• Ortak emitörlü gelişmiş moda sahip bipolar transistörler. Bipolar transistör nedir ve nasıl test edilir

    Transistörler aktif bileşenlerdir ve elektronik devrelerde amplifikatörler ve anahtarlama cihazları (transistör anahtarları) olarak kullanılır. Yükseltici cihazlar olarak, yüksek ve düşük frekanslı cihazlarda, sinyal üreteçlerde, modülatörlerde, dedektörlerde ve diğer birçok devrede kullanılırlar. Dijital devrelerde, anahtarlamalı güç kaynaklarında ve kontrollü elektrikli tahriklerde anahtar görevi görürler.

    bipolar transistörler

    Bu, en yaygın transistör tipinin adıdır. npn ve pnp tiplerine ayrılırlar. Onlar için malzeme çoğunlukla silikon veya germanyumdur. İlk başta transistörler germanyumdan yapıldı, ancak sıcaklığa karşı çok duyarlıydılar. Silikon cihazlar, dalgalanmalarına karşı çok daha dayanıklıdır ve üretimi daha ucuzdur.

    Aşağıdaki fotoğrafta çeşitli bipolar transistörler gösterilmektedir.

    Düşük güçlü cihazlar, küçük plastik dikdörtgen veya metal silindirik kasalara yerleştirilmiştir. Üç çıkışları vardır: taban (B), yayıcı (E) ve toplayıcı (K) için. Bunların her biri, ya n-iletkenlik (akım serbest elektronlar tarafından oluşturulur) ya da p-tipi (akım, pozitif yüklü "delikler" denilen deliklerden oluşur) ile üç silikon tabakasından birine bağlıdır. transistörün yapısı.

    Bipolar transistör nasıl düzenlenir?

    Transistörün çalışma prensipleri, cihazından başlayarak incelenmelidir. Aşağıdaki şekilde gösterilen bir npn transistörün yapısını düşünün.

    Gördüğünüz gibi, üç katman içerir: ikisi n tipi iletkenliğe ve biri p tipi iletkenliğe sahiptir. Katmanların iletkenlik tipi, silikon kristalinin çeşitli kısımlarının özel safsızlıklarla doping derecesi ile belirlenir. Ana akım taşıyıcıları olarak çok sayıda serbest elektron elde etmek için n-tipi yayıcı çok yoğun bir şekilde katkılanmıştır. Çok ince p-tipi taban, safsızlıklarla hafifçe katkılanır ve yüksek dirence sahipken, n-tipi toplayıcı, ona düşük direnç sağlamak için çok ağır katkılanır.

    transistör nasıl çalışır

    Onları tanımanın en iyi yolu deney yapmaktır. Aşağıda basit bir devre şeması verilmiştir.

    Ampulü kontrol etmek için bir güç transistörü kullanır. Ayrıca bir pile, yaklaşık 4,5 V / 0,3 A'lık küçük bir el feneri ampulüne, değişken dirençli bir potansiyometreye (5K) ve 470 ohm'luk bir dirence ihtiyacınız olacaktır. Bu bileşenler, diyagramın sağındaki şekilde gösterildiği gibi bağlanmalıdır.

    Potansiyometre kaydırıcısını en düşük konuma çevirin. Bu, taban voltajını (baz ve toprak arasındaki) sıfır volta (U BE = 0) düşürür. Lamba yanmıyor, bu da transistörden akım geçmediği anlamına geliyor.

    Şimdi kolu alt konumundan çevirirseniz, U BE kademeli olarak artar. 0,6 V'a ulaştığında, transistörün tabanına akım akmaya başlar ve lamba parlamaya başlar. Kol daha fazla hareket ettirildiğinde, U BE gerilimi 0,6 V'ta kalır, ancak taban akımı artar ve bu, toplayıcı-emitör devresinden geçen akımı artırır. Kol yukarı konuma getirilirse, tabandaki voltaj hafifçe 0,75 V'a yükselir, ancak akım önemli ölçüde artar ve lamba parlak bir şekilde yanar.

    Ve transistörün akımlarını ölçerseniz?

    Kollektör (C) ile lamba arasına (IC ölçmek için) bir ampermetre, taban (B) ile potansiyometre arasına başka bir ampermetre (IB ölçmek için) ve ortak tel ile taban arasına bir voltmetre eklersek ve tüm deney, bazı ilginç veriler elde edebiliriz. Potansiyometre düğmesi en düşük konumundayken, I C ve I B akımları gibi U BE de 0 V'tur. Kol hareket ettirildiğinde, bu değerler eşit olduklarında ışık yanmaya başlayana kadar artar: U BE = 0,6 V, I B = 0,8 mA ve I C = 36 mA.

    Sonuç olarak, bu deneyden aşağıdaki transistör çalışma ilkelerini elde ederiz: tabanda pozitif (npn tipi için) bir önyargı voltajının yokluğunda, terminallerinden geçen akımlar sıfırdır ve taban voltajı varlığında ve akım, değişiklikleri toplayıcı-emitör devresindeki akımı etkiler.

    Transistör açıldığında ne olur?

    Normal çalışma sırasında, baz yayıcı bağlantısına uygulanan voltaj, bazın potansiyeli (p-tipi) yayıcınınkinden (n-tipi) yaklaşık 0,6 V daha yüksek olacak şekilde dağıtılır. Aynı zamanda, bu bağlantıya bir ileri voltaj uygulanır, ileri yönlüdür ve tabandan yayıcıya akım akışına açıktır.

    Kollektörün potansiyeli (n-tipi) bazdan (p-tipi) daha yüksek olacak şekilde, taban-toplayıcı bağlantı noktasına çok daha yüksek bir voltaj uygulanır. Böylece bağlantı noktasına bir ters voltaj uygulanır ve ters kutuplanır. Bu, transistör boyunca bir besleme gerilimi uygulandığında, toplayıcıda tabanın yakınında oldukça kalın bir elektronu tüketilmiş katmanla sonuçlanır. Sonuç olarak, toplayıcı-emitör devresinden akım geçmez. Npn transistörün geçiş bölgelerindeki yüklerin dağılımı aşağıdaki şekilde gösterilmiştir.

