• Transistör ve bipolar transistör, transistör kaskad hesabı. Bipolar transistörler: anahtarlama devreleri. Ortak bir yayıcı ile iki kutuplu bir transistörü açma şeması

    iki kutuplu transistör.

    iki kutuplu transistör- elektrik sinyallerini yükseltmek, üretmek ve dönüştürmek için tasarlanmış transistör türlerinden biri olan elektronik bir yarı iletken cihaz. transistör denir çift ​​kutuplu, iki tür yük taşıyıcı aynı anda cihazın çalışmasına katıldığından - elektronlar Ve delikler. Bunda farklı tek kutuplu yalnızca bir tür yük taşıyıcının katıldığı (alan etkili) transistör.

    Her iki tip transistörün çalışma prensibi, su akışını düzenleyen bir su vanasının çalışmasına benzer, transistörden yalnızca elektron akışı geçer. Bipolar transistörlerde, cihazdan iki akım geçer - ana "büyük" akım ve kontrol "küçük" akım. Ana akımın gücü, kontrolün gücüne bağlıdır. Alan etkili transistörlerde, cihazdan gücü elektromanyetik alana bağlı olan yalnızca bir akım geçer. Bu yazıda, bir bipolar transistörün çalışmasını daha ayrıntılı olarak ele alacağız.

    Bipolar transistör cihazı.

    Bipolar transistör, üç yarı iletken katmandan ve iki PN bağlantısından oluşur. PNP ve NPN transistörlerini serpiştirme türüne göre ayırt edin delik ve elektron iletkenlikleri. iki gibi diyot yüz yüze veya tam tersi şekilde bağlanır.

    Bipolar bir transistörün üç kontağı (elektrotları) vardır. Merkezi katmandan çıkan temas denir taban (taban). Son elektrotlar adlandırılır kolektör Ve verici (kolektör Ve verici). Taban katmanı, toplayıcı ve yayıcıya göre çok incedir. Bunun yanı sıra transistörün kenarlarındaki yarı iletken bölgeleri simetrik değildir. Kollektör tarafındaki yarı iletken tabaka emitör tarafındakinden biraz daha kalındır. Bu, transistörün doğru çalışması için gereklidir.

    Bipolar transistörün çalışması.

    Bipolar bir transistörün çalışması sırasında meydana gelen fiziksel süreçleri düşünün. Örnek olarak NPN modelini ele alalım. Bir PNP transistörünün çalışma prensibi benzerdir, sadece toplayıcı ve yayıcı arasındaki voltaj polaritesi zıt olacaktır.

    Daha önce de belirtildiği gibi yarı iletkenlerde iletim türleri hakkında makale, P tipi bir maddede pozitif yüklü iyonlar - delikler vardır. N tipi bir madde, negatif yüklü elektronlarla doyurulur. Bir transistörde, N bölgesindeki elektronların konsantrasyonu, P bölgesindeki deliklerin konsantrasyonundan çok daha yüksektir.

    Kolektör ile verici V CE (V CE) arasına bir voltaj kaynağı bağlayın. Etkisi altında, üst N kısmından gelen elektronlar artıya çekilmeye ve toplayıcının yakınında toplanmaya başlayacaktır. Ancak gerilim kaynağının elektrik alanı yayıcıya ulaşmadığı için akım akamaz. Bu, kalın bir toplayıcı yarı iletken tabakası artı bir temel yarı iletken tabakası ile önlenir.

    Şimdi taban ile yayıcı V BE arasındaki voltajı bağlayın, ancak V CE'den çok daha düşük (silikon transistörler için gereken minimum V BE 0,6 V'dir). P tabakası çok ince olduğu için, artı tabana bağlı bir voltaj kaynağı, elektrik alanıyla yayıcının N bölgesine "ulaşabilecektir". Etkisi altında, elektronlar tabana gidecek. Bazıları orada bulunan delikleri doldurmaya başlayacak (yeniden birleştir). Diğer parça kendine boş bir delik bulamayacaktır, çünkü tabandaki deliklerin konsantrasyonu yayıcıdaki elektronların konsantrasyonundan çok daha düşüktür.

    Sonuç olarak, bazın merkezi tabakası serbest elektronlarla zenginleştirilir. Voltaj orada çok daha yüksek olduğu için çoğu kollektöre doğru gidecek. Bu aynı zamanda merkezi katmanın çok küçük bir kalınlığı ile kolaylaştırılır. Elektronların bir kısmı çok daha küçük olmasına rağmen yine de bazın artısına doğru akacaktır.

    Sonuç olarak, iki akım elde ederiz: küçük bir - tabandan yayıcıya I BE ve büyük - toplayıcıdan yayıcıya I CE.

    Taban voltajı yükseltilirse, P katmanında daha da fazla elektron birikecektir. Sonuç olarak, taban akımı biraz artacak ve kollektör akımı önemli ölçüde artacaktır. Böylece, temel akımda küçük bir değişiklikle I B , kollektör akımı I güçlü bir şekilde değişir İLE. işte böyle gidiyor Bipolar transistörde sinyal amplifikasyonu. Kollektör akımının (I C) temel akıma (I B) oranına akım kazancı denir. belirtilen β , hfe veya h21e, transistör ile yapılan hesaplamaların özelliklerine bağlı olarak.

    En basit iki kutuplu transistör amplifikatörü

    Devreyi örnek olarak kullanarak elektrik düzleminde sinyal yükseltme ilkesini daha ayrıntılı olarak ele alalım. Böyle bir planın tamamen doğru olmadığı konusunda önceden rezervasyon yapacağım. Hiç kimse bir DC voltaj kaynağını doğrudan bir AC kaynağına bağlamaz. Ancak bu durumda, bir bipolar transistör kullanarak amplifikasyon mekanizmasının kendisini anlamak daha kolay ve net olacaktır. Ayrıca, aşağıdaki örnekteki hesaplama tekniği biraz basitleştirilmiştir.

    1. Zincirin ana unsurlarının tanımı

    Diyelim ki kazancı 200 (β = 200) olan bir transistörümüz var. Kollektörün yanından, enerjisi amplifikasyonun gerçekleşeceği için nispeten güçlü bir 20V güç kaynağı bağlarız. Transistörün tabanının yanından, 2V'luk zayıf bir güç kaynağı bağlarız. Buna, 0.1V salınım genliği ile sinüs şeklinde bir alternatif voltaj kaynağını seri olarak bağlarız. Bu güçlendirilecek sinyal olacaktır. Genellikle düşük güç olan sinyal kaynağından gelen akımı sınırlamak için tabana yakın bir direnç Rb gereklidir.

    2. Giriş temel akımı I'in hesaplanması B

    Şimdi temel akımı Ib hesaplayalım. Alternatif voltajla uğraştığımız için, maksimum voltajda (V max) ve minimumda (V min) iki akım değeri hesaplamamız gerekiyor. Sırasıyla bu mevcut değerlere - I bmax ve I bmin diyelim.

    Ayrıca, temel akımı hesaplamak için, temel emitör voltajını V BE bilmeniz gerekir. Taban ve yayıcı arasında bir PN bağlantısı vardır. Temel akımın yolda bir yarı iletken diyotla "karşılaştığı" ortaya çıktı. Bir yarı iletken diyotun iletmeye başladığı voltaj yaklaşık 0,6 V'tur. ayrıntılara girmeyeceğiz diyotun akım-voltaj özellikleri ve hesaplamaların basitliği için, akımı ileten diyot üzerindeki voltajın her zaman 0,6V olduğu yaklaşık bir model alıyoruz. Bu, taban ile yayıcı arasındaki voltajın V BE = 0,6V olduğu anlamına gelir. Emitör toprağa bağlı olduğundan (V E = 0), tabandan toprağa voltaj da 0,6 V'tur (V B = 0,6 V).

    Ohm yasasını kullanarak I bmax ve I bmin'i hesaplayalım:

    2. Kollektör çıkış akımı I'in hesaplanması İLE

    Artık kazancı (β = 200) bilerek, kolektör akımının maksimum ve minimum değerlerini (I cmax ve I cmin) kolayca hesaplayabiliriz.

    3. V çıkış voltajının hesaplanması dışarı

    Kollektör akımı, daha önce hesapladığımız direnç Rc'den akar. Değerleri değiştirmek için kalır:

    4. Sonuçların analizi

    Sonuçlardan da görülebileceği gibi, V Cmax, V Cmin'den daha az çıktı. Bunun nedeni, V Rc üzerindeki voltajın VCC besleme voltajından çıkarılmasıdır. Bununla birlikte, çoğu durumda bu önemli değildir, çünkü sinyalin değişken bileşeniyle - 0,1V'den 1V'a yükselen genlikle - ilgilendiğimiz için bu önemli değildir. Frekans ve sinüzoidal dalga formu değişmedi. Elbette, on kat oranında bir V çıkışı / V, bir amplifikatör için en iyi gösterge olmaktan uzaktır, ancak amplifikasyon sürecini göstermek için oldukça uygundur.

    Öyleyse, bir amplifikatörün iki kutuplu bir transistör üzerindeki çalışma prensibini özetleyelim. Bir sabit ve bir değişken bileşen taşıyan bir Ib akımı tabandan akar. Baz ile yayıcı arasındaki PN bağlantısının iletmeye başlaması - "açılması" için sabit bileşen gereklidir. Değişken bileşen aslında sinyalin kendisidir (faydalı bilgi). Transistörün içindeki toplayıcı-emitör akım gücü, temel akımın kazanç β ile çarpılmasının sonucudur. Buna karşılık, toplayıcının üzerindeki Rc direnci üzerindeki voltaj, yükseltilen toplayıcı akımının direnç değeriyle çarpılmasının sonucudur.

    Böylece, çıkış V çıkışı, artan salınım genliğine sahip, ancak korunmuş şekil ve frekansa sahip bir sinyal alır. Transistörün amplifikasyon için enerjiyi VCC güç kaynağından aldığını vurgulamak önemlidir. Besleme voltajı yeterli değilse, transistör tam olarak çalışamayacak ve çıkış sinyali bozulabilir.

    Bipolar transistörün çalışma modları

    Transistörün elektrotlarındaki voltaj seviyelerine göre, dört çalışma modu vardır:

      Kesinti modu.

      Aktif mod (aktif mod).

      Doygunluk modu.

      Ters mod.

    Kesme modu

    Baz emitör voltajı 0,6V - 0,7V'den düşük olduğunda, baz ve emitör arasındaki PN bağlantısı kapanır. Bu durumda, transistörün temel akımı yoktur. Sonuç olarak, tabanda kollektör voltajına doğru hareket etmeye hazır serbest elektron olmadığından kollektör akımı da olmayacaktır. Transistörün kilitli olduğu ortaya çıktı ve içinde olduğunu söylüyorlar. kesme modu.

    aktif mod

    İÇİNDE aktif mod tabandaki voltaj, taban ile yayıcı arasındaki PN bağlantısını açmak için yeterlidir. Bu durumda, transistörün taban ve toplayıcı akımları vardır. Kollektör akımı, taban akımının kazançla çarpımına eşittir. Yani aktif mod, amplifikasyon için kullanılan transistörün normal çalışma modudur.

    Doygunluk modu

    Bazen taban akımı çok büyük olabilir. Sonuç olarak, besleme gücü, transistörün kazancına karşılık gelecek böyle bir kollektör akımı sağlamak için yeterli değildir. Doyum modunda, kollektör akımı, güç kaynağının sağlayabileceği maksimum değer olacak ve taban akımından etkilenmeyecektir. Bu durumda, transistör, kollektör akımı taban akımındaki değişikliklere yanıt vermediğinden sinyali yükseltemez.

    Doygunluk modunda, transistör iletkenliği maksimumdur ve "açık" durumda anahtarın (tuşun) işlevi için daha uygundur. Aynı şekilde, kesme modunda, transistör iletkenliği minimumdur ve bu, anahtarın "kapalı" durumundaki durumuna karşılık gelir.

    ters mod

    Bu modda, toplayıcı ve emitör rolleri değiştirir: toplayıcı PN bağlantısı ileri yönlü ve emitör bağlantısı ters yönlüdür. Sonuç olarak, akım tabandan toplayıcıya akar. Toplayıcı yarı iletken bölge yayıcıya simetrik değildir ve ters moddaki kazanç, normal aktif moddakinden daha düşüktür. Transistörün tasarımı, aktif modda olabildiğince verimli çalışacak şekilde yapılmıştır. Bu nedenle, ters modda transistör pratik olarak kullanılmaz.

    Bipolar transistörün temel parametreleri.

    şu anki kazanç- kollektör akımının (IC) temel akıma (IB) oranı. belirtilen β , hfe veya h21e, transistörlerle yapılan hesaplamaların özelliklerine bağlı olarak.

    β, bir transistör için sabit bir değerdir ve cihazın fiziksel yapısına bağlıdır. Yüksek kazanç yüzlerce birim, düşük - onlarca olarak hesaplanır. Aynı tipteki iki ayrı transistör için, üretim sırasında "boru hattı boyunca komşu" olsalar bile, β biraz farklı olabilir. Bipolar transistörün bu özelliği belki de en önemlisidir. Hesaplamalarda cihazın diğer parametreleri genellikle ihmal edilebiliyorsa, akım kazancı neredeyse imkansızdır.

    giriş empedansı- temel akımı "karşılayan" transistördeki direnç. belirtilen R içinde (R içinde). Ne kadar büyük olursa, cihazın yükseltme özellikleri için o kadar iyidir, çünkü taban tarafında genellikle mümkün olduğu kadar az akım tüketmeniz gereken zayıf bir sinyal kaynağı vardır. İdeal seçenek, giriş direncinin sonsuza eşit olduğu zamandır.

    Ortalama bir iki kutuplu transistör için R girişi birkaç yüz KΩ'dur (kilo-ohm). Burada, iki kutuplu transistör, giriş direncinin yüzlerce GΩ'ye (gigaohm) ulaştığı alan etkili transistöre çok şey kaybeder.

    Çıkış İletkenliği- transistörün toplayıcı ve yayıcı arasındaki iletkenliği. Çıkış iletkenliği ne kadar büyük olursa, kollektör-emitör akımı o kadar fazla transistörden daha az güçle geçebilecektir.

    Ayrıca, çıkış iletkenliğindeki artışla (veya çıkış empedansındaki düşüşle), amplifikatörün genel kazançta çok az kayıpla dayanabileceği maksimum yük artar. Örneğin, düşük çıkış iletkenliğine sahip bir transistör bir sinyali yüksüz olarak 100 kez yükseltirse, o zaman 1KΩ'luk bir yük bağlandığında, zaten yalnızca 50 kez yükseltecektir. Aynı kazanca ancak daha yüksek çıkış iletkenliğine sahip bir transistörün kazanç düşüşü daha az olacaktır. İdeal seçenek, çıkış iletkenliğinin sonsuza eşit olduğu zamandır (veya çıkış direnci R çıkışı \u003d 0 (R çıkışı \u003d 0)).

    Mekanik meslektaşları düşünürsek, transistörlerin çalışması, bir arabadaki hidrolik direksiyonun çalışma prensibine benzer. Ancak, transistörlerde valf bulunmadığından, benzerlik yalnızca ilk yaklaşımda geçerlidir. Bu yazıda, bir bipolar transistörün çalışmasını ayrı ayrı ele alacağız.

    Bipolar transistör cihazı

    Bipolar transistör cihazının temeli, yarı iletken bir malzemedir. Transistörler için ilk yarı iletken kristaller germanyumdan yapılmıştır, bugün silikon ve galyum arsenit daha yaygın olarak kullanılmaktadır. İlk olarak, iyi düzenlenmiş bir kristal kafese sahip saf bir yarı iletken malzeme üretilir. Daha sonra kristale gerekli şekil verilir ve bileşimine belirli elektriksel iletkenlik özellikleri veren özel bir safsızlık eklenir (malzeme alaşımlıdır). İletkenlik fazla elektronların hareketinden kaynaklanıyorsa donör (elektronik) n-tipi olarak tanımlanır. Bir yarı iletkenin iletkenliği, boş yerlerin, sözde deliklerin art arda elektronlar tarafından değiştirilmesinden kaynaklanıyorsa, bu tür iletkenliğe alıcı (delik) denir ve p-tipi iletkenlik ile gösterilir.

    Resim 1.

    Transistör kristali, iletkenlik tipinin (n-p-n veya p-n-p) seri değişimine sahip üç bölümden (katman) oluşur. Bir katmandan diğerine geçişler potansiyel engeller oluşturur. Bazdan yayıcıya geçiş denir verici(EP), toplayıcıya - kolektör(KP). Şekil 1 transistör yapısını simetrik, idealize edilmiş olarak göstermektedir. Uygulamada, üretim sırasında, bölgelerin boyutları, yaklaşık olarak Şekil 2'de gösterildiği gibi, önemli ölçüde asimetriktir. Kolektör bağlantı alanı, emitör bağlantısını önemli ölçüde aşar. Taban tabakası, birkaç mikron mertebesinde çok incedir.

    Şekil 2.

    Bipolar transistörün çalışma prensibi

    Bir transistörün herhangi bir p-n bağlantısı benzer şekilde çalışır. Kutuplarına bir potansiyel fark uygulandığında, "kayması" gerçekleşir. Uygulanan potansiyel fark koşullu olarak pozitifse ve p-n bağlantısı açılırsa, bağlantının ileri yönlü olduğu söylenir. Koşullu olarak negatif bir potansiyel fark uygulandığında, geçiş, kilitlendiği ters kutupludur. Transistör çalışmasının bir özelliği, en az bir geçişin pozitif önyargısıyla, taban adı verilen ortak alanın elektronlarla veya elektronik boşluklarla (temel malzemenin iletkenlik türüne bağlı olarak) doymuş olmasıdır. ikinci geçişin potansiyel bariyerinde ve sonuç olarak ters önyargı altında iletkenliğinde önemli azalma.

    Çalışma modları

    Tüm transistör anahtarlama devreleri iki türe ayrılabilir: normal Ve ters.

    Figür 3

    Normal transistör anahtarlama devresi yayıcı bağlantısının ofsetini kontrol ederek toplayıcı bağlantısının elektriksel iletkenliğini değiştirmeyi içerir.

    ters devre, normalin aksine, toplayıcının eğimini kontrol ederek emitör bağlantısının iletkenliğini kontrol etmenizi sağlar. Ters devre normal olanın simetrik bir analoğudur, ancak iki kutuplu transistörün yapısal asimetrisi nedeniyle kullanım için etkisizdir, izin verilen maksimum parametreler üzerinde daha katı kısıtlamalara sahiptir ve pratikte kullanılmaz.

    Herhangi bir anahtarlama şemasında, transistör üç modda çalışabilir: Kesme modu, aktif mod Ve doygunluk modu.

    İşi tarif etmek için, bu makaledeki elektrik akımının yönü geleneksel olarak elektronların yönü olarak alınır, yani. güç kaynağının negatif kutbundan pozitif kutbuna. Bunun için Şekil 4'teki diyagramı kullanalım.

    Şekil 4

    Kesme modu

    p-n kavşağı için, elektronların bu kavşağın potansiyel engelini aşabilecekleri minimum ileri öngerilim voltajı için bir değer vardır. Yani, bu eşiğe kadar olan bir ön gerilimde bağlantı noktasından hiçbir akım akamaz. Silikon transistörler için, böyle bir eşiğin değeri yaklaşık 0,6 V'tur. Bu nedenle, normal bir anahtarlama devresinde, emitör bağlantısının ileri eğilimi 0,6 V'u geçmediğinde (silikon transistörler için), tabandan hiçbir akım geçmez, elektronlarla doygun değildir ve sonuç olarak toplayıcı bölgeye baz elektron emisyonu yoktur; kollektör akımı yoktur (sıfır).

    Bu nedenle, kesme rejimi için aşağıdaki kimlikler gerekli bir koşuldur:

    sen ol<0,6 В

    Ben B \u003d 0

    aktif mod

    Aktif modda, yayıcı bağlantı noktası, 0,6 V'tan daha yüksek bir voltajla (silikon transistörler için) kilit açma anına (akım akışının başlangıcı) kadar ileri yönde önyargılıdır ve toplayıcı bağlantı noktası ters yönde önyargılıdır. . Tabanın p-tipi iletkenliği varsa, yayıcıdan tabana elektron transferi (enjeksiyon) olur, bunlar anında tabanın ince bir tabakasına dağılır ve neredeyse tamamı toplayıcı sınırına ulaşır. Bazın elektronlarla doygunluğu, kollektör bağlantısının boyutunda önemli bir azalmaya yol açar; bu sayede elektronlar, yayıcı ve bazdan gelen negatif bir potansiyelin etkisi altında, kollektörden aşağı akarak kollektör bölgesine kaydırılır. terminal, böylece kollektör akımına neden olur. Tabanın çok ince tabakası, taban ucu yönünde çok küçük bir enine kesitten geçen maksimum akımını sınırlar. Ancak bazın bu küçük kalınlığı, elektronlarla hızlı doygunluğuna neden olur. Bağlantı alanı, temel akımdan onlarca ve yüzlerce kat daha yüksek olan önemli bir yayıcı-toplayıcı akımın akışı için koşullar yaratan önemli bir boyuta sahiptir. Böylece tabandan önemsiz akımlar geçirerek, kollektörden çok daha büyük akımların geçmesi için koşullar yaratabiliriz. Taban akımı ne kadar büyük olursa, doygunluğu o kadar büyük ve kollektör akımı o kadar büyük olur. Bu mod, temel akımın karşılık gelen bir değişikliği (düzenlemesi) ile toplayıcı bağlantısının iletkenliğini sorunsuz bir şekilde kontrol etmenize (düzenlemenize) olanak tanır. Transistörün aktif modunun bu özelliği, çeşitli amplifikatörlerin devrelerinde kullanılır.

    Aktif modda, transistörün yayıcı akımı, taban ve toplayıcı akımlarının toplamıdır:

    ben E \u003d + ben B

    Kollektör akımı şu şekilde ifade edilebilir:

    Ben K = α Ben E

    burada α emitör akım transfer katsayısıdır

    Yukarıdaki denklemlerden aşağıdakileri elde edebilirsiniz:

    burada β, temel akım amplifikasyon faktörüdür.

    Doygunluk modu

    Kollektör akımının değişmeden kaldığı ana kadar taban akımındaki artışın sınırı, bazın elektronlarla maksimum doygunluk noktasını belirler. Baz akımında daha fazla bir artış, doyma derecesini değiştirmeyecek ve hiçbir şekilde kollektör akımını etkilemeyecek, taban temas alanındaki malzemenin aşırı ısınmasına ve transistörün arızalanmasına neden olabilir. Transistörler için referans verilerinde doyma akımı ve izin verilen maksimum taban akımı veya emitör-baz doyma gerilimi ve izin verilen maksimum emitör-baz gerilimi gösterilebilir. Bu sınırlar, normal çalışma koşullarında transistörün doyma modunu belirler.

    Kesme modu ve doygunluk modu, transistörler anahtarlama sinyali ve güç devreleri için elektronik anahtarlar olarak çalıştığında etkilidir.

    Farklı yapıdaki transistörlerin çalışma prensibindeki farklılık

    Yukarıda, bir n-p-n yapı transistörünün çalışması durumu ele alındı. P-n-p transistörler benzer şekilde çalışır, ancak bilmeniz gereken temel farklılıklar vardır. p-tipi alıcı iletkenliğine sahip bir yarı iletken malzeme, bir boşluktan (delikten) diğerine elektron geçişi ilkesine dayandığından, nispeten düşük bir elektron iletim kapasitesine sahiptir. Tüm boşluklar elektronlarla değiştirildiğinde, boşlukların hareket yönünden görünmesi nedeniyle hareketleri mümkündür. Böyle bir malzemenin önemli bir kesit uzunluğu ile, önemli bir elektrik direncine sahip olacaktır, bu da p-n-p tipi çift kutuplu transistörlerin en büyük toplayıcı ve vericisi olarak kullanıldığında, n-p-n tipi çok ince bir taban tabakasında kullanıldığından daha fazla soruna yol açar. transistörler. n-tipi verici yarı iletken malzemenin iletken metallerin elektriksel özelliklerine sahip olması, n-p-n tipi transistörlerde olduğu gibi yayıcı ve toplayıcı olarak kullanılmasını daha avantajlı hale getirmektedir.

    Bipolar transistörlerin çeşitli yapılarının bu ayırt edici özelliği, birbirine benzer elektriksel özelliklere ve farklı yapıya sahip bileşen çiftlerinin üretilmesinde büyük zorluklara yol açmaktadır. Transistör çiftlerinin özelliklerinin referans verilerine dikkat ederseniz, aynı kollektör güçlerine (150 mW) rağmen, çeşitli tiplerdeki iki transistörün, örneğin KT315A ve KT361A'nın aynı özelliklerinin elde edildiğini fark edeceksiniz. ve yaklaşık olarak aynı akım kazancı (20-90) , izin verilen maksimum kollektör akımları, emitör-temel voltajları vb. bakımından farklılık gösterirler.

    Not: Transistörün çalışma prensibinin bu açıklaması, Rus Teorisi açısından yorumlanmıştır, bu nedenle elektrik alanlarının hayali pozitif ve negatif yükler üzerindeki etkisinin bir açıklaması yoktur. Rus Fiziği, geleneksel okulun haince üzerimize kaydırdığı elektrik ve manyetik alanlar, pozitif ve elektrik yükleri şeklindeki soyutlamalardan daha basit, daha anlaşılır, gerçeğe en yakın mekanik modellerin kullanılmasını mümkün kılar. Bu nedenle, kontrol, dönem ödevleri ve diğer çalışma türlerinin teslimine hazırlanırken ön analiz ve derinlemesine düşünme olmadan belirtilen teorinin kullanılmasını önermiyorum, öğretmenleriniz, rekabetçi ve bakış açısından oldukça tutarlı olsa bile muhalefeti kabul etmeyebilir. sağduyu ve mantık görüşü. Ek olarak, benim açımdan, bu, bir yarı iletken cihazın çalışmasını, gelecekte iyileştirilebilecek ve tamamlanabilecek Rus Fiziği açısından tanımlamaya yönelik ilk girişimdir.

    Bipolar transistörler, farklı iletkenliğe sahip, seri olarak üç katmana bağlı üç elektrotlu yarı iletken cihazlardır. Bir tür yük taşıyan diğer transistörlerin aksine, aynı anda iki tür yük taşıma yeteneğine sahiptir.

    Bipolar transistörlerin kullanıldığı bağlantı şemaları, yapılan işe ve iletim tipine bağlıdır. İletkenlik elektronik olabilir, delik.

    Bipolar transistör çeşitleri

    Bipolar transistörler, çeşitli kriterlere göre aşağıdakilere göre tiplere ayrılır:

    • Üretim malzemesi: silikon veya galyum arsenit.
    • frekans değeri: 3 MHz'e kadar - düşük, 30 MHz'e kadar - orta, 300 MHz'e kadar - yüksek, 300 MHz'den fazla - ultra yüksek.
    • en yüksek güç dağılımı: 0-0,3W, 0,3-3W, 3W üzeri.
    • Cihaz tipi: Sıralı iletim düzenine sahip 3 katmanlı yarı iletken.

    Cihaz ve iş

    Transistörün hem dahili hem de harici katmanları, taban, yayıcı ve toplayıcı şeklinde kendi adlarına sahip yerleşik elektrotlarla birleştirilir.

    Kollektör ve yayıcı için iletkenlik türlerinde özel bir fark yoktur, ancak kollektördeki safsızlıkların dahil edilme yüzdesi çok daha düşüktür, bu da çıkışta izin verilen voltajı artırmayı mümkün kılar.

    Yarı iletkenin orta tabakası (taban) hafif alaşımlı malzemeden yapıldığından yüksek direnç değerine sahiptir. Geniş bir alan üzerinde kollektör ile temas halindedir. Bu, geçişin diğer tarafa yer değiştirmesinden ısının salınması nedeniyle gerekli olan ısı emiciyi artırmanıza olanak tanır. İyi baz toplayıcı teması, azınlık elektronlarının kolay geçişine izin verir.

    Geçiş katmanları aynı prensibe göre yapılır. Bununla birlikte, bipolar transistörler tek uçlu cihazlar olarak kabul edilir. Aynı iletkenliğe sahip yerlerde aşırı katmanları değiştirirken, benzer yarı iletken parametreleri oluşturmak imkansızdır.

    Transistör bağlantı şemaları, onu hem kapalı hem de açık durumda sağlayabilecek şekilde tasarlanmıştır. Aktif çalışmada, yarı iletken açıkken emitör ileri yönde polarlanır. Bu tasarımı tam olarak anlamak için, besleme voltajını gösterilen şemaya göre bağlamanız gerekir.

    Bu durumda kollektörün 2. bağlantı noktasındaki sınır kapalıdır, içinden akım geçmez. Uygulamada, bitişik geçişler, bunların birbirleri üzerindeki etkileri nedeniyle zıt fenomen oluşur. Pilin negatif kutbu yayıcıya bağlı olduğundan, açık tip geçiş elektronların ana taşıyıcı olan deliklerle yeniden birleştiği tabana geçmesini sağlar. Temel akım Ib görünür. Temel akım ne kadar yüksek olursa, çıkış akımı da o kadar büyük olur. Bu, amplifikatörlerin çalışma prensibidir.

    Elektrik alanında iş olmadığından, tabandan yalnızca elektronların difüzyon hareketi akar. Bu tabakanın küçük kalınlığı ve önemli bir parçacık gradyanı nedeniyle, taban yüksek bir dirence sahip olmasına rağmen, neredeyse tamamı toplayıcıya girer. Kavşakta ulaşımı teşvik eden ve onları çeken bir elektrik alanı vardır. Yayıcı ve toplayıcı akımları, tabandaki yeniden dağıtımdan kaynaklanan küçük bir şarj kaybı dışında aynıdır: ben e \u003d ben b + ben için.

    Özellikler

    • akım amplifikasyon faktörü β = ben / ben b.
    • Voltaj Kazancı U eq / U olmak.
    • Giriş direnci.
    • Frekans özelliği - transistörün, geçiş işlemlerinin bir sinyal değişikliği için geç kaldığı belirli bir frekansa kadar çalışabilme yeteneği.

    Çalışma modları ve şemaları

    Devre tipi, iki kutuplu transistörün çalışma modunu etkiler. Sinyal, farklı durumlar için iki yerde çıkarılabilir ve verilebilir ve üç elektrot vardır. Bu nedenle, rastgele bir elektrot aynı anda hem çıkış hem de giriş olmalıdır. Tüm iki kutuplu transistörler bu prensibe göre bağlanır ve aşağıda ele alacağımız üç tip devreye sahiptirler.

    Ortak Kollektör Devresi

    Sinyal dirençten geçer RL, aynı zamanda kollektör devresine de dahildir.

    Böyle bir bağlantı şeması, yalnızca bir akım yükselticisi oluşturmayı mümkün kılar. Böyle bir yayıcı izleyicinin avantajı, girişte önemli bir direnç oluşmasıdır. Bu, kazanç aşamalarını eşleştirmeyi mümkün kılar.

    Ortak taban devresi

    Devrede, küçük bir giriş direnci şeklinde bir dezavantaj bulabilirsiniz. Ortak taban devresi çoğunlukla bir osilatör olarak kullanılır.

    Ortak emitör devresi

    Çoğu zaman, iki kutuplu transistörler kullanıldığında, ortak bir yayıcıya sahip bir devre gerçekleştirilir. Gerilim, yük direnci R L'den geçer, güç, yayıcıya negatif bir kutupla bağlanır.

    Tabana ve yayıcıya değişken değerli bir sinyal gelir. Kollektör devresinde değeri büyür. Devrenin ana elemanları bir direnç, bir transistör ve bir güç kaynağına sahip bir amplifikatör çıkış devresidir. Ek çelik elemanlar: kapasite 1'den, akımın girişe geçmesine izin vermeyen, direnç R1, transistörün açılması nedeniyle.

    Kolektör devresinde transistör voltajı ve direnci EMF değerine eşittir: E= IkRk+Vke.

    Bunu, küçük bir Ec sinyalinin, transistör dönüştürücünün değişken çıkışındaki potansiyel farkını değiştirme kuralını belirlediği izler. Böyle bir devre, giriş akımının yanı sıra voltaj ve gücün de kat kat arttırılmasını mümkün kılar.

    Böyle bir devrenin dezavantajları arasında girişte düşük direnç (1 kOhm'a kadar) sayılabilir. Sonuç olarak, kaskadların oluşumunda sorunlar ortaya çıkar. Çıkış direnci 2 ila 20 kOhm arasındadır.

    Ele alınan şemalar, iki kutuplu bir transistörün hareketini göstermektedir. Çalışması, sinyalin frekansından ve aşırı ısınmadan etkilenir. Bu sorunu çözmek için ek ayrı önlemler uygulanır. Verici topraklaması çıkışta bozulma yaratır. Devrenin güvenilirliğini oluşturmak için filtreler, geri beslemeler vb. bağlanır. Bu tür önlemlerden sonra devre daha iyi çalışır ancak kazanç azalır.

    Çalışma modları

    Transistörün hızı, bağlı voltajın değerinden etkilenir. Bipolar transistörlerin ortak bir yayıcıya bağlandığı bir devre örneğini kullanarak farklı çalışma modlarını ele alalım.

    ayırmak

    Bu mod, V BE voltajı 0,7 volta düştüğünde oluşur. Bu durumda emitör bağlantısı kapanır ve tabanda elektron olmadığı için toplayıcıda akım olmaz ve transistör kapalı kalır.

    aktif mod

    Transistörü açmaya yetecek kadar bir voltaj tabana uygulandığında küçük bir giriş akımı ve büyük bir çıkış akımı oluşur. Kazancın boyutuna bağlıdır. Bu durumda, transistör bir amplifikatör olarak çalışır.

    Doygunluk modu

    Bu çalışmanın aktif moddan kendi farklılıkları vardır. Yarı iletken sonuna kadar açılır, kollektör akımı maksimum değerine ulaşır. Artışı, yalnızca yükü veya çıkış devresinin EMF'sini değiştirerek elde edilebilir. Taban akımının ayarlanması kollektör akımını değiştirmez. Doygunluk modu, transistörün tamamen açık olması ve bir anahtar gibi çalışması gibi özelliklere sahiptir. Bipolar transistörlerin doygunluk ve kesme modlarını birleştirirseniz, anahtarlar oluşturabilirsiniz.

    Çıkış karakteristik özellikleri modları etkiler. Bu grafikte gösterilmiştir.

    Koordinat eksenlerinde en yüksek kollektör akımı ve gerilim boyutuna karşılık gelen segmentler çizildiğinde ve ardından uçları birbiriyle birleştirildiğinde, kırmızı bir yük çizgisi oluşur. Grafik, temel akımda bir artışla birlikte yük hattı boyunca akım ve gerilim noktalarının yukarı doğru kayacağını göstermektedir.

    Taralı çıkış karakteristiği ile Vke ekseni arasındaki alan kesme işidir. Bu durumda transistör kapalıdır ve akımın tersi küçüktür. Üstteki A noktasındaki karakteristik, yükle kesişir, bundan sonra, I V'de müteakip bir artışla, kollektör akımı artık değişmez. Grafikte doygunluk alanı, Ik ekseni ile en dik grafik arasındaki gölgeli kısımdır.

    Çeşitli modlarda bipolar transistörler

    Transistör, giriş devresindeki farklı sinyal türleri ile etkileşime girer. Temel olarak, transistör amplifikatörlerde kullanılır. Giriş AC sinyali çıkış akımını değiştirir. Bu durumda, ortak bir emitör veya toplayıcıya sahip devreler kullanılır. Çıkış devresinde sinyalin bir yüke ihtiyacı vardır.

    Çoğu zaman bu, kollektör çıkış devresinde kurulu olan direnç kullanılarak yapılır. Doğru seçimi ile çıkıştaki gerilim değeri giriştekinden çok daha büyük olacaktır.

    Darbe sinyalinin dönüştürülmesi sırasında mod, sinüzoidal sinyallerle aynı kalır. Harmoniklerdeki değişimin kalitesi, yarı iletkenlerin frekans özelliklerine göre belirlenir.

    Anahtar modu

    Transistör anahtarları, elektrik devrelerinde temassız anahtarlama için kullanılır. Bu çalışma, yarı iletkenin direnç değerinin aralıklı olarak ayarlanmasından oluşur. Bipolar transistörler en çok anahtarlama cihazlarında uygulanabilir.

    Sinyal değiştiren devrelerde yarı iletkenler kullanılır. Çok yönlü performansları ve geniş sınıflandırmaları, transistörlerin performans yeteneklerini belirleyen çeşitli devrelerde kullanılmasını mümkün kılar. Kullanılan ana devreler yükseltici ve anahtarlama devreleridir.

    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 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 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.

    transistör

    Bir transistör, daha zayıf bir sinyalin daha güçlü bir sinyali kontrol etmesine izin veren yarı iletken bir cihazdır. Bu özellik nedeniyle, genellikle bir transistörün bir sinyali yükseltme yeteneği hakkında konuşurlar. Aslında hiçbir şeyi yükseltmemesine rağmen, sadece büyük bir akımı çok daha zayıf akımlarla açıp kapatmanıza izin verir. Transistörler elektronikte çok yaygındır, çünkü herhangi bir denetleyicinin çıkışı nadiren 40 mA'den fazla bir akım üretebilir, bu nedenle 2-3 düşük güçlü LED bile artık doğrudan mikro denetleyiciden güç alamaz. Transistörlerin kurtarmaya geldiği yer burasıdır. Makale, ana transistör tiplerini, P-N-P ve N-P-N bipolar transistörler arasındaki farkları, N-kanal alan etkili transistörlerden P-kanalını tartışıyor, transistörleri bağlamanın ana inceliklerini tartışıyor ve uygulama alanlarını ortaya koyuyor.

    Bir transistörü bir röle ile karıştırmayın. Röle basit bir anahtardır. İşinin özü, metal kontakların kapatılması ve açılmasıdır. Transistör daha karmaşıktır ve çalışması bir elektron deliği geçişine dayanır. Bununla ilgili daha fazla bilgi edinmek istiyorsanız, bir transistörün işleyişini basitten karmaşığa doğru yönlendiren mükemmel bir videoyu izleyebilirsiniz. Videonun yapım yılı kafanızı karıştırmayın - o zamandan beri fizik yasaları değişmedi ve malzemenin bu kadar yüksek kalitede sunulduğu daha yeni bir video bulunamadı:

    transistör türleri

    iki kutuplu transistör

    Bipolar transistör, hafif yükleri (düşük güçlü motorlar ve servolar gibi) sürmek için tasarlanmıştır. Her zaman üç çıktısı vardır:

      Toplayıcı (İngiliz toplayıcı) - transistörün kontrol ettiği yüksek voltaj uygulanır

    • Baz (İngiliz tabanı) - transistörü açmak veya kapatmak için akım sağlanır veya kapatılır

      • Verici (İngilizce yayıcı) - transistörün "son" çıkışı. Akım, toplayıcı ve tabandan içinden akar.

    Bipolar transistör akım tarafından kontrol edilir. Tabana ne kadar fazla akım uygulanırsa, toplayıcıdan yayıcıya o kadar fazla akım akacaktır. Vericiden toplayıcıya geçen akımın transistörün tabanından geçen akıma oranına kazanç denir. olarak belirlenmiş hfe (İngiliz edebiyatında kazanç denir).

    Örneğin, eğer hfe= 150 ve tabandan 0,2 mA geçerse, transistör kendi içinden maksimum 30 mA geçirecektir. 25 mA çeken bir bileşen (örneğin bir LED) bağlanırsa, 25 mA ile sağlanır. 150 mA çeken bir bileşen bağlanırsa, ona yalnızca maksimum 30 mA sağlanacaktır. Kontak belgeleri, izin verilen maksimum akım ve gerilim değerlerini gösterir. baz-> verici Ve kolektör -> verici . Bu değerlerin aşılması transistörün aşırı ısınmasına ve arızalanmasına yol açar.

    Komik Resimler:

    NPN ve PNP çift kutuplu transistörler

    2 tip polar transistör vardır: NPN Ve PNP. Katmanların değişiminde farklılık gösterirler. N (negatif - negatiften) fazla negatif yük taşıyıcısına (elektron) sahip bir katmandır, P (artıdan - pozitife) fazla pozitif yük taşıyıcıya (delikler) sahip bir katmandır. Yukarıdaki videoda elektronlar ve delikler hakkında daha fazla bilgi edinin.

    Transistörlerin davranışı, katmanların değişmesine bağlıdır. Yukarıdaki animasyon gösteriyor NPN transistör. İÇİNDE PNP transistör kontrolü tersine çevrilir - taban topraklandığında akım transistörden akar ve tabandan akım geçtiğinde bloke edilir. diyagramda PNP Ve NPN ok yönünde farklılık gösterir. Ok her zaman geçişe işaret eder. Nİle P:

    Diyagramda NPN (sol) ve PNP (sağ) transistörlerin tanımı

    NPN transistörler, daha verimli oldukları için elektronikte daha yaygındır.

    FET

    Alan etkili transistörler, iç yapılarında bipolar olanlardan farklıdır. MOS transistörler amatör elektronikte en yaygın olanlardır. MOS, metal oksit iletkeninin kısaltmasıdır. İngilizce'de aynı: Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor, MOSFET olarak kısaltılır. MOS transistörler, nispeten küçük bir transistör boyutuyla büyük güçleri kontrol etmenize izin verir. Transistör akımla değil voltajla çalıştırılır. Transistör bir elektrik tarafından kontrol edildiğinden alan, transistör adını aldı - alan uluma

    Alan etkili transistörlerin en az 3 çıkışı vardır:

      Tahliye - kontrol etmek istediğiniz yüksek voltaj uygulanır

      Kapı (İngiliz kapısı) - transistörü kontrol etmek için voltaj uygulanır

      Kaynak (İngilizce kaynak) - transistör "açık" olduğunda akım, drenajdan akar

    Alan etkili transistörlü bir animasyon olmalı ama transistörlerin kendilerinin şematik gösterimi dışında hiçbir şekilde bipolardan farklı olmayacak, bu nedenle animasyon olmayacak.

    N kanalı ve P kanalı FET'leri

    Alan etkili transistörler de cihaza ve davranışa bağlı olarak 2 tipe ayrılır. N kanalı(N kanal) kapıya enerji verildiğinde açılır ve kapanır. voltaj olmadığında. P kanalı(P kanalı) ise tam tersi şekilde çalışır: kapıda voltaj olmadığı sürece akım transistörden akar. Kapıya voltaj uygulandığında akım durur. Diyagramda, alan etkili transistörler biraz farklı şekilde gösterilmiştir:

    Bipolar transistörlere benzer şekilde, alan etkili transistörler polarite bakımından farklılık gösterir. N-Kanal transistörü yukarıda tarif edilmiştir. Onlar en yaygın olanlarıdır.

    P-Kanalı belirtildiğinde ok yönünde farklılık gösterir ve yine "ters çevrilmiş" bir davranışa sahiptir.

    Bir alan etkili transistörün alternatif akımı kontrol edebileceğine dair bir yanılgı vardır. Bu yanlış. Alternatif akımı kontrol etmek için bir röle kullanın.

    Darlington transistörü

    Darlington transistörü, ayrı bir transistör tipine atıfta bulunmak için tamamen doğru değildir. Ancak bu yazıda onlardan bahsetmemek mümkün değil. Darlington transistörü, çoğunlukla birkaç transistör içeren bir mikro devre şeklinde bulunur. Örneğin, ULN2003. Darlington transistörü, hızlı bir şekilde açılıp kapanma (bu, onunla çalışmanıza izin verdiği anlamına gelir) ve aynı zamanda yüksek akımlara dayanma özelliği ile karakterize edilir. Bu bir tür kompozit transistördür ve iki veya nadiren daha fazla transistörün kademeli bağlantısıdır, öyle ki bir önceki aşamanın yayıcısındaki yük, bir sonraki aşamanın transistörünün taban yayıcı bağlantısı olacak şekilde bağlanır. yani, transistörler kollektörlerle bağlanır ve giriş transistörünün yayıcısı temel haftasonuna bağlanır. Ek olarak, önceki transistörün yayıcısının dirençli yükü, kapanmayı hızlandırmak için devrenin bir parçası olarak kullanılabilir. Bir bütün olarak böyle bir bağlantı, transistörler aktif moddayken akım kazancı yaklaşık olarak tüm transistörlerin kazançlarının ürününe eşit olan tek bir transistör olarak kabul edilir.

    transistör bağlantısı

    Arduino kartının çıkışa 40 mA'ya kadar maksimum akımla 5 V'luk bir voltaj sağlayabildiği bir sır değil. Bu akım, güçlü bir yükü bağlamak için yeterli değildir. Örneğin, çıkışa doğrudan bir LED şerit veya bir motor bağlamaya çalışırsanız, Arduino çıkışına zarar vermeniz garanti edilir. Tüm kurulun başarısız olması mümkündür. Ek olarak, bazı eklenti bileşenlerinin çalışması için 5V'tan daha fazlası gerekebilir. Bu sorunların her ikisi de transistör tarafından çözülür. Arduino çıkışından küçük bir akım kullanarak, ayrı bir güç kaynağından gelen güçlü bir akımı kontrol etmeye veya daha büyük bir voltajı kontrol etmek için 5 V'luk bir voltaj kullanmaya yardımcı olacaktır (en zayıf transistörlerin bile nadiren 50 V'un altında bir voltaj limiti vardır). Örnek olarak, bir motor bağlamayı düşünün:

    Yukarıdaki şemada, motor ayrı bir güç kaynağına bağlanmıştır. Motor pimi ile motorun güç kaynağı arasına herhangi bir Arduino dijital pimi kullanılarak kontrol edilecek bir transistör yerleştirdik. Denetleyici çıkışından denetleyici çıkışına YÜKSEK bir sinyal uygulandığında, transistörü açmak için çok küçük bir akım alacağız ve transistörden büyük bir akım akacak ve denetleyiciye zarar vermeyecektir. Arduino çıkışı ile transistörün tabanı arasına takılan dirence dikkat edin. Mikrodenetleyici - transistör - toprak yolu boyunca akan akımı sınırlamak ve kısa devreyi önlemek için gereklidir. Daha önce de belirtildiği gibi, bir Arduino pininden çekilebilecek maksimum akım 40mA'dır. Bu nedenle en az 125 ohm'luk (5V / 0.04A = 125 ohm) bir dirence ihtiyacımız var. 220 ohm'luk bir direnci güvenle kullanabilirsiniz. Aslında direnç, transistör üzerinden gerekli akımı elde etmek için tabana uygulanması gereken akım dikkate alınarak seçilmelidir. Direncin doğru seçimi için kazancı hesaba katmak gerekir ( hfe).

    ÖNEMLİ!! Ayrı bir güç kaynağından güçlü bir yük bağlarsanız, fiziksel olarak yük güç kaynağının toprağını (“eksi”) ve Arduino'nun toprağını (“GND” pimi) bağlamanız gerekir. Aksi takdirde, transistörü kontrol edemezsiniz.

    Bir FET kullanırken, kapıda akım sınırlayıcı bir direnç gerekli değildir. Transistör yalnızca voltajla çalıştırılır ve kapıdan akım geçmez.

    Devamını oku: