Ce este un tranzistor bipolar și care sunt circuitele sale

Utilizarea dispozitivelor semiconductoare (SSD) este larg răspândită în electronica radio. Acest lucru a redus dimensiunea diferitelor dispozitive. Tranzistorul bipolar este utilizat pe scară largă, datorită anumitor caracteristici are o funcționalitate mai largă decât tranzistorul simplu cu efect de câmp. Pentru a înțelege la ce se utilizează și în ce condiții, este necesar să se ia în considerare principiul său de funcționare, metodele de conectare și clasificarea.

Structura și principiul de funcționare

Tranzistorul este un semiconductor electronic format din 3 electrozi, dintre care unul este cel de control. Tranzistoarele bipolare diferă de tranzistoarele polare prin faptul că au două tipuri de purtători de sarcină (negativi și pozitivi).

Sarcinile negative reprezintă electronii care sunt eliberați din învelișul exterior al rețelei cristaline. În locul electronului eliberat se formează încărcături pozitive, sau găuri, de tip pozitiv.

Construcția unui tranzistor bipolar (BT) este destul de simplă, în ciuda versatilității sale. Acesta este format din 3 straturi de tip conductor: un emițător (E), o bază (B) și un colector (C).

Emitorul (din latină "eliberare") este un tip de joncțiune semiconductoare a cărei funcție principală este de a injecta sarcini în bază. Colectorul (în latină "collector") este utilizat pentru a primi sarcinile de la emițător. Baza este electrodul de control.

Straturile emițător și colector sunt aproape identice, dar diferă prin gradul de impurități adăugate pentru a îmbunătăți caracteristicile senzorului. Adăugarea de impurități se numește dopaj. Pentru stratul colector (CL), dopajul este slab exprimat pentru a crește tensiunea colectorului (Uk). Stratul semiconductor emițător este puternic dopat pentru a crește U inversă admisibilă de rupere și pentru a îmbunătăți injecția de purtători în stratul de bază (crește coeficientul de transfer de curent - Kt). Stratul de bază este slab dopat pentru a asigura o rezistență mai mare (R).

Joncțiunea dintre bază și emițător are o suprafață mai mică decât cea a K-B. Diferența de suprafață este cea care îmbunătățește Kt. Atunci când un PCB este în funcțiune, joncțiunea K-B este pornită cu o polarizare inversă pentru a oferi cea mai mare parte a cantității de căldură Q, care este disipată și asigură o mai bună răcire a cristalului.

Viteza BT depinde de grosimea stratului de bază (BS). Această dependență este o valoare care variază în funcție de o relație invers proporțională. O grosime mai mică are ca rezultat o performanță mai rapidă. Această dependență este legată de timpul de tranzit al purtătorilor de sarcină. Cu toate acestea, în același timp, Uk este redus.

Între emițător și K circulă un curent mare, numit curent K (Ik). Între E și B circulă o cantitate mică de curent - curentul B (Ib), care este utilizat pentru control. Când Ib se schimbă, va exista o schimbare în Ik.

Tranzistorul are două joncțiuni p-n, E-B și K-B. Când este activ, E-B este conectat cu polarizare directă și K-B este conectat cu polarizare inversă. Deoarece joncțiunea E-B este deschisă, sarcinile negative (electronii) curg în B. Aceasta este urmată de recombinarea lor parțială cu găuri. Cu toate acestea, majoritatea electronilor ajung la K-B din cauza dopajului și grosimii scăzute a lui B.

În BS, electronii sunt purtători de sarcină fără bază, iar câmpul electromagnetic îi ajută să depășească tranziția K-B. Pe măsură ce Ib crește, deschiderea E-B se va lărgi și mai mulți electroni vor trece între E și K. Acest lucru va duce la o amplificare semnificativă a semnalului de amplitudine mică, deoarece Ik este mai mare decât Ib.

Pentru a înțelege mai ușor semnificația fizică a tranzistorului bipolar, trebuie să îl asociem cu un exemplu ilustrativ. Trebuie să presupunem că pompa de apă este sursa de alimentare, robinetul de apă este tranzistorul, apa este Ik și gradul de rotație al mânerului robinetului este Ib. Pentru a mări capul trebuie să rotiți puțin robinetul - efectuați o acțiune de control. Din acest exemplu se poate concluziona că principiul de funcționare a PP este simplu.

Cu toate acestea, în cazul unei creșteri semnificative a lui U la joncțiunea K-B, se poate produce o ionizare de șoc, a cărei consecință este o propagare în avalanșă a sarcinii. Acest proces, atunci când este combinat cu un efect de tunel, produce o defecțiune electrică și, în timp, o defecțiune termică care provoacă defectarea PCB-ului. Uneori, defecțiunea termică apare fără defecțiunea electrică, ca urmare a unei creșteri semnificative a curentului prin ieșirea colectorului.

În plus, atunci când U se schimbă la K-B și E-B, grosimea acestor straturi se schimbă, dacă B este subțire, apare un efect de strângere (numit și puncție B), în care joncțiunile K-B și E-B sunt conectate. Ca urmare a acestui fenomen, PP încetează să își mai îndeplinească funcția.

Moduri de funcționare

Un tranzistor de tip bipolar poate funcționa în 4 moduri:

1. Activ.
2. Cutoff (PO).
3. Saturație (SS).
4. Bariere (RB).

Modul activ al BT-urilor poate fi normal (NAR) și invers (IAR).

Mod activ normal

În acest mod, la joncțiunea E-B circulă U, care este directă și se numește tensiune E-B (Ue-B). Acest mod este considerat optim și este utilizat în majoritatea circuitelor. Joncțiunea E injectează sarcini în regiunea bazei, care se deplasează spre colector. Acesta din urmă accelerează încărcăturile, creând un efect de amplificare.