    Temel akımın rolü nedir?

    Elektronik cihazımızı nasıl çalıştırırız? Transistörün çalışma prensibi, taban akımını kapalı taban-toplayıcı bağlantısının durumuna etkilemektir. Baz-verici bağlantı noktası ileriye doğru kutuplandığında, tabana küçük bir akım akacaktır. Burada taşıyıcıları pozitif yüklü deliklerdir. Yayıcıdan gelen elektronlarla birleşerek I BE akımını sağlarlar. Bununla birlikte, yayıcının çok ağır katkılı olması nedeniyle, deliklerle birleşebileceğinden çok daha fazla elektron tabana akar. Bu, tabanda yüksek bir elektron konsantrasyonu olduğu ve çoğunun onu geçerek elektronu tükenmiş toplayıcı katmana girdiği anlamına gelir. Burada taban-toplayıcı bağlantısına uygulanan güçlü bir elektrik alanın etkisi altına girerler, elektronu tükenmiş katmandan geçerler ve toplayıcının ana hacminden çıkışına geçerler.

    Tabana akan akımdaki değişiklikler yayıcıdan çekilen elektronların sayısını etkiler. Böylece, transistörün çalışma prensipleri aşağıdaki ifade ile tamamlanabilir: temel akımdaki çok küçük değişiklikler, yayıcıdan toplayıcıya akan akımda çok büyük değişikliklere neden olur, yani. akım amplifikasyonu meydana gelir.

    FET türleri

    İngilizce'de, "alan etkili transistörler" olarak çevrilebilen FET'ler - Alan Etkili Transistörler olarak adlandırılırlar. İsimleri hakkında çok fazla kafa karışıklığı olmasına rağmen, temelde iki ana türü vardır:

    1. Kontrol pn-kavşağı ile. İngiliz literatüründe JFET veya Junction FET olarak anılırlar ve "junction field effect transistor" olarak tercüme edilebilirler. Aksi halde JUGFET veya Junction Unipolar Gate FET olarak adlandırılırlar.

    2. Yalıtılmış bir kapı ile (aksi halde MOS veya MIS transistörleri). İngilizce'de IGFET veya Insulated Gate FET olarak adlandırılırlar.

    Dıştan, aşağıdaki fotoğrafla onaylanan bipolar olanlara çok benziyorlar.

    FET cihazı

    Tüm alan etkili transistörler, UNIPOLE cihazları olarak adlandırılabilir, çünkü içlerinden akımı oluşturan yük taşıyıcıları, belirli bir transistör için tek tiptir - elektronlar veya "delikler", ancak ikisi aynı anda değil. Bu, alan etkili bir transistörün çalışma prensibini, akımın bu iki tip taşıyıcı tarafından aynı anda üretildiği iki kutuplu olandan ayırır.

    Mevcut taşıyıcılar, "kaynak" ve "drenaj" olarak adlandırılan iki terminal arasında n- veya p-tipi iletimle, kanal adı verilen pn bağlantıları olmayan bir silikon tabakası boyunca bir kontrol pn bağlantısıyla FET'lerde akar - emitörün analogları ve toplayıcı veya daha kesin olarak, vakum triyotunun katodu ve anodu. Üçüncü çıkış - bir geçit (bir triyot ızgarasına benzer) - kaynak-drenaj kanalından farklı bir iletkenliğe sahip bir silikon katmana bağlanır. Böyle bir cihazın yapısı aşağıdaki şekilde gösterilmiştir.

    Alan etkili transistör nasıl çalışır? Çalışma prensibi, kapı-kanal bağlantısına voltaj uygulayarak kanalın kesitini kontrol etmektir. Her zaman ters yönlüdür, bu nedenle transistör geçit devresinden neredeyse hiç akım çekmezken, iki kutuplu bir cihazın çalışması için belirli bir miktarda temel akıma ihtiyacı vardır. Giriş voltajı değiştiğinde, kapı alanı genişleyerek kaynak-drenaj kanalını tamamen kapanana kadar bloke edebilir ve böylece drenaj akımını kontrol edebilir.

    Elektronik her yerde bizi çevreliyor. Ama neredeyse hiç kimse tüm bunların nasıl çalıştığını düşünmüyor. Aslında, her şey oldukça basit. Bugün göstermeye çalışacağımız şey budur. Ve transistör gibi önemli bir unsurla başlayalım. Size ne olduğunu, ne işe yaradığını ve bir transistörün nasıl çalıştığını anlatacağız.

    transistör nedir?

    transistör- elektrik akımını kontrol etmek için tasarlanmış yarı iletken bir cihaz.

    Transistörler nerede kullanılır? Evet, her yerde! Neredeyse hiçbir modern elektrik devresi transistörler olmadan yapamaz. Bilgisayar teknolojisi, ses ve video ekipmanlarının üretiminde yaygın olarak kullanılmaktadırlar.

    Zamanlar Sovyet mikro devreleri dünyanın en büyüğüydü, geçti ve modern transistörlerin boyutu çok küçük. Yani, cihazların en küçüğü bir nanometre mertebesinde bir boyuta sahip!

    Konsol nano on üzeri eksi dokuzuncu kuvvet mertebesinde bir büyüklüğe işaret eder.

    Ancak ağırlıklı olarak enerji ve endüstri alanlarında kullanılan dev örnekleri de bulunmaktadır.

    Farklı transistör türleri vardır: iki kutuplu ve kutupsal, doğrudan ve ters iletim. Ancak bu cihazların çalışması aynı prensibe dayanmaktadır. Bir transistör yarı iletken bir cihazdır. Bilindiği gibi bir yarı iletkende yük taşıyıcılar elektronlar veya deliklerdir.

    Fazla elektron içeren bölge harfle gösterilir. N(negatif) ve delik iletkenliği olan bölge P(pozitif).

    Bir transistör nasıl çalışır?

    Her şeyi netleştirmek için işi düşünün bipolar transistör (en popüler tip).

    (bundan sonra sadece bir transistör olarak anılacaktır) bir yarı iletken kristaldir (en sık kullanılan silikon veya germanyum), farklı elektriksel iletkenliğe sahip üç bölgeye ayrılmıştır. Bölgeler buna göre adlandırılır kolektör, temel Ve verici. Transistör cihazı ve şematik gösterimi aşağıdaki şekilde gösterilmiştir.

    Doğrudan ve ters iletkenliğe sahip ayrı transistörler. P-n-p transistörlere ileri iletken transistörler ve n-p-n transistörlere ters transistörler denir.

    Şimdi transistörlerin iki çalışma modunun ne olduğu hakkında. Transistörün çalışması, bir su musluğunun veya vanasının çalışmasına benzer. Sadece su yerine - elektrik akımı. Transistörün iki durumu mümkündür - çalışma (transistör açık) ve dinlenme durumu (transistör kapalı).

    Bu ne anlama geliyor? Transistör kapatıldığında içinden akım geçmez. Açık durumda, tabana küçük bir kontrol akımı uygulandığında, transistör açılır ve emitör-toplayıcıdan büyük bir akım akmaya başlar.

    Bir transistördeki fiziksel süreçler

    Ve şimdi neden her şeyin bu şekilde olduğu, yani transistörün neden açılıp kapandığı hakkında daha fazla bilgi. Bipolar bir transistörü ele alalım. Bırak olsun n-p-n transistör.

    Kollektör ve emitör arasına bir güç kaynağı bağlarsanız, toplayıcı elektronları pozitif yönde çekilmeye başlayacak, ancak toplayıcı ile emitör arasında akım olmayacaktır. Bu, temel katman ve yayıcı katmanın kendisi tarafından önlenir.

    Bununla birlikte, baz ile yayıcı arasına ek bir kaynak bağlanırsa, yayıcının n bölgesinden gelen elektronlar bazlar bölgesine girmeye başlayacaktır. Sonuç olarak, baz bölgesi serbest elektronlarla zenginleşecek, bunların bir kısmı deliklerle yeniden birleşecek, bir kısmı bazın artısına akacak ve bir kısmı (çoğu) toplayıcıya gidecek.

    Böylece, transistör açılır ve emitör-toplayıcı akımı içinde akar. Taban gerilimi artırılırsa kollektör-emetör akımı da artacaktır. Ayrıca, kontrol voltajındaki küçük bir değişiklikle, toplayıcı-emitörden geçen akımda önemli bir artış gözlenir. Transistörlerin amplifikatörlerde çalışması bu etkiye dayanmaktadır.

    Transistörlerin kısaca nasıl çalıştığının tüm noktası budur. Bir gecede çift kutuplu transistörlü bir güç amplifikatörü tasarlamanız mı yoksa bir transistörün çalışmasını incelemek için bazı laboratuvar çalışmaları mı yapmanız gerekiyor? Öğrenci servisi uzmanlarımızın yardımını kullanırsanız, bu yeni başlayanlar için bile sorun değildir.

    Ders çalışmak gibi önemli konularda profesyonel yardım almaktan çekinmeyin! Ve artık transistörler hakkında bir fikriniz olduğuna göre, sizi rahatlamaya ve Korn grubu “Twisted transistor” videosunu izlemeye davet ediyoruz! Örneğin siz karar verin, Yazışmalarla iletişime geçin.

    Bipolar transistörler, katkılı malzemelerden yapılır ve iki tip olabilir - NPN ve PNP. Transistörün yayıcı (E), taban (B) ve toplayıcı (C) olarak bilinen üç terminali vardır. Aşağıdaki şekil, ana çalışma modlarında (aktif, doygunluk, kesme) toplayıcının pozitif bir potansiyele sahip olduğu, yayıcının negatif olduğu ve tabanın transistörün durumunu kontrol etmek için kullanıldığı bir NPN transistörünü göstermektedir.

    Bu yazıda yarı iletkenlerin fiziği tartışılmayacak, ancak iki kutuplu bir transistörün iki p-n bağlantısıyla ayrılmış üç ayrı parçadan oluştuğunu belirtmekte fayda var. PNP transistörü, iki P bölgesiyle ayrılmış bir N bölgesine sahiptir:

    Bir NPN transistörü, iki N bölgesi arasına sıkıştırılmış bir P bölgesine sahiptir:

    N ve P bölgeleri arasındaki bağlantı noktaları, 'deki bağlantı noktalarına benzer ve bunlar ayrıca ileri ve geri eğilimli p-n bağlantıları olabilir. Bu cihazlar, önyargı türüne bağlı olarak farklı modlarda çalışabilir:

    • Kesme: Bu mod, geçiş yaparken de çalışır. Emitör ile toplayıcı arasında akım akmaz, pratik olarak bir "açık devre", yani "kontak açıktır".
    • Aktif mod: transistör, amplifikatör devrelerinde çalışır. Bu modda, özelliği neredeyse doğrusaldır. Yayıcı ve toplayıcı arasında, değeri yayıcı ile taban arasındaki öngerilim (kontrol) voltajının değerine bağlı olan bir akım akar.
    • Doygunluk: değiştirildiğinde çalışır. Emitör ile toplayıcı arasında pratik olarak bir "kısa devre" vardır, yani "kontak kapalıdır".
    • Ters aktif mod: Aktif modda olduğu gibi, transistör akımı taban akımıyla orantılıdır ancak ters yönde akar. Çok nadiren kullanılır.

    Bir NPN transistöründe, toplayıcıdan yayıcıya akım oluşturmak için toplayıcıya pozitif bir voltaj uygulanır. Bir PNP transistörde, yayıcıdan toplayıcıya akım oluşturmak için yayıcıya pozitif bir voltaj uygulanır. NPN'de akım toplayıcıdan (K) yayıcıya (E) akar:

    Ve PNP'de akım yayıcıdan toplayıcıya akar:

    PNP ve NPN'de akım ve gerilim kutuplarının yönlerinin her zaman birbirine zıt olduğu açıktır. NPN transistörleri toprağa pozitif güç gerektirirken, PNP transistörleri negatif güç gerektirir.

    PNP ve NPN hemen hemen aynı şekilde çalışır, ancak modları kutuplara bağlı olarak farklılık gösterir. Örneğin, NPN'yi doyma moduna geçirmek için U B, U K ve U E'den yüksek olmalıdır. Aşağıda, çalışma modlarının voltajlarına bağlı olarak kısa bir açıklaması bulunmaktadır:

    Herhangi bir iki kutuplu transistörün temel prensibi, yayıcı ve toplayıcı arasındaki akım akışını düzenlemek için temel akımı kontrol etmektir. NPN ve PNP transistörlerin çalışma prensibi aynıdır. Tek fark, N-P-N ve P-N-P bağlantılarına, yani yayıcı-taban-toplayıcıya uygulanan voltajların polaritesidir.

    KONU 4. BİPOLAR TRANSİSTÖRLER

    4.1 Tasarım ve çalışma prensibi

    Bipolar transistör, alternatif elektriksel iletkenlik türlerine sahip üç bölgeden oluşan ve güç amplifikasyonu için uygun olan yarı iletken bir cihazdır.

    Şu anda üretilen bipolar transistörler aşağıdaki kriterlere göre sınıflandırılabilir:

    Malzemeye göre: germanyum ve silikon;

    Bölgelerin iletkenlik türüne göre: p-n-p ve n-p-n tipi;

    Güce göre: düşük (Pmax £ 0,3W), orta (Pmax £ 1,5W) ve yüksek güç (Pmax > 1,5W);

    Frekansa göre: düşük frekans, orta frekans, yüksek frekans ve mikrodalga.

    Bipolar transistörlerde akım, iki tür yük taşıyıcının hareketiyle belirlenir: elektronlar ve delikler (veya temel ve küçük). Dolayısıyla isimleri - bipolar.

    Şu anda sadece düzlemsel p-n bağlantılı transistörler üretilmekte ve kullanılmaktadır.

    Düzlemsel bir iki kutuplu transistörün cihazı, Şek. 4.1.

    Farklı elektrik iletkenliğine sahip üç bölgenin oluşturulduğu bir germanyum veya silikon levhadır. Bir n-p-n transistörde, orta bölge bir deliğe sahiptir ve uç bölgeler elektronik elektriksel iletkenliğe sahiptir.

    p-n-p tipi transistörler, elektronik ile bir orta bölgeye ve delik elektrik iletkenliğine sahip aşırı bölgelere sahiptir.

    Transistörün orta bölgesi baz, bir uç bölge yayıcı, diğeri ise toplayıcı olarak adlandırılır. Böylece, transistörün iki p-n-kavşağı vardır: yayıcı - yayıcı ile taban arasında ve toplayıcı - taban ile toplayıcı arasında. Verici bağlantı alanı, toplayıcı bağlantı alanından daha küçüktür.

    Yayıcı, amacı tabana yük taşıyıcıları enjekte etmek olan bir transistörün bir bölgesidir. Toplayıcı, amacı tabandan yük taşıyıcıları çıkarmak olan bir alandır. Baz, yayıcı tarafından bu bölge için küçük olan yük taşıyıcılarının enjekte edildiği bölgedir.

    Yayıcıdaki çoğunluk yük taşıyıcılarının konsantrasyonu, bazdaki çoğunluk yük taşıyıcılarının konsantrasyonundan birçok kez daha fazladır ve toplayıcıdaki konsantrasyonları, yayıcıdaki konsantrasyondan biraz daha azdır. Bu nedenle, yayıcı iletkenliği, temel iletkenlikten birkaç kat daha yüksektir ve toplayıcı iletkenliği, yayıcı iletkenliğinden biraz daha düşüktür.

    Baz, yayıcı ve toplayıcıdan sonuçlar çıkarılır. Sonuçlardan hangisinin giriş ve çıkış devrelerinde ortak olduğuna bağlı olarak, üç transistör anahtarlama devresi vardır: ortak tabanlı (OB), ortak yayıcı (OE), ortak toplayıcı (OK).

    Giriş veya kontrol devresi, transistörün çalışmasını kontrol etmek için kullanılır. Çıkışta veya kontrollü devrede gelişmiş salınımlar elde edilir. Yükseltilmiş salınımların kaynağı giriş devresine ve yük çıkış devresine bağlanır.

    Ortak bir temel devreye göre bağlanmış p-n-p tipi bir transistör örneğini kullanarak bir transistörün çalışma prensibini düşünün (Şekil 4.2).

    Şekil 4.2 - Bipolar transistörün çalışma prensibi (p-n-p-tipi)

    İki güç kaynağının (EE ve Ek) harici gerilimleri, transistöre, yayıcı bağlantısı P1 ileri yönde (ileri gerilim) ve kollektör bağlantısı P2 ters yönde (geri gerilim) kutuplanacak şekilde bağlanır. ).

    Kolektör bağlantısına bir ters voltaj uygulanırsa ve emitör devresi açıksa, kollektör devresinde küçük bir ters akım Iko (mikroamper birimleri) akar. Bu akım, bir ters voltajın etkisi altında ortaya çıkar ve taban deliklerinin azınlık yük taşıyıcılarının ve toplayıcı elektronların kollektör kavşağı boyunca yönlü hareketi ile yaratılır. Ters akım devre boyunca akar: +Ek, baz toplayıcı, -Ek. Kolektör ters akımının büyüklüğü kollektör voltajına bağlı olmayıp yarı iletkenin sıcaklığına bağlıdır.

    Emitör devresine ileri yönde sabit bir voltaj EE bağlandığında, emitör bağlantısının potansiyel bariyeri azalır. Deliklerin tabana enjeksiyonu (enjeksiyon) başlar.

    Transistöre uygulanan harici voltajın esas olarak P1 ve P2 bağlantı noktalarına uygulandığı ortaya çıkıyor, çünkü baz, emitör ve kollektör bölgelerinin direncine göre yüksek bir dirence sahiptirler. Bu nedenle, tabana enjekte edilen delikler difüzyon yoluyla içinde hareket eder. Bu durumda delikler baz elektronlarla yeniden birleşir. Tabandaki taşıyıcıların konsantrasyonu yayıcıdakinden çok daha az olduğundan, çok az delik yeniden birleşir. Küçük bir taban kalınlığı ile neredeyse tüm delikler P2 kollektör bağlantısına ulaşacaktır. Yeniden birleştirilen elektronlar, Ek güç kaynağından gelen elektronlarla değiştirilir. Tabandaki elektronlarla yeniden birleşen delikler temel akım IB'yi oluşturur.

    Ek ters voltajın etkisi altında, kolektör bağlantısının potansiyel bariyeri artar ve P2 bağlantısının kalınlığı artar. Ancak kollektör bağlantısının potansiyel bariyeri, deliklerin içinden geçmesini engellemez. Kollektör bağlantı bölgesine giren delikler, kollektör voltajı tarafından bağlantı noktasında oluşturulan güçlü bir hızlanma alanına düşer ve kollektör tarafından çekilerek kollektör akımı Ik oluşturur. Kolektör akımı devre boyunca akar: + Ek, temel kollektör, -Ek.

    Böylece, transistörde üç akım akar: yayıcı, toplayıcı ve taban akımı.

    Tabanın çıkışı olan telde emiter ve kollektör akımları zıt yönlüdür. Bu nedenle, temel akım, verici ve toplayıcı akımları arasındaki farka eşittir: IB \u003d IE - IK.

    n-p-n tipi bir transistördeki fiziksel işlemler, p-n-p tipi bir transistördeki işlemlere benzer şekilde ilerler.

    Toplam yayıcı akımı IE, yayıcı tarafından enjekte edilen ana yük taşıyıcılarının sayısı ile belirlenir. Bu yük taşıyıcıların toplayıcıya ulaşan ana kısmı, kollektör akımı Ik oluşturur. Tabana enjekte edilen yük taşıyıcılarının önemsiz bir kısmı, tabanda yeniden birleşerek bir temel akım IB oluşturur. Bu nedenle emitör akımı, taban ve kollektör akımlarına bölünecektir, yani. IE \u003d IB + Ik.

    Yayıcı akımı giriş akımıdır, kollektör akımı çıkıştır. Çıkış akımı, girişin bir parçasıdır, yani

    a, OB devresi için akım transfer katsayısıdır;

    Çıkış akımı giriş akımından küçük olduğu için katsayı a<1. Он показывает, какая часть инжектированных в базу носителей заряда достигает коллектора. Обычно величина a составляет 0,95¸0,995.

    Ortak bir yayıcı devrede, çıkış akımı kollektör akımıdır ve giriş akımı temel akımdır. OE devresi için akım kazancı:

    (4.3)

    Sonuç olarak, OE devresi için akım kazancı onlarca birimdir.

    Transistörün çıkış akımı giriş akımına bağlıdır. Bu nedenle, bir transistör akım kontrollü bir cihazdır.

    Emitör bağlantı voltajındaki bir değişikliğin neden olduğu emetör akımındaki değişiklikler tamamen kollektör devresine aktarılarak kollektör akımında bir değişikliğe neden olur. Dan beri toplayıcı güç kaynağı Ek'in voltajı, yayıcı Ee'ninkinden çok daha büyükse, o zaman Pk toplayıcı devresinde tüketilen güç, yayıcı devresindeki Re güçten çok daha büyük olacaktır. Böylece emitör devresinde harcanan düşük bir güç ile transistörün kollektör devresindeki büyük bir gücü kontrol etmek mümkündür, yani. güç artışı var.

    4.2 Bipolar transistörleri açma şemaları

    Transistör, terminallerinden biri (elektrot) giriş, ikincisi çıkış ve üçüncüsü giriş ve çıkış devreleri için ortak olacak şekilde elektrik devresine bağlanır. Hangi elektrotun ortak olduğuna bağlı olarak, üç transistör anahtarlama devresi vardır: OB, OE ve OK. Bir p-n-p transistörü için bu devreler, Şek. 4.3. Bir n-p-n transistör için, anahtarlama devrelerinde sadece gerilimlerin kutupları ve akımların yönü değişir. Herhangi bir transistör anahtarlama devresi için (aktif modda), güç kaynaklarının açılmasının polaritesi, emitör bağlantısının ileri yönde ve toplayıcı bağlantısının ters yönde açılmasını sağlayacak şekilde seçilmelidir.

    Şekil 4.3 - Bipolar transistörleri açma şemaları: a) HAKKINDA; b) OE; c) tamam

    4.3 Bipolar transistörlerin statik özellikleri

    Transistörün statik çalışma modu, çıkış devresinde yük olmadığı moddur.

    Transistörlerin statik özellikleri, giriş devresinin (giriş VAC) ve çıkış devresinin (çıkış VAC) voltaj ve akımının grafiksel olarak ifade edilen bağımlılıkları olarak adlandırılır. Özelliklerin türü, transistörün açılma şekline bağlıdır.

    4.3.1 OB devresine göre bağlanan transistörün özellikleri

    UKB \u003d const ile IE \u003d f (UEB) (Şekil 4.4, a).

    IE \u003d const ile IK \u003d f (UKB) (Şekil 4.4, b).

    Şekil 4.4 - OB devresine göre bağlanmış bir bipolar transistörün statik özellikleri

    Çıkış I–V özelliklerinin üç karakteristik bölgesi vardır: 1 – Ik'nin UKB'ye güçlü bağımlılığı (doğrusal olmayan başlangıç ​​bölgesi); 2 – Ik'nin UKB'ye zayıf bağımlılığı (doğrusal bölge); 3 - toplayıcı bağlantısının bozulması.

    Bölge 2'deki özelliklerin bir özelliği, artan UKB gerilimi ile hafif artışlarıdır.

    4.3.2 OE şemasına göre bağlanan transistörün özellikleri:

    Giriş özelliği bağımlılıktır:

    UKE \u003d const ile IB \u003d f (UBE) (Şekil 4.5, b).

    Çıkış özelliği bağımlılıktır:

    IK \u003d f (UKE) ile IB \u003d const (Şekil 4.5, a).

    Şekil 4.5 - OE devresine göre bağlanmış iki kutuplu bir transistörün statik özellikleri

    OE devresindeki transistör akım kazancı sağlar. OE devresindeki akım kazancı: Transistörler için a katsayısı a = 0,9¸0,99 ise, o zaman katsayı b = 9¸99. Bu, özellikle bu anahtarlama devresinin OB devresine kıyasla daha geniş pratik uygulamasını belirleyen OE devresine göre transistörü açmanın en önemli avantajıdır.

    Transistörün çalışma prensibinden, iki akım bileşeninin taban terminalinden ters yönde aktığı bilinmektedir (Şekil 4.6): kollektör bağlantısının ters akımı IKO ve emitör akımının bir kısmı (1 - a) IE. Bu bağlamda, temel akımın sıfır değeri (IB = 0), akımların belirtilen bileşenlerinin eşitliği ile belirlenir, yani. (1 - a)IE = IKO. Sıfır giriş akımı emitör akımı IE=IKO/(1−a)=(1+b)IKO ve kollektör akımına karşılık gelir. Başka bir deyişle, sıfır temel akımda (IB \u003d 0), OE devresindeki transistörden ilk veya geçiş akımı IKO (E) olarak adlandırılan ve (1 + b) IKO'ya eşit bir akım akar.

    Şekil 4.6 - Ortak emitörlü bir transistör için anahtarlama devresi (OE devresi)

    4.4 Temel parametreler

    Bipolar transistörlü devrelerin analizi ve hesaplanması için h denilen - OE devresine göre bağlanmış bir transistörün parametreleri kullanılır.

    OE devresine göre bağlanan bir transistörün elektriksel durumu, IB, IBE, IK, UKE değerleri ile karakterize edilir.

    h - parametre sistemi aşağıdaki miktarları içerir:

    1. Giriş empedansı

    h11 = DU1/DI1 ile U2 = sabit. (4.4)

    çıkışta kısa devre olan alternatif bir giriş akımına karşı transistörün direncini temsil eder, yani; çıkış AC voltajı yokluğunda.

    2. Voltaj geri besleme faktörü:

    h12 = DU1/DU2 ile I1= sabit. (4.5)

    içindeki geri besleme nedeniyle giriş AC voltajının ne kadarının transistörün girişine iletildiğini gösterir.

    3. Mevcut kuvvet katsayısı (akım transfer katsayısı):

    h21 = DI2/DI1 ile U2= sabit. (4.6)

    yüksüz modda transistörün AC kazancını gösterir.

    4. Çıkış iletkenliği:

    h22 = DI2/DU2 ile I1 = sabit. (4.7)

    transistörün çıkış terminalleri arasındaki AC iletkenliğini temsil eder.

    Çıkış direnci Yönlendirme = 1/h22.

    Ortak emitörlü bir devre için aşağıdaki denklemler geçerlidir:

    (4.8)

    Kolektör bağlantısının aşırı ısınmasını önlemek için, kollektör akımının geçişi sırasında serbest bırakılan gücün belirli bir maksimum değeri aşmaması gerekir:

    (4.9)

    Ek olarak, kollektör voltajıyla ilgili kısıtlamalar vardır:

    ve toplayıcı akımı:

    4.5 Bipolar transistörlerin çalışma modları

    Transistör, bağlantı noktalarındaki gerilime bağlı olarak üç modda çalışabilir. Aktif modda çalışırken, voltaj yayıcı bağlantı noktasında doğrudan ve toplayıcı bağlantı noktasında ters yöndedir.

    Kesme modu veya engelleme, her iki bağlantı noktasına da ters voltaj uygulanarak elde edilir (her iki p-n- bağlantısı da kapalıdır).

    Gerilim her iki bağlantıda da doğrudan ise (her iki p-n- bağlantısı da açık), bu durumda transistör doyum modunda çalışır.

    Kesme ve doygunluk modlarında, transistör kontrolü neredeyse yoktur. Aktif modda, bu kontrol en verimli şekilde gerçekleştirilir ve transistör, elektrik devresinin aktif bir elemanının işlevlerini (amplifikasyon, üretim vb.) Gerçekleştirebilir.

    4.6 Kapsam

    Bipolar transistörler, evrensel kullanım için yarı iletken cihazlardır ve çeşitli amplifikatörlerde, jeneratörlerde, darbe ve anahtar cihazlarda yaygın olarak kullanılmaktadır.

    4.7 Bipolar transistördeki en basit yükseltme aşaması

    En büyük uygulama, ortak verici devresine göre transistör anahtarlama devresi tarafından bulunur (Şekil 4.7)

    Devrenin ana elemanları güç kaynağı Ek, kontrol edilen eleman transistör VT ve direnç Rk'dir. Bu elemanlar, kontrollü bir akımın akışı nedeniyle devrenin çıkışında yükseltilmiş bir alternatif voltajın yaratıldığı yükseltme aşamasının ana (çıkış) devresini oluşturur.

    Kalan unsurlar destekleyici bir rol oynar. Kondansatör Cp ayrılıyor. Bu kapasitörün yokluğunda, Ek güç kaynağından giriş sinyali kaynağı devresinde bir doğru akım yaratılacaktır.

    Şekil 4.7 - Ortak bir yayıcı devresine göre iki kutuplu bir transistördeki en basit yükseltme aşamasının şeması

    Temel devreye dahil olan direnç RB, transistörün dinlenme modunda çalışmasını sağlar, yani. bir giriş sinyali yokluğunda. Dinlenme modu, dinlenme temel akımı IB » Ek/RB tarafından sağlanır.

    Direnç Rk yardımıyla bir çıkış voltajı oluşturulur, yani. Rk, temel devre tarafından kontrol edilen içindeki akımın akışı nedeniyle çıkış devresinde değişen bir voltaj yaratma işlevini yerine getirir.

    Yükseltme aşamasının toplayıcı devresi için, aşağıdaki elektriksel durum denklemi yazılabilir:

    Ek \u003d Uke + IkRk, (4.10)

    yani, direnç Rk üzerindeki voltaj düşüşünün toplamı ve transistörün toplayıcı-emitör voltajı Uke her zaman sabit bir değere eşittir - güç kaynağının EMF'si Ek.

    Amplifikasyon işlemi, giriş tarafından belirtilen yasaya göre kontrol edilen elemanın (transistör) direncindeki bir değişiklik nedeniyle sabit bir voltaj kaynağı Ek'in enerjisinin çıkış devresindeki bir alternatif voltajın enerjisine dönüştürülmesine dayanır. sinyal.

    Yükseltme aşamasının girişine bir alternatif voltaj uin uygulandığında, transistörün temel devresinde bir alternatif akım bileşeni IB~ yaratılır, bu da taban akımının değişeceği anlamına gelir. Baz akımındaki bir değişiklik, kollektör akımının (IK = bIB) değerinde bir değişikliğe ve dolayısıyla direnç Rk ve Uke üzerindeki gerilimlerin değerlerinde bir değişikliğe yol açar. Yükseltme yetenekleri, kollektör akımının değerlerindeki değişimin temel akımdan b kat daha büyük olmasından kaynaklanmaktadır.

    4.8 Bipolar transistörlü elektrik devrelerinin hesaplanması

    Yükseltme aşamasının toplayıcı devresi için (Şekil 4.7), ikinci Kirchhoff yasasına göre denklem (4.10) geçerlidir.

    Kolektör direnci RK'nin volt-amper özelliği doğrusaldır ve transistörün volt-amper özellikleri, OE devresine göre bağlanan transistörün (Şekil 4.5, a) doğrusal olmayan toplayıcı özellikleridir.

    Böyle bir doğrusal olmayan devrenin hesaplanması, yani IB temel akımlarının çeşitli değerleri ve RK direncinin direnci için IK, URK ve UKE'nin belirlenmesi grafiksel olarak gerçekleştirilebilir. Bunu yapmak için, kollektör özellikleri ailesinde (Şekil 4.5, a), apsis ekseni voltları üzerindeki EK noktasından çizmek gerekir - denklemi karşılayan direnç RK'nin mevcut özelliği:

    Uke \u003d Ek - RkIk. (4.11)

    Bu özellik iki nokta üzerine kuruludur:

    x ekseninde Ik = 0'da Uke =Ek ve y ekseninde Uke = 0'da Ik = Ek/Rk. Bu şekilde oluşturulmuş kollektör direnci Rk'nin CVC'sine yük hattı denir. Kollektör özellikleriyle kesişme noktaları, belirli bir Rk direnci ve temel akım IB'nin çeşitli değerleri için denklem (4.11) için grafiksel bir çözüm sunar. Bu noktalar, transistör ve direnç Rk için aynı olan kollektör akımını Ik ve ayrıca UKE ve URK voltajını belirlemek için kullanılabilir.

    Yük hattının statik IV özelliklerinden biriyle kesişme noktasına transistörün çalışma noktası denir. IB'yi değiştirerek yük hattı boyunca hareket ettirebilirsiniz. Bir giriş değişken sinyalinin yokluğunda bu noktanın başlangıç ​​konumuna dinlenme noktası - Т0 denir.

    a) b)

    Şekil 4.8 - Çıkış ve giriş özelliklerini kullanarak transistörün çalışma modunun grafik-analitik hesaplaması.

    Dinlenme noktası (çalışma noktası) T0, dinlenme modunda mevcut IKP'yi ve UKEP gerilimini belirler. Bu değerlerden, transistörde dinlenme modunda serbest bırakılan RCP'nin gücünü, transistörün parametrelerinden biri olan PK max'ın maksimum gücünü aşmaması gerektiğini bulabilirsiniz:

    RKP = IKP ×UKEP £ RK maks. (4.12)

    Referans kitapları genellikle bir girdi özellikleri ailesi sağlamaz, yalnızca UKE = 0 ve bazı UKE > 0 için özellikler sağlar.

    1V'u aşan farklı UKE'ler için giriş özellikleri birbirine çok yakındır. Bu nedenle, giriş akımlarının ve gerilimlerinin hesaplanması, referans kitaptan alınan UKE > 0 için giriş karakteristiğine göre yaklaşık olarak yapılabilir.

    Çıkış çalışma karakteristiğinin A, To ve B noktaları bu eğriye aktarılır ve A1, T1 ve B1 noktaları elde edilir (Şekil 4.8, b). T1 çalışma noktası, temel UBEP'nin sabit voltajını ve temel IBP'nin sabit akımını belirler.

    EK kaynağından tabana sabit bir voltajın sağlanacağı direnç RB'nin direnci (transistörün dinlenme modunda çalışmasını sağlar):

    (4.13)

    Aktif (yükselten) modda, transistörün To dinlenme noktası yaklaşık olarak AB yük hattı bölümünün ortasında bulunur ve çalışma noktası AB bölümünün ötesine geçmez.

    Basit bir anahtarlama devresi ile lineer transistörlü amplifikatör arasında bariz bir fark vardır. Normal çalışan bir doğrusal amplifikatörde, kollektör akımı her zaman temel akımla doğru orantılıdır. Şekil 1'deki gibi bir anahtarlama devresinde. 1. kollektör akımı esas olarak besleme gerilimi V CC ve yük direnci R L tarafından belirlenir. Transistörün doygunluk modu oldukça önemlidir ve ayrıntılı bir tartışmayı hak eder.

    Pirinç. 1. Doygunluk modu çizimi. Transistör, lambayı yakmak için bir anahtar görevi görür.

    Şekil 1'deki devredeki kollektör akımına ne olduğunu düşünün. 1, temel akım sıfırdan başlayarak kademeli olarak artıyorsa. S 1 anahtarı açıkken, taban akımı akmaz ve kollektör akımı ihmal edilebilir düzeydedir. S 1'in kapatılması, taban yayıcı bağlantısındaki potansiyel farkı ihmal ettiğimiz bir temel akım I B \u003d V CC /R B'nin ortaya çıkmasına neden olur. R L yükünden akan kollektör akımı, I C \u003d h FE V CC /R B'ye eşittir. Şekilde gösterilen spesifik devre için, h FE = 100 ve maksimum R B değeri (50 kOhm) ile şunu elde ederiz:

    IC \u003d 100x10 / 5000 A \u003d 20 mA

    RL boyunca voltaj düşüşü, R L I C'nin ürünü tarafından belirlenir ve bizim durumumuzda 50 x 0.02 = 1 V'tur. Transistör doğrusal moddadır; RB'deki bir azalma, taban akımında bir artışa, kollektör akımında bir artışa ve sonuç olarak, R L boyunca voltaj düşüşünde bir artışa yol açar. Bu koşullar altında, devre bir voltaj yükseltici olarak kullanılabilir.

    Şimdi durumu düşünün

    ve temel akım

    I B \u003d V CC / R B \u003d V CC / (h FE R L)

    Bu nedenle, kollektör akımı

    I C \u003d (h FE V CC) / (h FE R L) \u003d V CC /R L

    Yük açısından bakıldığında, transistör bir çift anahtar kontağı gibi davranır. Ohm kanunundan, bu durumdaki yük akımının V CC /R L'yi aşamadığı sonucu çıkar. Bu nedenle, temel akımda daha fazla bir artış, artık yalnızca yük direnci ve besleme gerilimi tarafından belirlenen kollektör akımını artıramaz. Transistör doygunlukta. Uygulamada, bir transistör doyduğunda, toplayıcı ile yayıcı arasında her zaman küçük bir voltaj kalır, genellikle V CE(sat) olarak gösterilir. Kural olarak, 1 V'tan azdır ve anahtar olarak çalışmak üzere özel olarak tasarlanmış transistörler için 0,1 V'a kadar çıkabilir. Tipik olarak, V CE(doymuş), baz-emitör bağlantı noktasından giderek daha fazla akım aktıkça, yani kollektör akımı I C'nin baz akım I B'ye oranının transistörün h FE akım kazancından önemli ölçüde daha az olması durumunda azalır. .

    Kabaca konuşursak, derin doygunluk (küçük V CE(sat) değeri) şu durumlarda oluşur:

    Ben C/Ben B< h FE /5

    Şekil l'de gösterilene benzer bir devre için. 1, temel akım basitçe güç kaynağına bir direnç bağlayarak verildiğinde, seçiyoruz

    R B / R L< h FE /5

    Bu nedenle, Şekil 1'deki devre için. 1, 2N3053 transistörü için tipik bir değer varsayarak (KT630B'ye benzer - yerli ve yabancı transistörlerin analoglarına bakın) mevcut amplifikasyon faktörünün değeri h FE = 150, elimizde

    R B / R L< 150/5 = 30.

    Bu nedenle, R L = 50 Ohm'da seçiyoruz

    RB< 30 х 50 Ом = 1,5 кОм.

    Bu nedenle, yük olarak 50 ohm dirençli bir lamba kullanılıyorsa, etkin bir şekilde açmak için, temel direncin direncini 1,5 kOhm'dan az seçmeliyiz. Bu mümkün değilse, örneğin RB olarak minimum direnci 10 kΩ olan bir fotodirenç kullanıldığında, akım amplifikasyon faktörünü artırmak için bir Darlington devresi kullanılmalıdır.

    Bipolar transistör, maksimuma yakın bir kollektör akımıyla çalışıyorsa ve V CE (doymuş) voltajını bir voltun kesirleri seviyesinde tutmak gerekiyorsa, o zaman h FE'deki azalma nedeniyle, bir taban akımı daha büyüktür. I s / 10 gerekebilir.

    VCE(sat)'nin bir silikon transistör için yaklaşık 0,6V olan VBE'den çok daha küçük olabilmesi sürpriz olabilir.Bunun nedeni, kollektör-taban bağlantısının doygunluk modunda ileri yönlü olmasıdır. Bu nedenle, ileri yönlü, birbirine bağlı iki p-n bağlantımız var, böylece aralarındaki voltaj düşüşleri birbirini iptal ediyor. Bipolar transistörün bu özelliği, doygunluk modunda toplayıcı ve yayıcı arasında çok küçük bir voltaj düşüşüne sahip olması, onu çok kullanışlı bir anahtarlama cihazı yapar. Geniş dijital elektronik alanı da dahil olmak üzere elektroniğin en önemli uygulamalarının çoğu, anahtarlama devrelerini kullanır.

    Anahtarlama modunda, transistör ya neredeyse sıfır kollektör akımı (transistör kapalı) ya da neredeyse sıfır kollektör gerilimi (transistör açık) ile çalışır. Her iki durumda da transistörde dağılan güç çok küçüktür. Yalnızca anahtarlama gerçekleştiğinde önemli miktarda güç harcanır: bu sırada hem kollektör-emitör voltajı hem de kollektör akımı sonludur.

    2N3053 gibi maksimum güç dağıtma derecesi bir watt'tan az olan düşük güçlü bir transistör, birkaç watt'lık gücü bir yüke dönüştürebilir. Kollektör gerilimi ve akımının maksimum değerlerinin izin verilen sınırların dışına çıkmamasına dikkat edilmelidir; ayrıca, aşırı güç kaybından kaçınmak için anahtarlamanın mümkün olduğu kadar çabuk gerçekleştirilmesi arzu edilir.

    Devamını oku: