Bipolar bir transistör neden bipolar olarak adlandırılır? Bipolar transistörler: anahtarlama devreleri. Ortak bir yayıcı ile iki kutuplu bir transistörü açma şeması

Çeşitli yarı iletken cihaz türleri vardır - tristörler, triyotlar, amaçlarına ve yapı türlerine göre sınıflandırılırlar. Yarı iletken çift kutuplu transistörler, aynı anda iki tür yük taşıyabilirken, alan yükleri yalnızca bir tanedir.

Tasarım ve çalışma prensibi

Daha önce, elektrik devrelerinde transistörler yerine özel düşük gürültülü vakum tüpleri kullanılıyordu, ancak bunlar büyüktü ve akkorla çalışıyordu. Bipolar transistör GOST 18604.11-88, kontrollü bir eleman olan ve mikrodalgayı kontrol etmek için kullanılan üç katmanlı bir yapı ile karakterize edilen yarı iletken bir elektrikli cihazdır. Durumda ve onsuz olabilir. p-n-p ve n-p-n tiplerinde gelirler. Katmanların sırasına bağlı olarak taban, üzerine belirli bir malzemenin yerleştirildiği bir p veya n plakası olabilir. Üretim sırasındaki difüzyon nedeniyle çok ince fakat dayanıklı bir kaplama tabakası elde edilir.

Hangi transistörün önünüzde olduğunu belirlemek için yayıcı bağlantı okunu bulmanız gerekir. Yönü tabana doğru gidiyorsa pnp yapısı, tabana doğru gidiyorsa npn yapısıdır. Bazı ithal polar muadiller (IGBT ve diğerleri) bir geçiş harfine sahip olabilir. Ayrıca bipolar tamamlayıcı transistörler de vardır. Bunlar, aynı özelliklere sahip ancak farklı iletkenlik türlerine sahip cihazlardır. Böyle bir çift, çeşitli radyo devrelerinde uygulama bulmuştur. Devrenin ayrı elemanlarının değiştirilmesi gerekiyorsa, bu özellik dikkate alınmalıdır.

Merkezdeki alana taban denir, her iki tarafında bir yayıcı ve bir toplayıcı vardır. Taban çok incedir, genellikle kalınlığı birkaç 2 mikronu geçmez. Teorik olarak, ideal bir çift kutuplu transistör diye bir şey vardır. Bu, yayıcı ve toplayıcı bölgeler arasındaki mesafenin aynı olduğu bir modeldir. Ancak, genellikle emitör bağlantısı (taban ile emitör arasındaki alan), kollektör bağlantısının (taban ile toplayıcı arasındaki alan) iki katıdır.

Bağlantı türüne ve iletilen güç düzeyine göre, bunlar şu şekilde ayrılır:

1. Yüksek frekans;
2. Düşük frekanslı.

Güç ile:

1. Düşük güç;
2. Orta güç;
3. Güç (kontrol için gerekli transistör sürücüsü).

Bipolar transistörlerin çalışma prensibi, iki orta bağlantı noktasının birbirine yakın olarak yerleştirilmesi gerçeğine dayanmaktadır. Bu, içlerinden geçen elektriksel darbeleri önemli ölçüde artırmanıza olanak tanır. Farklı bölümlere (bölgelere) farklı potansiyellere sahip elektrik enerjisi uygularsanız, transistörün belirli bir alanı kayacaktır. Bunda diyotlara çok benzerler.

Örneğin, pozitif bir değer p-n alanını açar ve negatif bir değer onu kapatır. Transistörlerin çalışmasının ana özelliği, herhangi bir alan yer değiştirdiğinde, tabanın elektronlarla veya boşluklarla (delikler) doyurulmasıdır, bu, elemanın potansiyelini azaltmanıza ve iletkenliğini artırmanıza izin verir.

Aşağıdaki temel faaliyetler vardır:

1. Aktif mod;
2. ayırmak;
3. Çift veya doygunluk;
4. ters çevirme

Bipolar triyotlarda çalışma şeklini belirlemeden önce, birbirlerinden nasıl farklı olduklarını anlamanız gerekir. Yüksek voltajlı olanlar çoğunlukla aktif modda çalışır (aynı zamanda anahtar moddur), burada, güç verme sırasında emitör bağlantısı kaydırılır ve kollektör bölümünde bir ters voltaj vardır. Tersine çevirme modu, aktif olanın tam tersidir, burada her şey doğru orantılı olarak kaydırılır. Bu nedenle, elektronik sinyaller büyük ölçüde güçlendirilir.

Kesme sırasında her türlü voltaj hariç tutulur, transistörün akım seviyesi sıfıra düşürülür. Bu modda, transistör anahtarı veya yalıtımlı kapı alan triodu açılır ve cihaz kapanır. Ayrıca ikili mod veya doygunluk işlemi vardır, bu tür bir işlemle transistör bir amplifikatör görevi göremez. Devreler, bu bağlantı ilkesine dayanarak, sinyalleri yükseltmenin gerekli olmadığı, ancak kontakları açıp kapamanın gerekli olduğu yerlerde çalışır.

Farklı modlardaki voltaj ve akım seviyelerindeki fark nedeniyle, bunları belirlemek için bipolar transistörü bir multimetre ile kontrol edebilirsiniz, örneğin amplifikasyon modunda, iyi bir n-p-n transistör, kaskadlarda 500'den 1200 Ohm'a bir değişiklik göstermelidir. Ölçüm prensibi aşağıda açıklanmıştır.

Transistörlerin temel amacı, akım ve voltaj göstergelerine bağlı olarak elektrik şebekesinin belirli sinyallerini değiştirmektir. Özellikleri, akımın frekansını değiştirerek kazancı kontrol etmenizi sağlar. Diğer bir deyişle direnç dönüştürücü ve sinyal yükselticidir. Düşük güçlü elektrik akışlarını kontrol etmek için çeşitli ses ve video ekipmanlarında ve UMZCH, transformatörler, takım tezgahı motor kontrolü vb. olarak kullanılır.

Video: iki kutuplu transistörler nasıl çalışır?

muayene

Yüksek güçlü iki kutuplu transistörlerin h21e'sini ölçmenin en kolay yolu, onları bir multimetre ile çalmaktır. P-n-p yarı iletken triyodu açmak için tabana negatif bir voltaj uygulanır. Bunu yapmak için multimetre -2000 ohm'da ohmmetre moduna geçirilir. Direnç dalgalanmaları için norm 500 ila 1200 ohm arasındadır.

Diğer alanları kontrol etmek için tabana pozitif direnç uygulamanız gerekir. Bu test ile gösterge daha fazla direnç göstermelidir, aksi takdirde triyot arızalıdır.

Bazen çıkış sinyalleri, direnci azaltmak için kurulan dirençler tarafından kesilir, ancak bu şöntleme teknolojisi şu anda nadiren kullanılmaktadır. N-p-n darbe transistörlerinin direnç özelliklerini kontrol etmek için, artıyı tabana ve eksi yayıcı ve toplayıcı terminallere bağlamanız gerekir.

Spesifikasyonlar ve işaretler

Bu yarı iletken elemanların seçildiği ana parametreler pin yapısı ve renk kodlamasıdır.

Renk kodlaması da kullanılır.

Birçok yerli modern transistör, grup (alan, bipolar), tip (silikon vb.), Üretim yılı ve ayı hakkında bilgileri içeren alfabetik bir şifre ile de gösterilir.

Triyotların ana özellikleri (parametreleri):

1. Gerilim kazancı;
2. Giriş gerilimi;
3. Bileşik frekans özellikleri.

Bunları seçmek için giriş ve çıkış I-V özelliklerinin karşılaştırmasını içeren statik özellikler de kullanılır.

Hesaplama ana özelliklere göre yapılırsa (kaskad akımlarının dağılımı, anahtar modunun hesaplanması) gerekli parametreler hesaplanabilir. Kollektör akımı: Ik=(Ucc-Ukenas)/Rн

• Ucc - şebeke gerilimi;
• Ukenas - doygunluk;
• Rн - ağ direnci.

Çalışma sırasında güç kaybı:

P=Ik*Ukenas

Bipolar transistörler SMD, IGBT ve diğerlerini herhangi bir elektrikçiden satın alabilirsiniz. Amaca ve özelliklere bağlı olarak fiyatları birkaç sentten bir düzine dolara kadar değişir.

Cihaz ve çalışma prensibi

İlk transistörler germanyum bazında yapılmıştır. Şu anda esas olarak silikon ve galyum arsenitten yapılıyorlar. En yeni transistörler, yüksek frekanslı amplifikatör devrelerinde kullanılır. Bir iki kutuplu transistör, üç farklı katkılı yarı iletken bölgeden oluşur: bir yayıcı E, temel B ve toplayıcı C. Bu bölgelerin iletkenlik türüne bağlı olarak, NPN (yayıcı - n-yarı iletken, baz - p-yarı iletken, toplayıcı - n-yarı iletken) ve PNP transistörleri ayırt edilir. İletken kontaklar, bölgelerin her birine bağlanır. Taban, yayıcı ile toplayıcı arasında bulunur ve yüksek dirençli, hafif katkılı bir yarı iletkenden yapılmıştır. Toplam baz yayıcı temas alanı, kollektör-taban temas alanından çok daha küçüktür (bu iki nedenden dolayı yapılır - büyük bir kollektör-taban bağlantı alanı, küçük yük taşıyıcıların kollektöre çıkma olasılığını artırır ve çünkü çalışma sırasında mod kollektör-taban bağlantısı genellikle ısı oluşumunu artıran, kollektörden ısının çıkarılmasını destekleyen ters önyargı ile açılır), bu nedenle, genel bir iki kutuplu transistör asimetrik bir cihazdır (yayıcıyı ve toplayıcıyı değiştirerek değiştirmek imkansızdır. bağlantının polaritesi ve sonuç olarak, kesinlikle orijinaline benzer bir iki kutuplu transistör elde edin).

Aktif çalışma modunda, transistör, yayıcı bağlantısı ileri yönlü (açık) ve toplayıcı bağlantısı ters yönlü (kapalı) olacak şekilde açılır. Kesinlik için, düşünün npn transistör, durum için tüm argümanlar tam olarak aynı şekilde tekrarlanır pnp transistör, "elektronlar" kelimesinin "delikler" ile değiştirilmesi ve bunun tersi ve ayrıca tüm voltajların zıt işaretlerle değiştirilmesi. İÇİNDE npn Transistörde, yayıcıdaki ana akım taşıyıcıları olan elektronlar, açık bir yayıcı-taban bağlantısından baz bölgesine geçer (enjekte edilir). Bu elektronların bir kısmı, tabandaki (delikler) çoğunluktaki yük taşıyıcıları ile yeniden birleşir. Bununla birlikte, tabanın çok ince yapılmış olması ve nispeten hafif katkılı olması nedeniyle yayıcıdan enjekte edilen elektronların çoğu toplayıcı bölgeye yayılır. Ters kutuplu toplayıcı bağlantısının güçlü elektrik alanı elektronları yakalar ve onları toplayıcıya taşır. Bu nedenle kollektör akımı, taban akımını oluşturan tabandaki küçük bir rekombinasyon kaybı haricinde, pratik olarak emitör akımına eşittir (I e \u003d I b + I k). Yayıcı akımını ve toplayıcı akımını (I k \u003d α I e) bağlayan α katsayısına yayıcı akım aktarım katsayısı denir. α 0.9 - 0.999 katsayısının sayısal değeri. Katsayı ne kadar yüksek olursa, transistör akımı o kadar verimli aktarır. Bu katsayı, toplayıcı-taban ve temel-emitör gerilimlerine çok az bağlıdır. Bu nedenle, geniş bir çalışma voltajı aralığında, kollektör akımı temel akımla orantılıdır, orantı katsayısı β = α / (1 − α) = (10..1000)'e eşittir. Böylece düşük taban akımı değiştirilerek çok daha yüksek bir kollektör akımı kontrol edilebilir.

Bipolar transistörün çalışma modları

Normal aktif mod

Verici-taban bağlantısı ileri yönde açık (açık) ve toplayıcı-taban bağlantısı ters yönde (kapalı)
U EB >0; U KB<0 (для транзистора p-n-p типа, для транзистора n-p-n типа условие будет иметь вид U ЭБ <0;U КБ >0);

Ters aktif mod

Verici bağlantı noktası tersine çevrilir ve kollektör bağlantısı doğrudandır.

Doygunluk modu

Her iki p-n kavşağı da ileri eğilimlidir (her ikisi de açık). Emiter ve kollektör p-n bağlantıları ileri yönde harici kaynaklara bağlanırsa, transistör doygunluk modunda olacaktır. Yayıcı ve toplayıcı bağlantılarının difüzyon elektrik alanı, dış kaynaklar Ueb ve Ucb tarafından oluşturulan elektrik alan tarafından kısmen zayıflatılacaktır. Sonuç olarak, ana yük taşıyıcılarının difüzyonunu sınırlayan potansiyel bariyer azalacak ve deliklerin yayıcı ve toplayıcıdan tabana nüfuz etmesi (enjeksiyon) başlayacak, yani akımlar yayıcı ve toplayıcı boyunca akacaktır. transistör, emitörün (IE.us) ve toplayıcının (IK.us) doyma akımları olarak adlandırılır.

Kesme modu

Bu modda, cihazın her iki p-n bağlantısı ters yönde polarlanır (her ikisi de kapalıdır). Transistör kesme modu, verici ve toplayıcı p-n bağlantıları, ters yönde harici kaynaklara bağlandığında elde edilir. Bu durumda, vericinin (IEBO) ve toplayıcının (ICBO) çok küçük ters akımları her iki pn bağlantı noktasından geçer. Temel akım, bu akımların toplamına eşittir ve transistör tipine bağlı olarak, mikroamper birimleri - μA (silikon transistörler için) ile miliamper birimleri - mA (germanyum transistörler için) arasında değişir.

bariyer rejimi

bu modda temel transistör kısa devre veya küçük bir direnç üzerinden kolektör, ve kolektör veya içinde verici transistör devresi, transistör üzerinden akımı ayarlayan bir direnci açar. Böyle bir dahil etmede, transistör, akım ayar direnci ile seri bağlanmış bir tür diyottur. Bu tür kademeli devreler, az sayıda bileşen, iyi yüksek frekanslı dekuplaj, geniş bir çalışma sıcaklığı aralığı ve transistör parametrelerine karşı duyarsızlık ile ayırt edilir.

Anahtarlama şemaları

Herhangi bir transistör anahtarlama devresi iki ana gösterge ile karakterize edilir:

• Akım kazancı I çıkışı / I girişi.
• Giriş empedansı R inç \u003d U inç / I inç

Ortak tabanlı bağlantı şeması

Ortak taban amplifikatörü.

• Her üç konfigürasyon arasında en küçük girişe ve en büyük çıkış empedansına sahiptir. Bire yakın bir akım kazancına ve büyük bir voltaj kazancına sahiptir. Sinyalin fazı ters çevrilmez.
• Akım kazancı: I out / I in = I ila / I e = α [α<1]
• Giriş direnci R in \u003d U in / I in \u003d U be / I e.

Ortak tabanlı bir devre için giriş direnci küçüktür ve düşük güçlü transistörler için 100 ohm'u geçmez, çünkü bu durumda transistörün giriş devresi, transistörün açık yayıcı bağlantısıdır.

Avantajlar:

• İyi sıcaklık ve frekans özellikleri.
• İzin verilen yüksek voltaj

Ortak bir tabana sahip planın dezavantajları:

• Küçük akım kazancı, çünkü α< 1
• Düşük giriş empedansı
• Güç kaynağı için iki farklı voltaj kaynağı.

Ortak emitörlü anahtarlama devresi

• Akım kazancı: I out / I in = I to / I b = I to / (I e -I to) = α / (1-α) = β [β>> 1]
• Giriş empedansı: R in \u003d U in / I in \u003d U be / I b

Avantajlar:

• Büyük akım kazancı
• Büyük voltaj kazancı
• En Büyük Güç Kazanımı
• Bir güç kaynağı kullanabilir
• Çıkış AC voltajı, girişe göre ters çevrilir.

Kusurlar:

• Ortak temel devreye kıyasla daha kötü sıcaklık ve frekans özellikleri

Ortak Kollektör Devresi

• Akım kazancı: I out / I in = I e / I b = I e / (I e -I k) = 1 / (1-α) = β [β>> 1]
• Giriş empedansı: R in \u003d U in / I in \u003d (U be + U ke) / I b

Avantajlar:

• Büyük giriş empedansı
• Düşük çıkış empedansı

Kusurlar:

• Voltaj kazancı 1'den azdır.

Böyle bir kapsama sahip bir devreye "yayıcı takipçisi" denir

Ana ayarlar

• Akım aktarım oranı
• giriş empedansı
• Çıkış İletkenliği
• Toplayıcı-emitör ters akımı
• Açılma zamanı
• Temel akım aktarım oranı limit frekansı
• Kollektör ters akımı
• İzin verilen maksimum akım
• Ortak bir yayıcıya sahip bir devrede akım transfer katsayısının sınırlayıcı frekansı

Transistör parametreleri kendi (birincil) ve ikincil olarak ayrılmıştır. Kendi parametreleri, dahil edilme şemasından bağımsız olarak transistörün özelliklerini karakterize eder. Aşağıdakiler ana kendi parametreleri olarak kabul edilir:

• akım kazancı α;
• alternatif akım re, rk, rb'ye karşı yayıcı, toplayıcı ve taban dirençleri:
  • r e - yayıcı bölgenin ve yayıcı bağlantısının dirençlerinin toplamı;
  • r ila - kollektör alanı ve kollektör bağlantısının dirençlerinin toplamı;
  • r b - tabanın enine direnci.

h-parametreleri kullanan bipolar transistör eşdeğer devresi

İkincil parametreler, farklı transistör anahtarlama devreleri için farklıdır ve doğrusal olmaması nedeniyle yalnızca düşük frekanslar ve küçük sinyal genlikleri için geçerlidir. İkincil parametreler için, birkaç parametre sistemi ve bunlara karşılık gelen eşdeğer devreler önerilmiştir. Ana olanlar, "h" harfi ile gösterilen karışık (hibrit) parametreler olarak kabul edilir.

giriş empedansı- çıkışta kısa devre olması durumunda transistörün giriş alternatif akımına direnci. Giriş akımındaki değişiklik, çıkış geriliminden gelen geri beslemenin etkisi olmadan giriş gerilimindeki değişikliğin sonucudur.

H 11 \u003d U m1 / I m1, U m2 \u003d 0 ile.

Voltaj geri besleme faktörüçıkış AC voltajının ne kadarının içindeki geri besleme nedeniyle transistörün girişine iletildiğini gösterir. Transistörün giriş devresinde alternatif akım yoktur ve giriş gerilimindeki değişiklik ancak çıkış gerilimindeki değişiklik sonucunda gerçekleşir.

H 12 \u003d U m1 / U m2, I m1 \u003d 0 ile.

Akım aktarım oranı(akım kazancı), sıfır yük direncinde AC akımının kazancını gösterir. Çıkış akımı, çıkış voltajının etkisi olmadan yalnızca giriş akımına bağlıdır.

H 21 \u003d I m2 / I m1, U m2 \u003d 0'da.

Çıkış İletkenliği- çıkış terminalleri arasında alternatif akım için dahili iletim. Çıkış akımı, çıkış voltajının etkisi altında değişir.

H 22 \u003d I m2 / U m2, I m1 \u003d 0'da.

Alternatif akımlar ve transistör gerilimleri arasındaki ilişki aşağıdaki denklemlerle ifade edilir:

U m1 = h 11 Ben m1 + h 12 U m2 ;
ben m2 \u003d h 21 ben m1 + h 22 U m2.

Transistörün anahtarlama devresine bağlı olarak, h parametrelerinin dijital indekslerine harfler eklenir: "e" - OE devresi için, "b" - OB devresi için, "k" - OK devresi için.

OE şeması için: I m1 = I mb, I m2 = I mk, U m1 = U mb-e, U m2 = U mk-e. Örneğin, bu şema için:

H 21e \u003d I mk / I mb \u003d β.

OB şeması için: ben m1 = ben ben, ben m2 = ben mk, U m1 = U me-b, U m2 = U mk-b.

Transistörün içsel parametreleri, örneğin OE devresi için h parametreleriyle ilişkilidir:

Artan frekansla birlikte, kollektör bağlantısı Ck'nin kapasitansı, transistörün çalışması üzerinde zararlı bir etkiye sahip olmaya başlar Kapasitans direnci azalır, yük direncinden geçen akım azalır ve sonuç olarak α ve β kazançları. Verici bağlantısının C e kapasitans direnci de azalır, ancak küçük bir bağlantı direnci re ile şöntlenir ve çoğu durumda göz ardı edilebilir. Ek olarak, frekanstaki bir artışla, kollektör akım fazının yayıcı akım fazından gecikmesinin bir sonucu olarak, taşıyıcıları tabandan hareket ettirme işleminin ataletinden kaynaklanan β katsayısında ek bir azalma meydana gelir. emitör bağlantısından toplayıcı bağlantısına ve tabanda yük biriktirme ve emilim işlemlerinin eylemsizliği. α ve β katsayılarının 3 dB azaldığı frekanslara denir. akım transfer katsayısının sınırlayıcı frekansları sırasıyla OB ve OE şemaları için.

Darbeli modda, toplayıcı akım darbesi, taşıyıcıların taban boyunca sınırlı geçiş süresinin neden olduğu giriş akımı darbesine göre gecikme süresi τc kadar bir gecikme ile başlar. Taşıyıcılar tabanda biriktikçe, kollektör akımı ön τ f süresi boyunca artar. Zamanında transistör τ on = τ c + τ f olarak adlandırılır.

Transistör Üretim Teknolojisi

• epitaksiyel-düzlemsel
• yüzer
  • difüzyon
  • Difüzyon alaşımı

transistör uygulaması

• Demodülatör (Dedektör)
• İnvertör (log. elemanı)
• Transistör mantığı mikro devreleri (bkz. transistör-transistör mantığı, diyot-transistör mantığı, direnç-transistör mantığı)

Ayrıca bakınız

Edebiyat

notlar

Ele alınan şemada, Ik = Ik0 + aIe » Ie. Bu nedenle, ortak tabanlı iki kutuplu transistör devresi düşük bir akım aktarım oranına sahiptir. Bu nedenle, voltaj amplifikasyonu açısından diğerlerine göre tercih edildiği, çoğunlukla yüksek frekanslı cihazlarda nadiren kullanılır.

Bipolar bir transistörü açmak için ana devre, ortak bir yayıcıya sahip bir devredir (Şekil 3).

Pirinç. 3. İki kutuplu bir transistörün ortak bir yayıcı devresine göre açılması

Bunun için Ib \u003d Ie - Ik \u003d (1 - a)Ie - Ik0 yazabilirsiniz.

1 - a = 0,001 - 0,1 olduğu göz önüne alındığında, Ib'ye ​​sahibiz<< Iэ » Iк.

Kollektör akımının temel akıma oranını bulun:

Bu ilişki denir baz akım aktarım oranı. a = 0.99 ile b = 100 elde ederiz. Temel devreye bir sinyal kaynağı dahil edilirse, aynı sinyal, ancak akım b kez yükseltilerek kollektör devresinde akacak ve direnç Rk üzerinde çok fazla bir voltaj oluşturacaktır. sinyal kaynağının voltajından daha büyük.

Bipolar bir transistörün çalışmasını çok çeşitli darbeli ve doğru akımlarda, güçlerde ve voltajlarda değerlendirmek ve ayrıca öngerilim devresini hesaplamak için mod stabilizasyonu kullanılır giriş ve çıkış akım-gerilim özellikleri aileleri (CVC).

Giriş IV ailesi giriş akımının (temel veya emitör) Uк = sabit, şek. 4a. Transistörün giriş I–V özellikleri, doğrudan bağlantıdaki bir diyotun I–V özelliklerine benzer.

Çıkış IV karakteristik ailesi, kollektör akımının belirli bir baz veya yayıcı akımındaki gerilime bağımlılığını belirler (ortak bir yayıcıya veya ortak bir tabana sahip devreye bağlı olarak), şek. 4b.

Pirinç. 4. Bipolar transistörün volt-amper özellikleri: a - giriş, b - çıkış

N-p elektrik geçişine ek olarak, metal-yarı iletken temasına dayalı bir geçiş olan Schottky bariyeri, yüksek hızlı devrelerde yaygın olarak kullanılmaktadır. Bu tür geçişlerde, tabandaki yüklerin birikmesi ve dağılması için zaman harcanmaz ve transistörün hızı yalnızca bariyer kapasitansının yeniden yüklenme hızına bağlıdır.

Pirinç. 5. Bipolar transistörler

Bipolar transistörlerin parametreleri

Transistörlerin izin verilen maksimum çalışma modlarını değerlendirmek için ana parametreler kullanılır:

1) izin verilen maksimum toplayıcı-emitör gerilimi(çeşitli transistörler için Uke max = 10 - 2000 V),

2) izin verilen maksimum toplayıcı dağıtma gücü Pk max- buna göre, transistörler düşük güçlü transistörler (0,3 W'a kadar), orta güçlü (0,3 - 1,5 W) ve yüksek güçlü (1,5 W'tan fazla) olarak ayrılır, orta ve yüksek güçlü transistörler genellikle özel bir ısı emici ile donatılmıştır - radyatör

3) izin verilen maksimum kollektör akımı Ik maks - 100 A'ya kadar ve daha fazlası,

4) akım iletiminin sınırlayıcı frekansı fgr(h21'in bire eşit olduğu frekans), iki kutuplu transistörler buna bölünür:

• düşük frekans için - 3 MHz'e kadar,

• orta frekans - 3 ila 30 MHz,

• yüksek frekans - 30 ila 300 MHz,

• mikrodalga - 300 MHz'den fazla.
  

Teknik Bilimler Doktoru, Profesör L. A. Potapov

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 polaritesi 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 oranı:

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 akım 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 sağlar. 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.

2 sayfadan 1. sayfa

Bipolar transistörün cihazı ve çalışma prensibi

Bipolar transistör, bir yarı iletken tek kristalde oluşturulmuş iki elektron deliği bağlantı noktasına sahip bir yarı iletken cihazdır. Bu geçişler, yarı iletkende farklı elektriksel iletkenlik türlerine sahip üç bölge oluşturur. Bir uç bölge yayıcı (E), diğeri toplayıcı (K), ortadaki taban (B) olarak adlandırılır. Bir elektrik devresindeki transistörü açmak için her alana metal uçlar lehimlenmiştir.
Yayıcı ve toplayıcının elektriksel iletkenliği, tabanın elektriksel iletkenliğine zıttır. P- ve n-bölgelerinin değişme sırasına bağlı olarak, p-n-p ve n-p-n yapısına sahip transistörler ayırt edilir. Transistörlerin geleneksel grafik tanımları p-n-p ve n-p-n, yalnızca yayıcıyı gösteren elektrottaki ok yönünde farklılık gösterir.

Transistörler p-n-p ve n-p-n'nin çalışma prensibi aynıdır, bu nedenle gelecekte sadece p-n-p yapılı bir transistörün çalışmasını ele alacağız.
Bir yayıcı ve bir baz tarafından oluşturulan bir elektron deliği birleşimine yayıcı bağlantı adı verilir ve bir toplayıcı ve tabana toplayıcı bağlantı adı verilir. Geçişler arasındaki mesafe çok küçüktür: yüksek frekanslı transistörler için 10 mikrometreden (1 μm = 0,001 mm) azdır ve düşük frekanslı transistörler için 50 μm'yi geçmez.
Transistör çalışırken, bağlantıları güç kaynağından harici voltajlar alır. Bu gerilimlerin polaritesine bağlı olarak her geçiş hem ileri hem de geri yönde bağlanabilir. Transistörün üç çalışma modu vardır: 1) kesme modu - her iki geçiş ve buna göre transistör tamamen kapalıdır; 2) doygunluk modu - transistör tamamen açıktır; 3) aktif mod, ilk ikisi arasında bir ara moddur. Kesme ve doygunluk modları, transistör dönüşümlü olarak tamamen açık veya tabanına giren darbelerin frekansı ile tamamen kilitli olduğunda, anahtar aşamalarda birlikte kullanılır. Tuş modunda çalışan kaskadlar darbe devrelerinde kullanılır (anahtarlamalı güç kaynakları, TV'lerin yatay tarama çıkış aşamaları vb.). Kısmen kesme modunda, güç amplifikatörlerinin çıkış aşamaları çalışabilir.
Çoğu zaman, transistörler aktif modda kullanılır. Bu mod, transistörün tabanına öngerilim voltajı (U bkz.) adı verilen küçük bir voltaj uygulanarak belirlenir.Transistör hafifçe açılır ve bağlantı noktalarından akım akmaya başlar. Transistörün çalışma prensibi, yayıcı bağlantı noktasından akan nispeten küçük bir akımın (temel akım) kollektör devresinde daha büyük bir akımı sürmesi gerçeğine dayanır. Yayıcı akımı, taban ve toplayıcı akımlarının toplamıdır.

Bipolar transistörün çalışma modları

Kesme modu verici ve toplayıcı p-n bağlantıları dış kaynaklara ters yönde bağlandığında bir transistör elde edilir. Bu durumda, çok küçük ters verici akımları her iki p-n bağlantısından da akar ( BEN EBO) ve toplayıcı ( Ben KBO). Temel akım, bu akımların toplamına eşittir ve transistör tipine bağlı olarak, mikroamper birimleri - μA (silikon transistörler için) ile miliamper birimleri - mA (germanyum transistörler için) arasında değişir.

Emiter ve kollektör p-n bağlantıları ileri yönde harici kaynaklara bağlanırsa transistör içinde olacaktır. doygunluk modu . Yayıcı ve toplayıcı bağlantılarının difüzyon elektrik alanı, dış kaynakların oluşturduğu elektrik alan tarafından kısmen zayıflatılacaktır. U EB Ve U KB. Sonuç olarak, ana yük taşıyıcılarının difüzyonunu sınırlayan potansiyel bariyer azalacak ve deliklerin yayıcı ve toplayıcıdan tabana nüfuz etmesi (enjeksiyon) başlayacak, yani akımlar yayıcı ve toplayıcı boyunca akacaktır. verici doygunluk akımları olarak adlandırılan transistör ( ben e.us) ve toplayıcı ( ben k.us).

Sinyalleri yükseltmek için kullanılır transistör aktif modu .
Transistör aktif moddayken, yayıcı bağlantısı ileri yönde açılır ve toplayıcı bağlantısı ters yönde açılır.

doğrudan voltaj altında senEB emitörden tabana delikler enjekte edilir. N tipi tabana girdikten sonra, delikler içinde küçük yük taşıyıcıları haline gelir ve difüzyon kuvvetlerinin etkisi altında toplayıcı p-n bağlantısına hareket eder (yayılır). Tabandaki deliklerin bir kısmı, içinde bulunan serbest elektronlarla doldurulur (yeniden birleşir). Bununla birlikte, taban genişliği birkaç birimden 10 μm'ye kadar küçüktür. Bu nedenle deliklerin ana kısmı toplayıcı p-n bağlantısına ulaşır ve elektrik alanı ile toplayıcıya aktarılır. Kolektör akımının olduğu açıktır. BEN kp bazı delikler tabanda yeniden birleştiği için yayıcı akımından daha fazlası olamaz. Bu yüzden BEN k p = H 21B BEN uh
Değer H 21B emitörün statik akım transfer katsayısı olarak adlandırılır. Modern transistörler için H 21B= 0,90...0,998. Kolektör bağlantısı ters olduğundan (genellikle ters yönlü olduğu söylenir), içinden bir ters akım da akar. BEN KBO , bazın (delikler) ve toplayıcının (elektronlar) azınlık taşıyıcıları tarafından oluşturulur. Bu nedenle, ortak bir taban devresine göre bağlanan bir transistörün toplam kollektör akımı

BENİle = H 21B BEN uh + benKBO
Kollektör bağlantısına ulaşmayan ve tabanda yeniden birleşen (doldurulan) delikler ona pozitif yük verir. Bazın elektriksel nötrlüğünü eski haline getirmek için, dış devreden aynı sayıda elektron girer. Elektronların dış devreden tabana hareketi, içinde bir rekombinasyon akımı oluşturur. B.rec. Rekombinasyon akımına ek olarak, ters kollektör akımı tabandan ters yönde akar ve toplam taban akımı
I B \u003d I B. nehir - I KBO
Aktif modda, taban akımı kollektör akımından ve emitör akımından onlarca ve yüzlerce kat daha azdır.

Bipolar transistör anahtarlama devreleri

Bir önceki şemada, kaynağın oluşturduğu elektrik devresi U EB, verici ve transistörün tabanına giriş denir ve kaynak tarafından oluşturulan devre U KB, toplayıcı ve aynı transistörün tabanı - çıkış. Taban, giriş ve çıkış devreleri için transistörün ortak bir elektrotudur, bu nedenle bu dahil etme, ortak bir temel devre veya kısaltılmış olarak adlandırılır. "OB şeması".

Aşağıdaki şekilde, giriş ve çıkış devreleri için ortak elektrotun yayıcı olduğu bir devre gösterilmektedir. Bu, ortak bir yayıcı anahtarlama devresidir veya kısa devre için "OE şeması".

İçinde, OB devresinde olduğu gibi çıkış akımı kollektör akımıdır. Ben K, emitör akımından biraz farklı ben e ve giriş temel akımdır ben B, kollektör akımından çok daha az. akımlar arasındaki ilişki ben B Ve Ben K OE şemasında denklem ile belirlenir: Ben K= H 21 E ben B + BEN KEO
orantılılık faktörü H 21 E, tabanın statik akım transfer katsayısı olarak adlandırılır. Yayıcının statik akım transfer katsayısı cinsinden ifade edilebilir. H 21B
H 21 o = H 21B / (1 —H 21B )
Eğer H 21B 0,9 ... 0,998 aralığındadır, karşılık gelen değerler H 21 E, 9...499 içinde olacaktır.
Bileşen BEN keo, OE devresinde ters kollektör akımı olarak adlandırılır. Değeri 1+ H 21 E kat fazla BEN KBO, yani BEN QEO =(1+ H 21 E ) BEN KBO. ters akımlar BEN KBO ve BEN FEC, giriş gerilimlerine bağlı değildir U EB Ve sen ol ve bunun sonucunda kollektör akımının kontrolsüz bileşenleri denir. Bu akımlar büyük ölçüde ortam sıcaklığına bağlıdır ve transistörün termal özelliklerini belirler. Ters akımın değerinin olduğu tespit edilmiştir. BEN Sıcaklık germanyum transistörler için 10°C ve silikon transistörler için 8°C arttıkça TBE iki katına çıkar. OE devresinde, kontrolsüz ters akımın sıcaklık değişimleri BEN KEO, kontrolsüz ters akımın sıcaklık değişimlerini onlarca ve yüzlerce kat aşabilir. BEN OBE ve transistörün çalışmasını tamamen bozar. Bu nedenle, transistör devrelerinde, akımlardaki sıcaklık değişimlerinin transistörün çalışması üzerindeki etkisini azaltmaya yardımcı olan transistör kaskadlarının termal stabilizasyonu için özel önlemler kullanılır.
Uygulamada, genellikle transistörün giriş ve çıkış devreleri için ortak elektrotun toplayıcı olduğu devreler vardır. Bu ortak bir kollektör devresi mi yoksa "OK devresi" (verici takipçisi) .