Modul activ invers

În acest mod, joncțiunea K-B este deschisă. BT funcționează în direcția opusă, adică din K sunt injectați purtătorii de sarcină cu găuri care trec prin B. Aceștia sunt colectați de tranziția E. Proprietățile de câștig ale BT sunt slabe și BT sunt rareori utilizate în acest mod.

Modul de saturație

În cazul PH, ambele joncțiuni sunt deschise. Prin conectarea E-B și K-B la surse externe în direcția înainte, BT va funcționa în PH. Câmpul electromagnetic de difuzie al joncțiunilor E și K este atenuat de câmpul electric generat de surse externe. Acest lucru va duce la o reducere a capacității de barieră și la limitarea difuzivității principalilor purtători de sarcină. Aceasta va începe să injecteze găurile din E și K în B. Acest mod este utilizat în principal în tehnologia analogică, însă pot exista excepții în unele cazuri.

Modul de tăiere

În acest mod, BT este complet închis și nu poate conduce curent. Cu toate acestea, în BT sunt prezente fluxuri minore de purtători de sarcină nebazici, care creează curenți termici cu valori mici. Acest mod este utilizat în diferite tipuri de protecție la suprasarcină și scurtcircuit.

Modul barierei

Baza BT este conectată prin intermediul unei rezistențe la K. În circuitul K sau E este inclusă o rezistență, care stabilește valoarea curentului (I) prin BT. BR este adesea utilizat în circuite, deoarece permite BT să funcționeze la orice frecvență și pe o gamă mai largă de temperaturi.

Diagrame de cablare

Pentru aplicarea și cablarea corectă a PD-urilor, trebuie să cunoașteți clasificarea și tipul acestora. Clasificarea tranzistoarelor bipolare:

1. Material de fabricație: germaniu, siliciu și galliu arseniat.
2. Caracteristici de fabricare.
3. Putere disipată: Putere redusă (până la 0,25 W), putere medie (0,25-1,6 W), putere mare (peste 1,6 W).
4. Limita de frecvență: frecvență joasă (până la 2,7 MHz), frecvență medie (2,7-32 MHz), frecvență înaltă (32-310 MHz), frecvență foarte înaltă (peste 310 MHz).
5. Scopul funcțional.

Scopul funcțional al BT-urilor este împărțit în următoarele tipuri:

1. Amplificatoare de joasă frecvență cu cifră de zgomot normalizată și nenormalizată (NNNFS).
2. Amplificatoare de înaltă frecvență cu raport de zgomot redus (LNNKNSH).
3. Amplificator de frecvență ultraînaltă cu NiNNSCh.
4. Amplificator de înaltă tensiune de mare putere.
5. Generator de frecvență înaltă și ultra-înaltă
6. Amplificatoare de comutare de înaltă tensiune de putere mică și mare.
7. Putere pulsată de mare putere pentru funcționare cu valoare U ridicată.

În plus, există tipuri de tranzistoare bipolare:

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

Există 3 circuite de comutare a tranzistorului bipolar, fiecare cu propriile avantaje și dezavantaje:

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

Conexiune de bază comună (CB)

Acest circuit este utilizat la frecvențe înalte, permițând utilizarea optimă a răspunsului în frecvență. Conectarea unui singur CT în modul OhB și apoi în modul OB îi va crește răspunsul în frecvență. Această schemă de conectare este utilizată în amplificatoarele de tip antenă. Nivelurile de zgomot la frecvențe înalte sunt reduse.

Avantaje:

1. Valori optime ale temperaturii și o gamă largă de frecvențe (f).
2. Valoare mare Uk.

Dezavantaje:

1. Câștig I scăzut.
2. Intrare scăzută R.

Conexiune emițător deschis (OhE)

Atunci când este conectat în acest circuit, are loc amplificarea U și I. Circuitul poate fi alimentat de la o singură sursă. Este adesea utilizat în amplificatoarele de putere (P).

Avantaje:

1. Câștig ridicat I, U, P.
2. O singură sursă de alimentare.
3. Acesta inversează U alternativ de ieșire în raport cu intrarea.

Are un dezavantaj semnificativ: cea mai scăzută stabilitate a temperaturii și un răspuns în frecvență mai slab decât conexiunea cu inel O.

Conexiune colectoare comună (OC)

Intrarea U este transmisă integral înapoi la intrare, iar Ki este similar cu cel al conexiunii Oh, dar U este scăzut.

Acest tip de comutare este utilizat pentru a se potrivi cu etajele bazate pe tranzistoare sau cu o sursă de intrare care are o ieșire ridicată R (microfon de tip condensator sau captator de sunet). Avantajele sunt o valoare R de intrare ridicată și o valoare R de ieșire scăzută. Dezavantajul este amplificarea scăzută a U.

Principalele caracteristici ale tranzistoarelor bipolare

Caracteristicile de bază ale BT:

1. I- câștig.
2. Intrare și ieșire R.
3. Invers I-ke.
4. Timp de pornire.
5. Frecvența de transmisie Ib.
6. Inverse Ik.
7. Valoarea I maximă.

Aplicații

Tranzistoarele bipolare sunt utilizate pe scară largă în toate domeniile de activitate umană. Aplicația principală este în dispozitive de amplificare, generare de semnale electrice și ca element de comutare. Acestea sunt utilizate în diverse amplificatoare de putere, surse de alimentare convenționale și cu comutație cu controlabilitate U și I și în tehnologia informatică.

În plus, acestea sunt adesea folosite pentru a construi diverse tipuri de protecție a consumatorilor împotriva suprasarcinilor, a vârfurilor de tensiune și a scurtcircuitelor. Acestea sunt utilizate pe scară largă în industria minieră și metalurgică.

Articole conexe: