمین بزنیم (آنها با شاخص "E" نشان داده می شوند).

جریان خروجی، مانند مدار OB، جریان است من k، جریان دارد اما بار، و جریان ورودی (برخلاف مدار با OB) جریان پایه است من ب بهره جریان مدار OE است

در α = 0.98 KIE = 0.98 / (1 - 0.98) ≈ 50، یعنی. چندین ده، که چندین برابر بیشتر از ضریب مشابه برای مدار با OB است.

مقاومت ورودی در مدار OE نیز به طور قابل توجهی بالاتر از مدار OB است، زیرا در مدار OE جریان ورودی جریان پایه است و در مدار OB چندین برابر جریان امیتر است (یعنی 1/(1 - α) ≈ β بار):

مقدار مقاومت ورودی در مدار با OE بیشتر از مدار با OB برابر ≈ β برابر است و به صدها اهم می رسد.

بهره ولتاژ در مدار با OE با همان ضریب برای مدار با OB متناسب است:

از نظر قدرت، مدار با OE به دلیل بهره جریان بسیار بالاتر نیز چندین برابر مدار با OB بیشتر است:

و به ضریب انتقال جریان β و نسبت مقاومت بار به مقاومت ورودی بستگی دارد.

با توجه به ویژگی های ذکر شده، طرح OE کاربرد بسیار گسترده ای پیدا کرده است.

مشخصات ورودی و خروجی مدار امیتر مشترک

عملکرد مدار معمولاً با استفاده از مشخصات ورودی و خروجی ترانزیستور در یک مدار کلیدزنی خاص توصیف می شود. برای مداری با OE، مشخصه ورودی وابستگی جریان ورودی به ولتاژ ورودی مدار است، یعنی. من B = f (UBE) در مقادیر ثابت کلکتور ولتاژ - امیتر ( U ke = const).

ویژگی های خروجی وابستگی جریان خروجی است، به عنوان مثال. جریان کلکتور، از افت ولتاژ بین کلکتور و امیتر ترانزیستور من k = f (و بودن ) در جریان پایه من ب = پایان

مشخصه ورودی اساساً نوع مشخصه دیود را هنگامی که یک ولتاژ رو به جلو اعمال می شود تکرار می کند (شکل 1.12، ب). با افزایش تنش U مشخصه ورودی KE کمی به سمت راست تغییر می کند.

برنج. 1.12. خروجی (الف) و ورودی (ب ) مشخصات ترانزیستور در مدار امیتر مشترک

نوع مشخصه های خروجی (شکل 1.12، آ) به شدت در ناحیه مقادیر کوچک (بخش OA) و مقادیر نسبتاً بزرگ متفاوت است U ke. به یاد بیاورید که برای عملکرد عادی ترانزیستور، لازم است که یک ولتاژ رو به جلو به اتصال بیس-امیتر اعمال شود و یک ولتاژ معکوس به اتصال بیس-کلکتور اعمال شود. بنابراین تا زمانی که |1/ke|< 1/БЭ, напряжение на коллекторном переходе оказывается прямым, что резко уменьшает ток من وقتی |UKE| > U ولتاژ BE در محل اتصال کلکتور UBK = UKE - U BE معکوس می شود و بنابراین تأثیر کمی بر جریان کلکتور دارد که عمدتاً توسط جریان امیتر تعیین می شود. در این ولتاژ، تمام حامل هایی که توسط امیتر به پایه تزریق می شوند و از ناحیه بیس عبور می کنند به سمت منبع خارجی می روند. در ولتاژ UBE< 0 эмиттер носителей не инжектирует и ток базы من B \u003d 0، با این حال، جریان در مدار کلکتور جریان دارد من K0 (کمترین مشخصه خروجی). این جریان با جریان معکوس مطابقت دارد من 0 از اتصال p-n معمولی.

هنگامی که ترانزیستور کار می کند، حالت آن تغییر می کند. در واقع، هر چه جریان عبوری از ترانزیستور بیشتر باشد، افت ولتاژ در بار بیشتر می شود و بنابراین، ولتاژ کمتری در خود ترانزیستور افت می کند. ویژگی های ارائه شده در شکل. 1.12 الف، ب، فقط توصیف کنید حالت استاتیک کار طرح برای ارزیابی دینامیک و تأثیر بار بر عملکرد مدار، یک روش محاسبه گرافیکی- تحلیلی بر اساس مشخصات ورودی و خروجی استفاده می شود. اجازه دهید این روش را با استفاده از مشخصات ورودی و خروجی یک مدار با OE به عنوان مثال در نظر بگیریم.

بیایید از طریق نقطه Ek ترسیم شده روی محور x و نقطه یک خط مستقیم بکشیم E به /ر n بر روی محور y مشخصه های خروجی ترانزیستور رسم شده است. خط حاصل نامیده می شود بار. نقطه E به /ر n این خط مستقیم مربوط به جریانی است که در صورت اتصال کوتاه ترانزیستور می تواند از بار عبور کند. نقطه E k مربوط به حالت شدید دیگری است - مدار باز است، جریان عبوری از بار صفر است و ولتاژ Uke برابر است. E به. اشاره کنید آر تقاطع خط بار با مشخصه خروجی استاتیک مربوط به جریان ورودی من B، حالت عملکرد مدار را تعیین می کند، یعنی. جریان بار من k، افت ولتاژ در آن U n = من به آر n و افت ولتاژ (/ke در خود ترانزیستور. در شکل 1.12 ، آ نقطه آر مربوط به تامین جریان پایه به ترانزیستور است من B = 1 میلی آمپر. به راحتی می توان دید که منبع جریان پایه است من B = 2 میلی آمپر منجر به تغییر نقطه عملیاتی به یک نقطه می شود آ و توزیع مجدد ولتاژها بین بار و ترانزیستور.

مثال 1.1. محاسبه طرح با OE و آر n \u003d 110 اهم در ولتاژ ورودی UBE \u003d + 0.1 ولت، ولتاژ تغذیه E k \u003d +25 ولت با استفاده از ویژگی های ترانزیستور.

راه حل. بیایید رابطه را پیدا کنیم E ک /ر n \u003d 25/110 \u003d 228 میلی آمپر و به تعویق انداختن نقطه یافت شده در محور من به و معنی E k \u003d +25 V در محور Uke، یک خط بار ترسیم می کنیم.

با توجه به مشخصه ورودی برای ولتاژ 1/BE = 0.1 ولت، جریان ورودی را تعیین می کنیم. من B = 1 میلی لیتر.

نقطه تقاطع آر خط مستقیم با یک مشخصه مربوط به من B = 1 میلی آمپر، جریان را تعیین می کند من k = 150 میلی آمپر.

ولتاژ بار است

ولتاژ بین کلکتور و امیتر ترانزیستور

در پایان، ما توجه داشته باشید که رژیم مربوط به نقطه آ، تماس گرفت حالت اشباع (برای مقادیر داده شده آر n و E به جریان من به نقطه آ به بالاترین مقدار ممکن می رسد). حالت مربوط به یک نقطه که در (سیگنال ورودی صفر است)، و همچنین نقطه با (سیگنال ورودی منفی است و ترانزیستور را خاموش می کند) نامیده می شود حالت قطع تمام حالت های میانی یک ترانزیستور با بار بین نقاط آ و که در رجوع شود حالت فعال کارهای او.

با سلام خدمت دوستان عزیز! امروز در مورد ترانزیستورهای دوقطبی صحبت خواهیم کرد و اطلاعات در درجه اول برای مبتدیان مفید خواهد بود. بنابراین، اگر به چیستی ترانزیستور، اصل عملکرد آن و به طور کلی آنچه با آن خورده می شود علاقه دارید، یک صندلی راحت می گیریم و نزدیک تر می شویم.

بیایید ادامه دهیم، و ما در اینجا محتوا داریم، پیمایش مقاله راحت تر خواهد بود 🙂

انواع ترانزیستور

ترانزیستورها عمدتاً دو نوع هستند: ترانزیستورهای دوقطبی و ترانزیستورهای اثر میدان. البته می‌توان انواع ترانزیستورها را در یک مقاله در نظر گرفت، اما من نمی‌خواهم در سر شما فرنی بپزم. بنابراین، در این مقاله به طور انحصاری ترانزیستورهای دوقطبی را در نظر خواهیم گرفت و در یکی از مقالات بعدی در مورد ترانزیستورهای اثر میدانی صحبت خواهم کرد. ما در همه چیز در یک پشته دخالت نخواهیم کرد، اما به هر کدام به صورت جداگانه توجه خواهیم کرد.

ترانزیستور دوقطبی

ترانزیستور دوقطبی از نسل تریودهای لوله ای است، آنهایی که در تلویزیون های قرن بیستم وجود داشتند. تریودها به فراموشی سپرده شدند و جای خود را به برادران کاربردی تر - ترانزیستورها یا به جای ترانزیستورهای دوقطبی دادند.

از تریودها، به استثنای موارد نادر، در تجهیزاتی برای دوستداران موسیقی استفاده می شود.

ترانزیستورهای دوقطبی ممکن است شبیه این باشند.

همانطور که می بینید، ترانزیستورهای دوقطبی دارای سه پایانه هستند و می توانند از نظر طراحی کاملاً متفاوت به نظر برسند. اما در مدارهای الکتریکی، آنها ساده و همیشه یکسان به نظر می رسند. و این همه شکوه گرافیکی چیزی شبیه به این است.

به این تصویر از ترانزیستورها، UGO (Conditional graphic design) نیز می گویند.

علاوه بر این، ترانزیستورهای دوقطبی می توانند رسانایی متفاوتی داشته باشند. ترانزیستورهای نوع NPN و نوع PNP وجود دارد.

تفاوت بین ترانزیستور n-p-n و ترانزیستور p-n-p فقط در این است که یک "حامل" بار الکتریکی (الکترون ها یا "حفره ها") است. آن ها برای ترانزیستور p-n-p، الکترون ها از امیتر به کلکتور حرکت می کنند و توسط پایه کنترل می شوند. برای یک ترانزیستور npn، الکترون ها از کلکتور به امیتر می روند و توسط پایه کنترل می شوند. در نتیجه، به این نتیجه می رسیم که برای جایگزینی یک ترانزیستور از یک نوع رسانایی با نوع دیگری در مدار، کافی است قطبیت ولتاژ اعمال شده را تغییر دهیم. یا احمقانه قطبیت منبع تغذیه را تغییر دهید.

ترانزیستورهای دوقطبی دارای سه پایانه هستند: کلکتور، امیتر و پایه. من فکر می کنم که گیج شدن توسط UGO دشوار خواهد بود، اما در یک ترانزیستور واقعی گیج شدن آسان است.

معمولاً جایی که کدام خروجی از دایرکتوری تعیین می شود، اما شما می توانید به سادگی. خروجی ترانزیستور مانند دو دیود به هم متصل در یک نقطه مشترک (در ناحیه پایه ترانزیستور) حلقه می زند.

در سمت چپ تصویر یک ترانزیستور از نوع p-n-p است، هنگام شماره گیری این احساس (از طریق قرائت یک مولتی متر) ایجاد می شود که دو دیود در مقابل خود دارید که در یک نقطه توسط کاتدهای آنها به هم وصل شده اند. برای ترانزیستورهای نوع n-p-n، دیودها در نقطه پایه توسط آندهایشان به هم متصل می شوند. من فکر می کنم بعد از آزمایش با مولتی متر واضح تر خواهد شد.

اصل عملکرد ترانزیستور دوقطبی

و اکنون ما سعی خواهیم کرد بفهمیم که ترانزیستور چگونه کار می کند. من به جزئیات ساختار داخلی ترانزیستورها نمی پردازم، زیرا این اطلاعات فقط گیج کننده است. بهتره به این عکس نگاه کنید

این تصویر به بهترین نحو نحوه عملکرد ترانزیستور را توضیح می دهد. در این تصویر فردی جریان کلکتور را از طریق یک رئوستات کنترل می کند. او به جریان پایه نگاه می کند، اگر جریان پایه افزایش یابد، آنگاه فرد جریان کلکتور را نیز با در نظر گرفتن بهره ترانزیستور h21E افزایش می دهد. اگر جریان پایه کاهش یابد، جریان کلکتور نیز کاهش می یابد - فرد آن را با رئوستات اصلاح می کند.

این قیاس ربطی به نحوه عملکرد ترانزیستور ندارد، اما درک نحوه عملکرد آن را آسان‌تر می‌کند.

برای ترانزیستورها، قوانینی را می توان ذکر کرد که به منظور کمک به درک آسان است. (این قواعد برگرفته از کتاب است).

1. کلکتور در پتانسیل مثبت تری نسبت به امیتر قرار دارد.
2. همانطور که گفتم مدارهای بیس-کلکتور و بیس-امیتر مانند دیودها کار می کنند.
3. هر ترانزیستور با محدودیت هایی مانند جریان کلکتور، جریان پایه و ولتاژ کلکتور-امیتر مشخص می شود.
4. در صورتی که قوانین 1-3 رعایت شود، جریان کلکتور Ik مستقیماً با جریان پایه Ib متناسب است. این نسبت را می توان به صورت فرمول نوشت.

از این فرمول، می توانید ویژگی اصلی ترانزیستور را بیان کنید - یک جریان پایه کوچک جریان کلکتور بزرگ را هدایت می کند.

سود فعلی.

همچنین به آن اشاره می شود

نتایج حاصل از موارد فوق، ترانزیستور می تواند در چهار حالت کار کند:

1. حالت قطع ترانزیستور- در این حالت، اتصال بیس-امیتر بسته است، این می تواند زمانی اتفاق بیفتد که ولتاژ پایه-امیتر ناکافی باشد. در نتیجه جریان پایه و در نتیجه جریان کلکتور وجود ندارد.
2. حالت فعال ترانزیستورحالت عادی کار ترانزیستور است. در این حالت، ولتاژ پایه-امیتر برای باز کردن اتصال بیس-امیتر کافی است. جریان پایه کافی است و جریان کلکتور نیز موجود است. جریان کلکتور برابر است با جریان پایه ضرب در بهره.
3. حالت اشباع ترانزیستور -ترانزیستور زمانی به این حالت سوئیچ می کند که جریان پایه آنقدر زیاد شود که قدرت منبع تغذیه برای افزایش بیشتر جریان کلکتور کافی نیست. در این حالت، جریان کلکتور به دنبال افزایش جریان پایه نمی تواند افزایش یابد.
4. حالت معکوس ترانزیستور- این حالت به ندرت استفاده می شود. در این حالت کلکتور و امیتر ترانزیستور معکوس می شوند. در نتیجه چنین دستکاری هایی، بهره ترانزیستور به شدت آسیب می بیند. ترانزیستور در اصل برای کار در چنین حالت خاصی طراحی نشده بود.

برای اینکه بفهمید یک ترانزیستور چگونه کار می کند، باید به نمونه های مدار خاصی نگاه کنید، بنابراین اجازه دهید به برخی از آنها نگاه کنیم.

ترانزیستور در حالت کلید

ترانزیستور حالت سوئیچ یکی از مدارهای ترانزیستور امیتر مشترک است. مدار ترانزیستور در حالت کلید اغلب استفاده می شود. این مدار ترانزیستور، برای مثال، زمانی استفاده می شود که شما نیاز به کنترل یک بار قدرتمند از طریق یک میکروکنترلر دارید. پایه کنترلر قادر به کشیدن بار قدرتمند نیست، اما ترانزیستور می تواند. به نظر می رسد که کنترل کننده ترانزیستور را کنترل می کند و ترانزیستور بار قدرتمند را کنترل می کند. خوب، اول چیزها.

ماهیت اصلی این حالت این است که جریان پایه جریان کلکتور را کنترل می کند. علاوه بر این، جریان کلکتور بسیار بیشتر از جریان پایه است. در اینجا، با چشم غیر مسلح، می توانید ببینید که تقویت فعلی سیگنال اتفاق می افتد. این تقویت با هزینه انرژی منبع تغذیه انجام می شود.

شکل یک نمودار از عملکرد یک ترانزیستور در حالت کلید را نشان می دهد.

برای مدارهای ترانزیستوری، ولتاژها نقش زیادی ندارند، فقط جریان ها مهم هستند. بنابراین، اگر نسبت جریان کلکتور به جریان پایه کمتر از بهره ترانزیستور باشد، همه چیز اوکی است.

در این حالت، حتی اگر ولتاژ 5 ولت به پایه و 500 ولت در مدار کلکتور اعمال شود، هیچ اتفاق بدی نمی‌افتد، ترانزیستور با وظیفه‌شناسی بار ولتاژ بالا را تغییر می‌دهد.

نکته اصلی این است که این ولتاژها از مقادیر حدی برای یک ترانزیستور خاص (تنظیم شده در ویژگی های ترانزیستور) تجاوز نمی کنند.

تا آنجا که می دانیم، مقدار فعلی مشخصه بار است.

ما مقاومت لامپ را نمی دانیم، اما می دانیم که جریان کاری لامپ 100 میلی آمپر است. برای اینکه ترانزیستور باز شود و جریان چنین جریانی را تضمین کند، باید جریان پایه مناسب را انتخاب کنید. ما می توانیم جریان پایه را با تغییر مقدار مقاومت پایه تنظیم کنیم.

از آنجایی که حداقل مقدار بهره ترانزیستور 10 است، جریان پایه باید 10 میلی آمپر شود تا ترانزیستور باز شود.

جریانی که ما نیاز داریم معلوم است. ولتاژ در مقاومت پایه خواهد بود این مقدار از ولتاژ در مقاومت به دلیل این واقعیت است که 0.6V-0.7V در محل اتصال پایه-امیتر افت می کند و این نباید فراموش شود که در نظر گرفته شود.

در نتیجه، ما می توانیم کاملاً مقاومت مقاومت را پیدا کنیم

باقی مانده است که یک مقدار خاص را از تعدادی مقاومت انتخاب کنید و تمام شد.

اکنون احتمالاً فکر می کنید که یک سوئیچ ترانزیستور همانطور که باید کار می کند؟ اینکه وقتی مقاومت پایه به +5 ولت وصل میشه چراغ روشن میشه وقتی خاموش میشه چراغ خاموش میشه؟ پاسخ ممکن است بله باشد یا نه.

نکته این است که یک تفاوت ظریف در اینجا وجود دارد.

لامپ زمانی خاموش می شود که پتانسیل مقاومت برابر با پتانسیل زمین باشد. اگر مقاومت به سادگی از منبع ولتاژ جدا شود، همه چیز در اینجا چندان ساده نیست. ولتاژ در مقاومت پایه می تواند به طور معجزه آسایی در نتیجه پیکاپ ها یا دیگر ارواح شیطانی دیگر ایجاد شود.

برای جلوگیری از این اثر، موارد زیر را انجام دهید. یک مقاومت دیگر Rbe بین پایه و امیتر متصل است. این مقاومت با مقدار حداقل 10 برابر مقاومت پایه Rb انتخاب می شود (در مورد ما یک مقاومت 4.3 کیلو اهم انتخاب کردیم).

هنگامی که پایه به هر ولتاژی متصل می شود، ترانزیستور همانطور که باید کار می کند، مقاومت Rbe با آن تداخلی ایجاد نمی کند. تنها بخش کوچکی از جریان پایه توسط این مقاومت مصرف می شود.

در مواردی که هیچ ولتاژی به پایه اعمال نمی شود، پایه به سمت پتانسیل زمین کشیده می شود که ما را از انواع تداخل ها نجات می دهد.

در اینجا، اصولاً عملکرد ترانزیستور را در حالت کلید مشخص کردیم و همانطور که مشاهده کردید، حالت کلیدی عملکرد نوعی تقویت سیگنال توسط ولتاژ است. از این گذشته ، با کمک یک ولتاژ کوچک 5 ولت ، ولتاژ 12 ولت را کنترل کردیم.

دنبال کننده ساطع کننده

دنبال کننده امیتر یک مورد خاص از مدارهای ترانزیستور جمع کننده مشترک است.

ویژگی متمایز مدار کلکتور مشترک از مدار امیتر معمولی (نوع سوئیچ ترانزیستور) این است که این مدار سیگنال ولتاژ را تقویت نمی کند. آنچه از طریق پایه وارد می شد از طریق امیتر با همان ولتاژ خارج می شد.

در واقع، فرض کنید ما 10 ولت را به پایه اعمال کرده ایم، در حالی که می دانیم که در محل اتصال بیس-امیتر، جایی حدود 0.6-0.7 ولت کاشته شده است. به نظر می رسد که خروجی (در امیتر، در بار Rn) ولتاژ پایه منفی 0.6 ولت خواهد داشت.

معلوم شد 9.4 ولت، در یک کلام، تقریباً چقدر داخل و خارج شده است. ما مطمئن شدیم که این مدار سیگنال را از نظر ولتاژ به ما افزایش نمی دهد.

شما می‌پرسید: "پس فایده روشن کردن ترانزیستور چیست؟" اما به نظر می رسد که این طرح دارای خاصیت بسیار مهم دیگری است. مدار سوئیچینگ ترانزیستور جمع کننده مشترک سیگنال قدرت را تقویت می کند. توان حاصل ضرب جریان و ولتاژ است، اما از آنجایی که ولتاژ تغییر نمی کند، پس قدرت فقط به دلیل جریان افزایش می یابد! جریان بار مجموع جریان پایه به اضافه جریان کلکتور است. اما اگر جریان پایه و جریان کلکتور را با هم مقایسه کنیم، جریان پایه در مقایسه با جریان کلکتور بسیار کم است. جریان بار برابر با جریان کلکتور است. و نتیجه این فرمول است.

اکنون فکر می کنم واضح است که ماهیت مدار پیرو امیتر چیست، اما این همه ماجرا نیست.

دنبال کننده امیتر کیفیت بسیار ارزشمند دیگری دارد - امپدانس ورودی بالا. این بدان معنی است که این مدار ترانزیستوری تقریبا هیچ جریان سیگنال ورودی را نمی کشد و هیچ باری روی مدار منبع سیگنال وارد نمی کند.

برای درک اصل عملکرد ترانزیستور، این دو مدار ترانزیستور کاملاً کافی خواهند بود. و اگر هنوز با یک آهن لحیم کاری در دستان خود آزمایش می کنید، آنگاه بینش به سادگی شما را منتظر نخواهد گذاشت، زیرا تئوری تئوری است و عمل و تجربه شخصی صدها برابر ارزشمندتر است!

ترانزیستور از کجا بخریم؟

مانند سایر قطعات رادیویی، ترانزیستورها را می توان در نزدیکترین فروشگاه قطعات رادیویی خریداری کرد. اگر در جایی در حومه زندگی می کنید و در مورد چنین فروشگاه هایی نشنیده اید (همانطور که قبلاً انجام دادم)، آخرین گزینه باقی می ماند - سفارش ترانزیستورها در یک فروشگاه آنلاین. من خودم اغلب قطعات رادیویی را از طریق فروشگاه های آنلاین سفارش می دهم ، زیرا در یک فروشگاه آفلاین معمولی ممکن است چیزی وجود نداشته باشد.

با این حال ، اگر دستگاهی را صرفاً برای خود مونتاژ می کنید ، نمی توانید حمام بخار بگیرید ، بلکه آن را از دستگاه قدیمی بگیرید و به اصطلاح ، زندگی جدیدی را به جزء رادیویی قدیمی بدمید.

خوب دوستان، این همه برای من است. همه چیزهایی که امروز قصد داشتم به شما بگویم. اگر سوالی دارید، در نظرات بپرسید، اگر سوالی نیست، به هر حال نظر خود را بنویسید، نظر شما همیشه برای من مهم است. ضمناً فراموش نکنید که هرکس برای اولین بار نظر بگذارد یک هدیه دریافت خواهد کرد.

همچنین، حتما در مقالات جدید مشترک شوید، زیرا چیزهای جالب و مفید زیادی در انتظار شماست.

برای شما آرزوی موفقیت، موفقیت و خلق و خوی آفتابی دارم!

N/A ولادیمیر واسیلیف

P.S. دوستان، حتما در به روز رسانی ها مشترک شوید! با عضویت، محتوای جدید را مستقیماً در صندوق ورودی خود دریافت خواهید کرد! و به هر حال، هر مشترک یک هدیه مفید دریافت خواهد کرد!

بنابراین، قسمت سوم و پایانی داستان در مورد ترانزیستورهای دوقطبی در وب سایت ما =) امروز ما در مورد استفاده از این دستگاه های فوق العاده به عنوان تقویت کننده صحبت خواهیم کرد، در نظر گرفتن امکان پذیر مدارهای سوئیچینگ ترانزیستور دوقطبیو مزایا و معایب اصلی آنها. بیا شروع کنیم!

این مدار هنگام استفاده از سیگنال های فرکانس بالا بسیار خوب است. در اصل، برای این، در وهله اول از چنین گنجاندن یک ترانزیستور استفاده می شود. معایب بسیار بزرگ مقاومت ورودی کم و البته عدم تقویت جریان است. خودتان ببینید، در ورودی ما یک جریان امیتر داریم، در خروجی.

یعنی جریان امیتر با مقدار کمی جریان پایه از جریان کلکتور بیشتر است. و این بدان معنی است که نه تنها افزایش جریان وجود ندارد، بلکه جریان خروجی کمی کمتر از جریان ورودی است. اگرچه از طرف دیگر این مدار دارای ضریب انتقال ولتاژ نسبتاً بالایی است) اینها مزایا و معایب است، ما ادامه می دهیم ....

طرح روشن کردن ترانزیستور دوقطبی با کلکتور مشترک

مدار سوئیچینگ ترانزیستور دوقطبی با کلکتور مشترک به این شکل است. آیا شما را به یاد چیزی نمی اندازد؟) اگر از زاویه کمی متفاوت به مدار نگاه کنید، در اینجا دوست قدیمی خود - یک پیرو امیتر - را می شناسیم. تقریباً یک مقاله کامل در مورد او وجود داشت () ، بنابراین ما قبلاً همه چیز مربوط به این طرح را در نظر گرفته ایم. در همین حال، ما منتظر متداول ترین مدار هستیم - با یک امیتر مشترک.

طرح روشن کردن ترانزیستور دوقطبی با امیتر مشترک.

این طرح به دلیل خواص تقویت کننده محبوبیت خود را به دست آورده است. از بین تمام مدارها، به ترتیب بیشترین بهره را در جریان و ولتاژ می دهد، افزایش قدرت سیگنال نیز زیاد است. نقطه ضعف مدار این است که خواص تقویت کننده به شدت تحت تأثیر افزایش دما و فرکانس سیگنال قرار می گیرد.

ما با تمام مدارها آشنا شدیم، حالا بیایید نگاهی دقیق تر به آخرین (اما نه کم اهمیت ترین) مدار تقویت کننده در یک ترانزیستور دوقطبی (با یک امیتر مشترک) بیندازیم. برای شروع، اجازه دهید آن را کمی متفاوت به تصویر بکشیم:

یک منهای وجود دارد - یک امیتر زمینی. با این گنجاندن ترانزیستور، اعوجاج های غیر خطی در خروجی وجود دارد که البته باید با آن برخورد کرد. غیرخطی بودن به دلیل تأثیر ولتاژ ورودی بر ولتاژ پیوند امیتر-پایه رخ می دهد. در واقع، هیچ چیز "اضافی" در مدار امیتر وجود ندارد، کل ولتاژ ورودی دقیقاً به اتصال پایه-امیتر اعمال می شود. برای مقابله با این پدیده، یک مقاومت به مدار امیتر اضافه می کنیم. بنابراین به دست خواهیم آورد بازخورد منفی.

اما این چی هست؟

به طور خلاصه، پس اصل پشت منفیهفتم اتصالاتاین است که بخشی از ولتاژ خروجی به ورودی منتقل شده و از سیگنال ورودی کم می شود. به طور طبیعی، این منجر به کاهش بهره می شود، زیرا ورودی ترانزیستور، به دلیل تأثیر بازخورد، مقدار ولتاژ کمتری نسبت به عدم وجود بازخورد دریافت می کند.

و با این حال، بازخورد منفی برای ما بسیار مفید است. بیایید ببینیم که چگونه به کاهش اثر ولتاژ ورودی بر روی ولتاژ بین پایه و امیتر کمک می کند.

بنابراین، اجازه دهید هیچ بازخوردی وجود نداشته باشد، افزایش سیگنال ورودی به میزان 0.5 ولت منجر به افزایش مشابه می شود. همه چیز واضح است 😉 و اکنون بازخورد اضافه می کنیم! و به همین ترتیب ولتاژ ورودی را 0.5 ولت افزایش می دهیم و به دنبال آن افزایش می یابد که منجر به افزایش جریان امیتر می شود. و این افزایش منجر به افزایش ولتاژ در مقاومت فیدبک می شود. به نظر می رسد که این چنین است؟ ولی این ولتاژ از ورودی کم میشه! ببینید چه اتفاقی افتاد:

ولتاژ ورودی افزایش یافت - جریان امیتر افزایش یافت - ولتاژ در مقاومت بازخورد منفی افزایش یافت - ولتاژ ورودی کاهش یافت (به دلیل تفریق) - ولتاژ کاهش یافت.

یعنی بازخورد منفی از تغییر ولتاژ پایه امیتر در هنگام تغییر سیگنال ورودی جلوگیری می کند.

در نتیجه، مدار تقویت کننده امیتر مشترک ما با یک مقاومت در مدار امیتر پر شد:

آمپلی فایر ما مشکل دیگری دارد. اگر مقدار ولتاژ منفی در ورودی ظاهر شود، ترانزیستور بلافاصله بسته می شود (ولتاژ پایه کمتر از ولتاژ امیتر می شود و دیود پایه-امیتر بسته می شود) و هیچ چیزی در خروجی وجود نخواهد داشت. این به نوعی خیلی خوب نیست) بنابراین، ایجاد آن ضروری است جانبداری. شما می توانید این کار را با یک تقسیم کننده مانند زیر انجام دهید:

ما چنین زیبایی داریم 😉 اگر مقاومت ها با هم برابر باشند، ولتاژ هر یک از آنها 6 ولت (12 ولت / 2) خواهد بود. بنابراین، در صورت عدم وجود سیگنال در ورودی، پتانسیل پایه + 6 ولت خواهد بود. اگر مقدار منفی مثلاً -4 ولت به ورودی بیاید، پتانسیل پایه +2 ولت خواهد بود، یعنی مقدار مثبت است و با عملکرد عادی ترانزیستور تداخلی ندارد. در اینجا نحوه ایجاد یک افست در زنجیره پایه مفید است)

چگونه می توانیم طرح خود را بهبود ببخشیم...

به ما اطلاع دهید که کدام سیگنال را تقویت خواهیم کرد، یعنی پارامترهای آن، به ویژه فرکانس را می دانیم. اگر چیزی جز یک سیگنال تقویت شده مفید در ورودی وجود نداشته باشد، عالی خواهد بود. چگونه از آن اطمینان حاصل کنیم؟ البته با کمک یک فیلتر بالا گذر) اجازه دهید یک خازن اضافه کنیم که در ترکیب با یک مقاومت بایاس، یک فیلتر بالا گذر را تشکیل می دهد:

اینگونه است که مداری که در آن تقریباً هیچ چیز به جز خود ترانزیستور وجود نداشت ، با عناصر اضافی پر شد ترانزیستور در آن، ما نه تنها خواهیم ساخت نمودار مدار تقویت کننده، بلکه مقادیر همه عناصر را محاسبه کنید و در عین حال ترانزیستور مناسب برای اهداف خود را انتخاب کنید. به زودی میبینمت! =)

تقویت کننده ها حاوی ترانزیستورها و همچنین عناصری مانند مقاومت ها، خازن ها و سلف ها هستند. پارامترهای عناصر مورد استفاده (رده بندی و ولتاژ آنها) به الزامات تقویت کننده و همچنین به نوع ترانزیستورهای مورد استفاده بستگی دارد. با ظهور انواع مختلف ترانزیستورها، تنظیمات جدیدی از مدارهای تقویت کننده امکان پذیر شد. در قطب زیستی R -n- R-یا n - R -n- ترانزیستور نواحی متناوب در مرتبه خاصی با انواع مختلف رسانایی ایجاد می کند و پایه، امیتر و کلکتور را تشکیل می دهد. ترانزیستور نامیده می شود دوقطبیزیرا انتقال بار در آن توسط الکترون ها و سوراخ ها انجام می شود. که در رشتهیکسان (تک قطبی)در ترانزیستورها، بارها توسط حامل هایی از یک نوع حمل می شوند: یا الکترون ها یا سوراخ ها. ترانزیستورهای اثر میدانی (FETs) دارای سه ناحیه به نام‌های گیت، منبع و تخلیه هستند که بسته به نوع رسانه مورد استفاده، دو نوع ترانزیستور اثر میدان وجود دارد: R-و آی کانال انواع مختلف ترانزیستورها ویژگی های متفاوتی دارند که در این قسمت بیشتر توضیح داده شده است.

رایج ترین مدار برای ساخت یک تقویت کننده بر روی یک ترانزیستور دوقطبی مداری با یک امیتر مشترک (زمینی) (OE) است. انواع چنین طرح هایی در شکل نشان داده شده است. 11.1. اصطلاح "گسترش کننده مشترک" نشان می دهد که در مدار مربوطه مقاومت بین پایانه امیتر و زمین برای سیگنال کم است، اما به این معنی نیست که برای جریان مستقیم همیشه کوچک است. به عنوان مثال، در نمودارهای نشان داده شده در شکل. 1.1 آو بقطره چکان ها مستقیماً به زمین متصل می شوند و در مدار در شکل. 1.1، یک مقاومت شنت شده توسط یک خازن بین امیتر و زمین گنجانده شده است. بنابراین، اگر راکتانس این خازن برای سیگنال کم باشد، می توان فرض کرد که امیتر عملاً برای سیگنال زمین شده است.

برای عملکرد کلاس A (بخش 1.4)، ولتاژ بایاس بین پایه و امیتر باید مستقیم (روشن) و بین کلکتور و امیتر - معکوس (مسدود کردن) باشد. برای به دست آوردن این بایاس، قطبیت منابع تغذیه بسته به نوع ترانزیستور مورد استفاده انتخاب می شود. برای ترانزیستور R -n - نوع p (شکل 11 L، a) مثبت منبع بایاس باید به امیتر نوع p و منفی به پایه نوع n متصل شود. بنابراین، بایاس رو به جلو در پتانسیل منفی پایه نسبت به امیتر به دست می آید. برای اینکه یک جمع‌آورنده p بایاس معکوس شود، پتانسیل آن باید منفی باشد. برای انجام این کار، منبع تغذیه با قطب مثبت به امیتر و قطب منفی به کلکتور متصل می شود.

سیگنال ورودی بر روی مقاومت ساخته می شود آر 1 افت ولتاژی که از نظر جبری به ولتاژ بایاس DC اضافه می کند. در نتیجه پتانسیل پایه کل مطابق با سیگنال تغییر می کند. با تغییر پتانسیل پایه، جریان کلکتور و از این رو ولتاژ در مقاومت تغییر می کند. آر2. با نیم موج مثبت ولتاژ ورودی، بایاس رو به جلو کاهش می یابد و جریان عبور می کند آر 2 بر این اساس کاهش می یابد. افت ولتاژ آر 2 همچنین کاهش می یابد و منجر به تغییر فاز 180 درجه بین سیگنال های ورودی و خروجی می شود.

اگر از ترانزیستور n استفاده شود - آر- نوع n (شکل 1.1.6)، سپس قطبیت هر دو منبع برق معکوس می شود. در این مورد، محل اتصال پایه نیز به نظر می رسد که در جهت رو به جلو جابجا می شود، و اتصال جمع کننده - در جهت مخالف. مانند مورد قبلی، یک تغییر فاز 180 درجه بین سیگنال های ورودی و خروجی شکل می گیرد.

روی انجیر 1.1، a و b عناصر اصلی تقویت کننده را نشان می دهد و مدار تقویت کننده مورد استفاده در عمل در شکل نشان داده شده است. 1.1.6. در اینجا، خازن C 1 جزء ثابت سیگنال ورودی را عبور نمی دهد، اما یک راکتانس کوچک برای جزء متغیر خود دارد، که بنابراین وارد مقاومت می شود. آر 2 . (این به اصطلاح است RC-ارتباط؛در بخش با جزئیات بیشتر توضیح داده شده است. 1.5). ولتاژ بایاس رو به جلو پایه از تقسیم کننده ولتاژ می آید ری- R2 که به منبع تغذیه متصل است. مقدار مورد نظر بایاس رو به جلو پایه ترانزیستور با انتخاب مناسب نسبت مقادیر مقاومت به دست می آید. آر 1 و آر 2 . در این مورد، در ترانزیستور n - آر- پتانسیل نوع n پایه مثبت تر از امیتر تنظیم شده است. مقاومت کلکتوری که سیگنال خروجی روی آن تشکیل می شود، معمولاً مقاومت بار نامیده می شود و R n نشان داده می شود. از طریق خازن جفت C 3، سیگنال وارد مرحله بعدی می شود. مدارهای ورودی و خروجی باید دارای یک نقطه زمین مشترک باشند (شکل 1.1، آ).

ضریب تقویت جریان پایه برای مدار با OE با رابطه زیر داده می شود:

که در آن p ضریب تقویت جریان پایه است.

DI b - افزایش جریان پایه. DI به - افزایش متناظر جریان کلکتور در-

برنج. 1.1. مدارهایی با امیتر مشترک

بنابراین، p برابر است با نسبت افزایش جریان کلکتور به افزایش متناظر جریان پایه prk ولتاژ ثابت کلکتور. بهره جریان سیگنال نیز نامیده می شود ضریب انتقال جریان مستقیم [برای مقاومت به اندازه کافی بزرگ آر 2 جزء متغیر جریان سیگنال تقریباً برابر با مولفه متغیر جریان پایه است. - توجه داشته باشید. ویرایش]

مقاومت R 3 (شکل 1.1.5) یک اثر تثبیت کننده بر جریان ترانزیستور در هنگام تغییر دما دارد. افت ولتاژ در R 3 اتصال امیتر ترانزیستور را معکوس می کند (خاموش می کند) زیرا پتانسیل امیتر را افزایش می دهد. بنابراین بایاس رو به جلو مثبت پایه را به میزان این افت ولتاژ کاهش می دهد. وجود یک جزء ولتاژ متغیر در سراسر Rz باعث کاهش سیگنال خروجی و در نتیجه کاهش بهره تقویت کننده می شود (به بخش 1.8 مراجعه کنید). برای از بین بردن این اثر، مقاومت Rz با خازن C 2 شنت می شود.

با گرم شدن ترانزیستور، مولفه DC جریان کلکتور افزایش می یابد. بر این اساس، افت ولتاژ در سراسر Rz, که منجر به کاهش بایاس رو به جلو پایه و همچنین جریان کلکتور می شود. در نتیجه، رانش دمای جریان تا حدی جبران می شود.

برنج. 1.2. مدارهای منبع مشترک

روی انجیر شکل 1.2 مدار تقویت کننده FET معادل مدار OE را نشان می دهد که مدار منبع مشترک نامیده می شود. در این مدار، گیت مربوط به پایه ترانزیستور دوقطبی، منبع به امیتر و تخلیه مربوط به کلکتور است. در نمودار 1.2، آ FET با کانال نوع n نشان داده شده است. برای یک ترانزیستور کانال p، فلش روی دروازه در جهت مخالف قرار می گیرد. روی انجیر 1.2، b همچنین یک ترانزیستور با کانال نوع d را نشان می دهد و در شکل. 1.2 V- با کانال نوع p.

مدارهای بایاس FET با مدارهای بایاس ترانزیستور دوقطبی به دلیل تفاوت قابل توجه در ویژگی های این دستگاه ها متفاوت هستند. ترانزیستورهای دوقطبی تقویت کننده هستند جریان سیگنالو در خروجی یک سیگنال ورودی تقویت شده را تولید می کند، در حالی که در ترانزیستورهای اثر میدانی، جریان سیگنال خروجی توسط جریان اعمال شده به ورودی کنترل می شود. ولتاژ سیگنال

دو نوع PT وجود دارد: با کنترل آر- اتصال n و فلز - اکسید - نیمه هادی (MOS). (به ماسفت ها IGFET نیز گفته می شود.) هر دو نوع FET با n ساخته می شوند. – و کانال های p.

در نمودار در شکل. 1.2، اما PT با یک کنترل استفاده می شود آر- i-transition، و در نمودار در شکل. 1.2، b - ترانزیستور MOS که در حالت غنی سازی کار می کند. روی انجیر 1.2 Vیک ماسفت در حالت تخلیه نشان داده می شود. برای ترانزیستورهای MOS، گیت به گونه‌ای به تصویر کشیده می‌شود که گویی یک صفحه خازن است، که نمادی از ظرفیت خازنی حاصل از تشکیل یک لایه بسیار نازک از اکسید است که تماس فلزی خروجی گیت را از کانال جدا می‌کند. (اصطلاح ماسفت از این روش ساخت گرفته شده است.)

از آنجایی که FET ها توسط ولتاژ سیگنال ورودی کنترل می شوند، و نه با جریان، مانند ترانزیستورهای دوقطبی، پارامتر "بهره" جریان سیگنال با هدایت انتقال جایگزین می شود. گرم متر. رسانایی انتقالی معیاری برای کیفیت یک FET است و توانایی ولتاژ گیت برای هدایت جریان تخلیه را مشخص می کند. بیان رسانایی انتقال به شرح زیر است:

واحد گرم متر, به نام زیمنس، مقداری وجود دارد که متقابل واحد اندازه گیری مقاومت است (1 سانتی متر = 1 / اهم). همانطور که از عبارت (1.2)، پارامتر گرم متر برای FET، نسبت افزایش جریان تخلیه به افزایش ولتاژ دروازه در یک ولتاژ ثابت بین منبع و تخلیه است.

در یک ترانزیستور اثر میدانی با یک کنترل آر- اتصال n و کانال نوع n (شکل 1.2، الف) هنگامی که ولتاژ منفی به گیت اعمال می شود، کانال از حامل های بار خالی می شود و هدایت کانال کاهش می یابد. (برای یک FET کانال p، رسانایی زمانی کاهش می یابد که ولتاژ مثبت به گیت اعمال شود.) منبع و تخلیه از همان نوع رسانایی کانال است. بنابراین برخلاف ترانزیستور دوقطبی که دارد UQ 3 = 0 جریان کلکتور 0 است، جریان کانال می تواند حتی در ولتاژ منبع دروازه صفر نیز جریان داشته باشد. از آنجایی که جریان کانال تابعی از ولتاژ U zi است، کانال ترانزیستور اثر میدان با یک کنترل آر- اتصال n می تواند جریان را در هر دو جهت هدایت کند: از منبع به تخلیه و در جهت مخالف (برای یک ترانزیستور دوقطبی، جریان کلکتور در حالت کار همیشه یک جهت دارد). در این مورد، نقطه کار (به عنوان مثال، برای مدارهای کلاس A) برای چنین ترانزیستورهایی با اعمال یک ولتاژ تنظیم می شود. سوگیری معکوسگیت در مقابل بایاس رو به جلو اتصال پایه در ترانزیستورهای دوقطبی [در ترانزیستور با کنترل آر- اتصال n معمولاً یک ولتاژ مسدود کننده U 8i به محل اتصال اعمال می کند (برای کانال n منفی) و حداکثر جریان در کانال در U 3 و = 0 به دست می آید. جهت جریان در کانال بستگی به قطبیت منبع تغذیه متصل به کانال؛ وقتی قطبیت منبع تغذیه معکوس می شود، خروجی که تخلیه بوده به منبع تبدیل می شود و بالعکس. - توجه داشته باشید. ویرایش].

همانطور که در بالا ذکر شد، دروازه در ماسفت ها توسط یک دی الکتریک مانند دی اکسید سیلیکون (SiO2) از کانال جدا می شود. در این حالت، گیت دارای امپدانس ورودی بسیار بالایی است و می‌تواند هم بایاس رو به جلو برای غنی‌سازی کانال با حامل‌ها (که باعث افزایش جریان عبوری می‌شود) و هم بایاس معکوس برای تخلیه کانال با حامل‌ها (که جریان کانال a را کاهش می‌دهد) تغذیه شود. بنابراین، ساخت دو نوع مختلف ماسفت امکان پذیر است: برای حالت های غنی و ضعیف (در اینجا منظور ماسفت های با کانال داخلی است).

ماسفت نوع تخلیه دارای جریان تخلیه در بایاس ورودی صفر است. با ولتاژ بایاس معکوس، جریان تخلیه بسته به محدوده دینامیکی مورد نیاز سیگنال ورودی به مقدار مشخصی کاهش می یابد. همانطور که در شکل نشان داده شده است. 1.2.6، برای ترانزیستورهای نوع تخلیه شده، خط نشان دهنده کانال پیوسته است، که به معنای وجود مدار بسته و جریان جریان در کانال (جریان تخلیه) در بایاس گیت صفر است.

در ماسفت های نوع غنی، جریان تخلیه در بایاس صفر کم است. با ولتاژ بایاس، جریان تخلیه بسته به محدوده دینامیکی سیگنال ورودی به مقدار مشخصی افزایش می یابد. برای ماسفت‌های غنی‌شده، خطی که کانال را به تصویر می‌کشد شکسته است، که نمادی از یک مدار باز در بایاس صفر است. برای افزایش جریان به مقدار لازم برای عملکرد عادی مداری مانند تقویت کننده، باید از بایاس مناسب استفاده کرد.

مشخصات عملیاتی مدارهای نشان داده شده در شکل. 1.D مشابه مشخصات مدارهای نشان داده شده در شکل. 1.11. طرح در شکل 1.2، در مناسب ترین برای استفاده عملی. همانطور که در مورد قبلی در نظر گرفته شد، یک وارونگی فاز بین سیگنال های ورودی و خروجی وجود دارد. ولتاژ منبع تغذیه معمولاً E s نامیده می شود. به منظور کاهش افت ولتاژ سیگنال در مقاومت داخلی منابع تغذیه و بایاس، آنها با ظرفیت های اندازه مناسب شنت می شوند (شکل 11.2، a). از طریق این خازن ها، جریان سیگنال مدارهای دروازه و تخلیه بسته می شود.

توضیحات لازم داده شده، بریم سر اصل مطلب.

ترانزیستورها تعریف و تاریخچه

ترانزیستور- یک دستگاه نیمه هادی الکترونیکی که در آن جریان در مدار دو الکترود توسط الکترود سوم کنترل می شود. (transistors.ru)

ترانزیستورها به سرعت جایگزین لوله های خلاء در دستگاه های الکترونیکی مختلف شدند. در این راستا، قابلیت اطمینان این گونه دستگاه ها افزایش یافته و اندازه آنها بسیار کاهش یافته است. و تا به امروز، مهم نیست که یک ریزمدار چقدر "فانتزی" است، همچنان حاوی تعداد زیادی ترانزیستور (و همچنین دیودها، خازن ها، مقاومت ها و غیره) است. فقط موارد خیلی کوچک.

به هر حال، در ابتدا "ترانزیستورها" مقاومت نامیده می شدند که مقاومت آنها را می توان با استفاده از مقدار ولتاژ اعمال شده تغییر داد. اگر فیزیک فرآیندها را نادیده بگیریم، یک ترانزیستور مدرن را نیز می توان به عنوان مقاومتی نشان داد که به سیگنال اعمال شده به آن بستگی دارد.

تفاوت بین ترانزیستورهای میدانی و دوقطبی چیست؟ پاسخ در نام آنها نهفته است. در یک ترانزیستور دوقطبی، انتقال بار شامل می شود والکترون ها وسوراخ ها ("bis" - دو بار). و در میدان (معروف به تک قطبی) - یاالکترون ها یاسوراخ ها

همچنین، این نوع ترانزیستورها در زمینه های کاربردی متفاوت هستند. دوقطبی عمدتاً در فناوری آنالوگ و میدانی در دیجیتال استفاده می شود.

و در نهایت: زمینه اصلی کاربرد هر ترانزیستور- تقویت سیگنال ضعیف به دلیل منبع تغذیه اضافی.

ترانزیستور دوقطبی اصل عملیات. ویژگی های اصلی

قبل از در نظر گرفتن فیزیک ترانزیستور، اجازه دهید مشکل کلی را بیان کنیم.


این شامل موارد زیر است: یک جریان قوی بین امیتر و کلکتور جریان دارد ( جریان کلکتور، و بین امیتر و پایه - یک جریان کنترل ضعیف ( جریان پایه). جریان کلکتور با تغییر جریان پایه تغییر خواهد کرد. چرا؟
اتصالات p-n ترانزیستور را در نظر بگیرید. دو مورد از آنها وجود دارد: امیتر-پایه (EB) و پایه-کلکتور (BC). در حالت فعال ترانزیستور، اولی آنها با بایاس رو به جلو و دومی با بایاس معکوس متصل می شود. سپس در اتصالات p-n چه اتفاقی می افتد؟ برای اطمینان بیشتر، یک ترانزیستور n-p-n را در نظر خواهیم گرفت. برای p-n-p همه چیز یکسان است، فقط کلمه "الکترون" باید با "حفره" جایگزین شود.

از آنجایی که انتقال EB باز است، الکترون‌ها به راحتی به سمت پایه می‌روند. در آنجا آنها تا حدی با سوراخ ها ترکیب می شوند، اما Oاکثر آنها به دلیل ضخامت کم پایه و آلیاژ ضعیف آن، موفق می شوند به مرحله انتقال پایه-کلکتور برسند. همانطور که به یاد داریم، با یک سوگیری معکوس همراه است. و از آنجایی که الکترون‌های موجود در پایه حامل‌های بار جزئی هستند، میدان الکتریکی انتقال به آنها کمک می‌کند تا بر آن غلبه کنند. بنابراین، جریان کلکتور فقط کمی کمتر از جریان امیتر است. حالا مراقب دست هایت باش اگر جریان پایه را افزایش دهید، اتصال EB بیشتر باز می شود و الکترون های بیشتری می توانند بین امیتر و کلکتور بلغزند. و از آنجایی که جریان کلکتور در ابتدا بیشتر از جریان پایه است، این تغییر بسیار بسیار محسوس خواهد بود. بدین ترتیب، یک سیگنال ضعیف توسط پایه تقویت می شود. یک بار دیگر، یک تغییر بزرگ در جریان کلکتور بازتابی متناسب از یک تغییر کوچک در جریان پایه است.

یادم هست که اصل کار ترانزیستور دوقطبی را با مثال شیر آب برای همکلاسی ام توضیح دادم. آب موجود در آن جریان کلکتور است و جریان کنترل پایه به میزانی است که دستگیره را می چرخانیم. یک تلاش کوچک (عمل کنترلی) برای افزایش جریان آب از شیر کافی است.

علاوه بر فرآیندهای در نظر گرفته شده، تعدادی پدیده دیگر می تواند در اتصالات p-n ترانزیستور رخ دهد. به عنوان مثال، با افزایش شدید ولتاژ در محل اتصال پایه-کلکتور، یک ضرب بار بهمن می تواند به دلیل یونیزاسیون ضربه آغاز شود. و، همراه با اثر تونل، ابتدا یک شکست الکتریکی و سپس (با افزایش جریان) یک شکست حرارتی ایجاد می کند. با این حال، شکست حرارتی در یک ترانزیستور می تواند بدون برق نیز رخ دهد (به عنوان مثال، بدون افزایش ولتاژ کلکتور تا ولتاژ شکست). برای این کار، یک جریان بیش از حد از کلکتور کافی خواهد بود.

پدیده دیگر مربوط به این واقعیت است که با تغییر ولتاژ در اتصالات کلکتور و امیتر، ضخامت آنها تغییر می کند. و اگر پایه خیلی نازک باشد، ممکن است اثر بسته شدن (به اصطلاح "پنچر شدن" پایه) رخ دهد - اتصال محل اتصال جمع کننده با امیتر. در این حالت، ناحیه پایه ناپدید می شود و ترانزیستور به طور عادی کار نمی کند.

جریان کلکتور ترانزیستور در حالت فعال معمولی ترانزیستور به تعداد معینی از جریان پایه بیشتر است. این شماره نامیده می شود سود فعلیو یکی از پارامترهای اصلی ترانزیستور است. تعیین شده است h21. اگر ترانزیستور بدون بار کلکتور روشن شود، در یک ولتاژ ثابت کلکتور-امیتر، نسبت جریان کلکتور به جریان پایه نشان می دهد. افزایش جریان ساکن. می تواند برابر با ده ها یا صدها واحد باشد، اما قابل توجه است که در مدارهای واقعی این ضریب کمتر است، زیرا با روشن شدن بار، جریان کلکتور به طور طبیعی کاهش می یابد.

دومین پارامتر مهم این است مقاومت ورودی ترانزیستور. طبق قانون اهم، نسبت ولتاژ بین پایه و امیتر به جریان کنترل پایه است. هر چه بزرگتر باشد جریان پایه کمتر و بهره بیشتر می شود.

سومین پارامتر ترانزیستور دوقطبی است افزایش ولتاژ. برابر است با نسبت دامنه یا مقادیر مؤثر ولتاژهای متناوب خروجی (امیتر-کلکتور) و ورودی (پایه-امیتر). از آنجایی که مقدار اول معمولاً بسیار بزرگ است (واحدها و ده‌ها ولت) و دومی بسیار کوچک (دهم ولت)، این ضریب می‌تواند به ده‌ها هزار واحد برسد. لازم به ذکر است که هر سیگنال کنترل پایه دارای بهره ولتاژ خاص خود است.

همچنین ترانزیستورها هستند پاسخ فرکانسکه مشخص کننده توانایی ترانزیستور برای تقویت سیگنال است که فرکانس آن به فرکانس قطع تقویت نزدیک می شود. واقعیت این است که با افزایش فرکانس سیگنال ورودی، بهره کاهش می یابد. این به دلیل این واقعیت است که زمان فرآیندهای فیزیکی اصلی (زمان حرکت حامل ها از امیتر به کلکتور، شارژ و تخلیه اتصالات مانع خازنی) متناسب با دوره تغییر سیگنال ورودی می شود. آن ها ترانزیستور به سادگی زمان پاسخگویی به تغییرات سیگنال ورودی را ندارد و در برخی مواقع به سادگی تقویت آن را متوقف می کند. فرکانسی که در آن این اتفاق می افتد نامیده می شود مرز.

همچنین پارامترهای ترانزیستور دوقطبی عبارتند از:

• جریان معکوس کلکتور-امیتر
• زمان روشن شدن
• جریان معکوس کلکتور
• حداکثر جریان مجاز

نمادهای ترانزیستورهای n-p-n و p-n-p فقط در جهت فلشی که امیتر را نشان می دهد متفاوت است. این نشان می دهد که چگونه جریان در یک ترانزیستور مشخص می شود.

حالت های کاری ترانزیستور دوقطبی

1. حالت فعال معکوس. در اینجا انتقال BC باز است و EB، برعکس، بسته است. خواص تقویت کننده در این حالت، البته، هیچ جا بدتر نیست، بنابراین ترانزیستورها در این حالت بسیار به ندرت استفاده می شوند.
2. حالت اشباع. هر دو گذرگاه باز است. بر این اساس، حامل های بار اصلی کلکتور و امیتر به سمت پایه "دوران" می شوند، جایی که آنها به طور فعال با حامل های اصلی آن ترکیب می شوند. به دلیل ظهور بیش از حد حامل های بار، مقاومت پایه و اتصالات p-n کاهش می یابد. بنابراین، یک مدار حاوی ترانزیستور در حالت اشباع را می توان اتصال کوتاه در نظر گرفت و خود این عنصر رادیویی را می توان به عنوان یک نقطه هم پتانسیل نشان داد.
3. حالت قطع. هر دو اتصال ترانزیستور بسته هستند، یعنی. جریان حامل های شارژ اصلی بین امیتر و کلکتور متوقف می شود. جریان حامل های بار جزئی فقط جریان های انتقال حرارتی کوچک و کنترل نشده ای ایجاد می کند. به دلیل فقر پایه و انتقال توسط حامل های بار، مقاومت آنها به شدت افزایش می یابد. بنابراین، اغلب اعتقاد بر این است که یک ترانزیستور که در حالت قطع کار می کند یک مدار باز را نشان می دهد.
4. رژیم مانعدر این حالت، پایه به طور مستقیم یا از طریق یک مقاومت کوچک به کلکتور بسته می شود. همچنین یک مقاومت در مدار کلکتور یا امیتر گنجانده شده است که جریان را از طریق ترانزیستور تنظیم می کند. به این ترتیب معادل مدار یک دیود با مقاومت سری به دست می آید. این حالت بسیار مفید است، زیرا به مدار اجازه می دهد تا تقریباً در هر فرکانس، در محدوده دمایی وسیع کار کند و برای پارامترهای ترانزیستورها بی نیاز است.

مدارهای سوئیچینگ برای ترانزیستورهای دوقطبی

از آنجایی که ترانزیستور دارای سه کنتاکت است، در حالت کلی، برق باید از دو منبع به آن تامین شود که در مجموع دارای چهار خروجی هستند. بنابراین، یکی از کنتاکت های ترانزیستور باید با ولتاژ یکسان از هر دو منبع تغذیه شود. و بسته به نوع تماس آن، سه مدار برای روشن کردن ترانزیستورهای دوقطبی وجود دارد: با یک امیتر مشترک (OE)، یک کلکتور مشترک (OK) و یک پایه مشترک (OB). هر کدام از آنها هم مزایا و هم معایبی دارند. انتخاب بین آنها بسته به این است که کدام پارامتر برای ما مهم است و کدام یک را می توان قربانی کرد.

مدار سوئیچینگ با امیتر مشترک

اما با همه خوبی ها، طرح OE یک اشکال قابل توجه نیز دارد. این در این واقعیت نهفته است که افزایش فرکانس و دما منجر به وخامت قابل توجهی در خواص تقویت کننده ترانزیستور می شود. بنابراین، اگر ترانزیستور باید در فرکانس های بالا کار کند، بهتر است از یک مدار سوئیچینگ متفاوت استفاده کنید. مثلا با یک پایه مشترک.

نمودار سیم کشی با پایه مشترک

در مدار پایه مشترک، فاز سیگنال معکوس نمی شود و سطح نویز در فرکانس های بالا کاهش می یابد. اما همانطور که قبلا ذکر شد، سود فعلی آن همیشه کمی کمتر از وحدت است. درست است، افزایش ولتاژ در اینجا مانند مدار با یک امیتر مشترک است. از معایب مدار با پایه مشترک می توان به نیاز به استفاده از دو منبع تغذیه نیز اشاره کرد.

طرح سوئیچینگ با یک کلکتور مشترک

یادآوری می کنم که بازخورد منفی چنین بازخوردی است که در آن سیگنال خروجی به ورودی باز می گردد که باعث کاهش سطح سیگنال ورودی می شود. بنابراین، تنظیم خودکار زمانی رخ می دهد که پارامترهای سیگنال ورودی به طور تصادفی تغییر کنند.

بهره جریان تقریباً مشابه مدار امیتر رایج است. اما بهره ولتاژ کم است (عیب اصلی این مدار). به وحدت نزدیک می شود، اما همیشه کمتر از آن است. بنابراین، بهره قدرت تنها با چند ده واحد برابر است.

در مدار جمع کننده مشترک، هیچ تغییر فازی بین ولتاژ ورودی و خروجی وجود ندارد. از آنجایی که بهره ولتاژ نزدیک به واحد است، ولتاژ خروجی در فاز و دامنه با ورودی منطبق است، یعنی آن را تکرار می کند. به همین دلیل است که چنین مداری را دنبال کننده امیتر می نامند. امیتر - زیرا ولتاژ خروجی نسبت به سیم مشترک از امیتر حذف می شود.

چنین گنجایشی برای مطابقت با مراحل ترانزیستور یا زمانی که منبع سیگنال ورودی دارای امپدانس ورودی بالایی است (به عنوان مثال، یک پیکاپ پیزوالکتریک یا یک میکروفون کندانسور) استفاده می شود.

دو کلمه در مورد آبشار

همچنین ممکن است نیاز به ترانزیستوری با حساسیت خوب و در عین حال بهره خوب وجود داشته باشد. در چنین مواردی از یک آبشار ترانزیستور حساس اما کم مصرف استفاده می شود (در شکل - VT1) که منبع تغذیه یک همتای قدرتمندتر (در شکل - VT2) را کنترل می کند.

سایر کاربردهای ترانزیستورهای دوقطبی

علامت گذاری

نظرات مفید:
http://habrahabr.ru/blogs/easyelectronics/133136/#comment_4419173

برچسب ها:

• ترانزیستورها
• ترانزیستورهای دوقطبی
• الکترونیک