Kaj je bipolarni tranzistor in kakšna preklopna vezja obstajajo

Uporaba polprevodniških naprav (SS) je v radijski elektroniki zelo razširjena. Zaradi tega so se zmanjšale dimenzije različnih naprav. Bipolarni tranzistor je dobil široko uporabo, zaradi nekaterih lastnosti je njegova funkcionalnost širša kot pri preprostem tranzistorju z učinkom polja. Da bi razumeli, zakaj je potreben in pod kakšnimi pogoji se uporablja, je treba upoštevati njegovo načelo delovanja, načine povezave in razvrstitev.

Naprava in načelo delovanja

Tranzistor je elektronski polprevodnik, sestavljen iz 3 elektrod, od katerih je ena krmilna. Bipolarni tranzistor se od polarnega razlikuje po prisotnosti dveh vrst nosilcev naboja (negativnega in pozitivnega).

Negativni naboji so elektroni, ki se sprostijo iz zunanje lupine kristalne mreže. Namesto sproščenega elektrona nastane pozitivna vrsta naboja ali luknje.

Naprava bipolarnega tranzistorja (BT) je kljub svoji vsestranskosti precej preprosta. Sestavljen je iz 3 plasti prevodnega tipa: oddajnika (E), osnove (B) in kolektorja (K).

Emiter (iz latinskega "sproščati") je vrsta polprevodniškega spoja, katerega glavna funkcija je vbrizgavanje nabojev v bazo. Kolektor (iz latinskega "zbiralec") se uporablja za sprejemanje nabojev oddajnika. Osnova je krmilna elektroda.

Emiterski in kolektorski sloj sta skoraj enaka, vendar se razlikujeta po stopnji dodajanja nečistoč za izboljšanje lastnosti PCB. Dodajanje nečistoč se imenuje doping. Za kolektorsko plast (CL) je dopiranje šibko izraženo za povečanje kolektorske napetosti (Uk). Emiterski polprevodniški sloj je močno dopiran, da se poveča povratni dovoljeni razpad U in izboljša vbrizgavanje nosilcev v osnovni sloj (koeficient prenosa toka se poveča - Kt). Osnovni sloj je rahlo dopiran, da zagotovi večjo odpornost (R).

Prehod med bazo in oddajnikom je po površini manjši kot K-B. Zaradi razlike območij pride do izboljšanja Kt. Med delovanjem tiskanega vezja se prehod K-B vklopi z obratno pristranskostjo, da se sprosti glavni del količine toplote Q, ki se odvaja in zagotavlja boljše hlajenje kristala.

Hitrost BT je odvisna od debeline osnovnega sloja (BS). Ta odvisnost je vrednost, ki se spreminja v obratnem sorazmerju. Z manjšo debelino - večjo hitrostjo. Ta odvisnost je povezana s časom letenja nosilcev naboja.Vendar se hkrati Uk zmanjšuje.

Med oddajnikom in K teče močan tok, imenovan tok K (Ik). Med E in B teče majhen tok - tok B (Ib), ki se uporablja za krmiljenje. Ko se Ib spremeni, se Ik spremeni.

Tranzistor ima dva p-n stičišča: E-B in K-B. Ko je način aktiven, je E-B povezan s prednapetostjo tipa naprej, CB pa je povezan z obratnim prednapetjem. Ker je prehod E-B v odprtem stanju, negativni naboji (elektroni) tečejo v B. Po tem se delno rekombinirajo z luknjami. Vendar večina elektronov doseže K-B zaradi nizke legitimnosti in debeline B.

V BS so elektroni manjši nosilci naboja, elektromagnetno polje pa jim pomaga premagati prehod K-B. S povečanjem Ib se bo odprtina E-B razširila in več elektronov bo teklo med E in K. V tem primeru bo prišlo do znatnega ojačanja signala nizke amplitude, saj je Ik večji od Ib.

Da bi lažje razumeli fizični pomen delovanja bipolarnega tranzistorja, ga je treba povezati z dobrim primerom. Domnevati je treba, da je črpalka za črpanje vode vir energije, vodna pipa je tranzistor, voda je Ik, stopnja vrtenja ročaja pipe je Ib. Če želite povečati pritisk, morate pipo rahlo zavrteti - za izvedbo nadzornega dejanja. Na podlagi primera lahko sklepamo na preprost princip delovanja programske opreme.

Vendar pa lahko ob znatnem povečanju U na prehodu K-B pride do udarne ionizacije, kar povzroči množenje plazovnega naboja.V kombinaciji z učinkom tunela ta proces povzroči električni in s podaljšanjem časa toplotno okvaro, ki onesposobi PP. Včasih pride do toplotnega zloma brez električnega preloma zaradi znatnega povečanja toka skozi izhod kolektorja.

Poleg tega, ko se U spremeni v K-B in E-B, se debelina teh plasti spremeni, če je B tanek, pride do učinka zapiranja (imenuje se tudi punkcija B), v katerem sta povezana prehoda K-B in E-B. Zaradi tega pojava PP preneha opravljati svoje funkcije.

Načini delovanja

Bipolarni tranzistor lahko deluje v 4 načinih:

1. Aktiven.
2. Meje (RO).
3. Nasičenost (PH).
4. Pregrada (RB).

Aktivni način BT je normalen (NAR) in inverzni (IAR).

Običajni aktivni način

V tem načinu U teče na E-B stičišču, ki je neposreden in se imenuje napetost E-B (Ue-b). Način velja za optimalnega in se uporablja v večini shem. Prehod E vbrizga naboje v osnovno območje, ki se premikajo proti kolektorju. Slednji pospešuje naboje in ustvarja učinek povečanja.

Inverzni aktivni način

V tem načinu je prehod K-B odprt. BT deluje v nasprotni smeri, to pomeni, da se nosilci naboja lukenj vbrizgajo iz K, ki potekajo skozi B. Zberejo se s prehodom E. Lastnosti ojačanja PP so šibke in BT se v tem načinu redko uporabljajo.

Način nasičenosti

Pri PH sta oba prehoda odprta. Ko sta E-B in K-B povezana z zunanjimi viri v smeri naprej, bo BT deloval v nosilni raketi. Difuzijsko elektromagnetno polje E in K stičišč je oslabljeno z električnim poljem, ki ga ustvarjajo zunanji viri.Posledično bo prišlo do zmanjšanja pregradne sposobnosti in omejitve razpršene sposobnosti glavnih nosilcev naboja. Začelo se bo vbrizgavanje lukenj od E in K do B. Ta način se uporablja predvsem v analogni tehnologiji, v nekaterih primerih pa so lahko izjeme.

Način izklopa

V tem načinu se BT popolnoma zapre in ne more prevajati toka. Vendar pa v BT obstajajo zanemarljivi tokovi manjših nosilcev naboja, ki ustvarjajo toplotne tokove z majhnimi vrednostmi. Ta način se uporablja pri različnih vrstah zaščite pred preobremenitvami in kratkimi stiki.

pregradni režim

Baza BT je povezana preko upora na K. V vezje K ali E je vključen upor, ki nastavi trenutno vrednost (I) skozi BT. BR se pogosto uporablja v vezjih, ker omogoča, da BT deluje pri kateri koli frekvenci in v večjem temperaturnem območju.

Preklopne sheme

Za pravilno uporabo in povezavo BT-jev morate poznati njihovo razvrstitev in vrsto. Razvrstitev bipolarnih tranzistorjev:

1. Proizvodni material: germanij, silicij in arsenidogalij.
2. Lastnosti izdelave.
3. Razpršena moč: nizka moč (do 0,25 W), srednja (0,25-1,6 W), močna (nad 1,6 W).
4. Omejitvena frekvenca: nizkofrekvenčna (do 2,7 MHz), srednja frekvenca (2,7-32 MHz), visokofrekvenčna (32-310 MHz), mikrovalovna (več kot 310 MHz).
5. Funkcionalni namen.

Funkcionalni namen BT je razdeljen na naslednje vrste:

1. Ojačenje nizkofrekvenčnih z normaliziranim in nenormaliziranim šumom (NiNNKSh).
2. Ojačitev visoke frekvence z NiNNKSh.
3. Ojačitev mikrovalovne pečice z NiNNKSh.
4. Ojačitev močne visoke napetosti.
5. Generator z visokimi in ultravisokimi frekvencami.
6. Visokonapetostne stikalne naprave z nizko in visoko močjo.
7. Zmogljiv impulz za visoke U-vrednosti.

Poleg tega obstajajo takšne vrste bipolarnih tranzistorjev:

1. P-n-p.
2. N-p-n.

Obstajajo 3 vezja za vklop bipolarnega tranzistorja, od katerih ima vsak svoje prednosti in slabosti:

1. General B.
2. General E.
3. General K.

Vklop s skupno bazo (OB)

Vezje se uporablja pri visokih frekvencah, kar omogoča optimalno uporabo frekvenčnega odziva. Pri povezovanju enega BT po shemi z OE in nato z OB se bo njegova frekvenca delovanja povečala. Ta povezovalna shema se uporablja v ojačevalnikih antenskega tipa. Raven hrupa pri visokih frekvencah se zmanjša.

prednosti:

1. Optimalne temperature in široko frekvenčno območje (f).
2. Visoka vrednost Uk.

pomanjkljivosti:

1. Nizko pridobim.
2. Nizek vhod R.

Preklop skupnega oddajnika (CE)

Pri priključitvi po tej shemi pride do ojačanja v U in I. Vezje se lahko napaja iz enega vira. Pogosto se uporablja v močnostnih ojačevalnikih (P).

prednosti:

1. Visoki dobički za I, U, P.
2. En napajalnik.
3. Izhodna spremenljivka U je obrnjena glede na vhod.

Ima pomembne pomanjkljivosti: najnižja temperaturna stabilnost in frekvenčne karakteristike so slabše kot pri povezavi z OB.

Vklop s skupnim kolektorjem (OK)

Vhod U se v celoti prenese nazaj na vhod in Ki je podoben, ko je povezan z OE, vendar je nizek v U.

Ta vrsta preklapljanja se uporablja za usklajevanje kaskad, izdelanih na tranzistorjih, ali z virom vhodnega signala, ki ima visoko izhodno R (kondenzatorski mikrofon ali zvočnik). Prednosti vključujejo naslednje: velika vrednost vhoda in majhen izhod R.Pomanjkljivost je nizek dobiček U.

Glavne značilnosti bipolarnih tranzistorjev

Glavne značilnosti BT:

1. pridobim.
2. Vhod in izhod R.
3. Povratni Ik-e.
4. Čas vklopa.
5. Frekvenca prenosa Ib.
6. Obratna Ik.
7. Največja vrednost I.

Aplikacije

Uporaba bipolarnih tranzistorjev je razširjena na vseh področjih človeške dejavnosti. Glavna uporaba naprave je bila pridobljena v napravah za ojačanje, generiranje električnih signalov in služijo tudi kot preklopni element. Uporabljajo se v različnih ojačevalnikih moči, v navadnih in stikalnih napajalnikih z možnostjo prilagajanja vrednosti U in I, v računalniški tehnologiji.

Poleg tega se pogosto uporabljajo za izgradnjo različne zaščite potrošnikov pred preobremenitvami, U prenapetostmi in kratkimi stiki. Široko se uporabljajo v rudarski in metalurški industriji.

Podobni članki: