Wat is een bipolaire transistor en welke schakelcircuits bestaan?

Het gebruik van halfgeleiderinrichtingen (SS) is wijdverbreid in radio-elektronica. Hierdoor zijn de afmetingen van verschillende apparaten afgenomen. De bipolaire transistor heeft een brede toepassing gekregen, vanwege een aantal functies is de functionaliteit ervan breder dan die van een eenvoudige veldeffecttransistor. Om te begrijpen waarom het nodig is en onder welke omstandigheden het wordt gebruikt, is het noodzakelijk om het werkingsprincipe, verbindingsmethoden en classificatie te overwegen.

Apparaat en werkingsprincipe

Een transistor is een elektronische halfgeleider die bestaat uit 3 elektroden, waarvan er één een stuurelektrode is. Een bipolaire type transistor verschilt van een polaire transistor in de aanwezigheid van 2 soorten ladingsdragers (negatief en positief).

Negatieve ladingen zijn elektronen die vrijkomen uit de buitenste schil van het kristalrooster. Een positief type lading, of gaten, wordt gevormd in plaats van het vrijgekomen elektron.

Het apparaat van een bipolaire transistor (BT) is vrij eenvoudig, ondanks zijn veelzijdigheid. Het bestaat uit 3 lagen van het geleidende type: emitter (E), basis (B) en collector (K).

Een emitter (van het Latijnse "loslaten") is een type halfgeleiderovergang waarvan de belangrijkste functie is om ladingen in de basis te injecteren. De collector (van het Latijnse "collector") wordt gebruikt om de ladingen van de zender te ontvangen. De basis is de stuurelektrode.

De emitter- en collectorlagen zijn bijna hetzelfde, maar verschillen in de mate van toevoeging van onzuiverheden om de eigenschappen van de PCB te verbeteren. Het toevoegen van onzuiverheden wordt doping genoemd. Voor de collectorlaag (CL) wordt doping zwak uitgedrukt om de collectorspanning (Uk) te verhogen. De emitter-halfgeleiderlaag is zwaar gedoteerd om de in omgekeerde richting toelaatbare doorslag U te vergroten en de injectie van dragers in de basislaag te verbeteren (de stroomoverdrachtscoëfficiënt neemt toe - Kt). De basislaag is licht gedoteerd om meer weerstand te bieden (R).

De overgang tussen de basis en de emitter is kleiner in oppervlakte dan de K-B. Door het verschil in gebieden treedt de verbetering van Kt op. Tijdens de werking van de PCB wordt de K-B-overgang ingeschakeld met een omgekeerde voorspanning om de hoofdfractie van de hoeveelheid warmte Q vrij te geven, die wordt afgevoerd en zorgt voor een betere koeling van het kristal.

De snelheid van BT hangt af van de dikte van de basislaag (BS). Deze afhankelijkheid is een waarde die in omgekeerde verhouding varieert. Met minder dikte - meer snelheid. Deze afhankelijkheid hangt samen met de vluchttijd van de vervoerders.Tegelijkertijd neemt het VK echter af.

Tussen de zender en K vloeit een sterke stroom, de stroom K (Ik) genoemd. Er vloeit een kleine stroom tussen E en B - stroom B (Ib), die wordt gebruikt voor de besturing. Als Ib verandert, verandert Ik.

De transistor heeft twee pn-overgangen: E-B en K-B. Wanneer de modus actief is, is E-B verbonden met een voorwaartse voorspanning en is CB verbonden met een omgekeerde voorspanning. Omdat de E-B-overgang zich in de open toestand bevindt, stromen er negatieve ladingen (elektronen) in de B. Daarna recombineren ze gedeeltelijk met gaten. De meeste elektronen bereiken echter K-B vanwege de lage legitimiteit en dikte van B.

In BS zijn elektronen kleine ladingsdragers en het elektromagnetische veld helpt hen de K-B-overgang te overwinnen. Met een toename van Ib zal de E-B-opening groter worden en zullen er meer elektronen tussen E en K lopen. In dit geval zal een significante versterking van het signaal met lage amplitude optreden, aangezien Ik groter is dan Ib.

Om de fysieke betekenis van de werking van een bipolaire transistor gemakkelijker te begrijpen, is het noodzakelijk om deze te associëren met een goed voorbeeld. Aangenomen moet worden dat de pomp voor het verpompen van water een krachtbron is, de waterkraan een transistor, water is Ik, de draaiingsgraad van de kraanhendel is Ib. Om de druk te verhogen, moet u de kraan iets draaien - om een ​​regelactie uit te voeren. Op basis van het voorbeeld kunnen we een eenvoudig werkingsprincipe van de software concluderen.

Met een significante toename van U bij de K-B-overgang kan echter impactionisatie optreden, wat resulteert in een lawineladingvermenigvuldiging.In combinatie met het tunneleffect geeft dit proces een elektrische, en met een toename van de tijd, een thermische doorslag, die de PP uitschakelt. Soms treedt thermische doorslag op zonder elektrische doorslag als gevolg van een aanzienlijke toename van de stroom door de collectoruitgang.

Bovendien, wanneer U verandert in K-B en E-B, verandert de dikte van deze lagen, als B dun is, treedt er een sluitingseffect op (het wordt ook een punctie B genoemd), waarin de overgangen K-B en E-B zijn verbonden. Als gevolg van dit fenomeen houdt de PP op zijn functies uit te voeren.

Bedrijfsmodi:

De bipolaire transistor kan in 4 modi werken:

1. Actief.
2. Afsluitingen (RO).
3. Verzadiging (PH).
4. Barrière (RB).

De actieve modus van BT is normaal (NAR) en invers (IAR).

Normale actieve modus

In deze modus stroomt U bij de E-B-junctie, die direct is en de E-B-spanning (Ue-b) wordt genoemd. De modus wordt als optimaal beschouwd en wordt in de meeste schema's gebruikt. Transitie E injecteert ladingen in het basisgebied, die naar de collector bewegen. De laatste versnelt het opladen, waardoor een boost-effect ontstaat.

Inverse actieve modus

In deze modus is de K-B-overgang open. De BT werkt in de tegenovergestelde richting, d.w.z. ladingsdragers met gaten worden geïnjecteerd vanuit K en gaan door de B. Ze worden verzameld door de overgang van E. De versterkingseigenschappen van de PP zijn zwak en BT's worden zelden gebruikt in deze modus.

Verzadigingsmodus

Bij PH zijn beide overgangen open. Wanneer E-B en K-B zijn verbonden met externe bronnen in voorwaartse richting, werkt de BT in het draagraket. Het diffusie-elektromagnetische veld van de E- en K-juncties wordt verzwakt door het elektrische veld, dat wordt gecreëerd door externe bronnen.Als gevolg hiervan zal er een afname zijn van het barrièrevermogen en een beperking van het diffuse vermogen van de hoofdladingsdragers. Het injecteren van gaten van E en K naar B begint. Deze modus wordt voornamelijk gebruikt in analoge technologie, maar in sommige gevallen kunnen er uitzonderingen zijn.

Afsnijmodus

In deze modus sluit de BT volledig en kan geen stroom geleiden. In het BT zijn er echter onbeduidende stromen van kleine ladingsdragers, die thermische stromen met kleine waarden creëren. Deze modus wordt gebruikt bij verschillende soorten beveiligingen tegen overbelasting en kortsluiting.

barrière regime

De BT-basis is via een weerstand verbonden met K. Een weerstand is opgenomen in het K- of E-circuit, dat de stroomwaarde (I) via de BT instelt. BR wordt vaak gebruikt in circuits, omdat het de BT in staat stelt om op elke frequentie en over een groter temperatuurbereik te werken.

Schakelschema's

Voor het juiste gebruik en aansluiting van BT's moet u hun classificatie en type kennen. Classificatie van bipolaire transistoren:

1. Productiemateriaal: germanium, silicium en arsenidogallium.
2. Productiekenmerken.
3. Gedissipeerd vermogen: laag vermogen (tot 0,25 W), gemiddeld (0,25-1,6 W), krachtig (meer dan 1,6 W).
4. Beperkende frequentie: lage frequentie (tot 2,7 MHz), middenfrequentie (2,7-32 MHz), hoge frequentie (32-310 MHz), magnetron (meer dan 310 MHz).
5. Functioneel doel.

Het functionele doel van BT is onderverdeeld in de volgende typen:

1. Versterking van laagfrequente met genormaliseerd en niet-genormaliseerd ruisgetal (NiNNKSh).
2. Hoge frequentie versterken met NiNNKSh.
3. Versterkende magnetron met NiNNKSh.
4. Versterkende krachtige hoogspanning.
5. Generator met hoge en ultrahoge frequenties.
6. Low-power en high-power hoogspanningsschakelapparaten.
7. Krachtig gepulseerd voor hoge U-waarden.

Daarnaast zijn er dergelijke soorten bipolaire transistors:

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

Er zijn 3 circuits voor het inschakelen van een bipolaire transistor, die elk hun eigen voor- en nadelen hebben:

1. Generaal B.
2. Generaal E.
3. Generaal K.

Inschakelen met een gemeenschappelijke basis (OB)

De schakeling wordt toegepast bij hoge frequenties, waardoor de frequentierespons optimaal kan worden benut. Bij het aansluiten van een BT volgens het schema met OE en vervolgens met OB, zal de werkfrequentie toenemen. Dit verbindingsschema wordt gebruikt in versterkers van het antennetype. Het geluidsniveau bij hoge frequenties wordt verminderd.

Voordelen:

1. Optimale temperaturen en breed frequentiebereik (f).
2. Hoge waarde VK.

Gebreken:

1. Laag krijg ik.
2. Lage ingang R.

Common-emitter-schakeling (CE)

Bij aansluiting volgens dit schema vindt versterking plaats in U en I. Het circuit kan worden gevoed vanuit een enkele bron. Vaak gebruikt in eindversterkers (P).

Voordelen:

1. Hoge winsten voor I, U, P.
2. Eén voeding.
3. De uitgangsvariabele U wordt omgekeerd ten opzichte van de ingang.

Het heeft belangrijke nadelen: de laagste temperatuurstabiliteit en frequentiekarakteristieken zijn slechter dan wanneer verbonden met OB.

Inschakelen met een gemeenschappelijke collector (OK)

De ingang U wordt volledig terug naar de ingang overgebracht en Ki is vergelijkbaar wanneer verbonden met een OE, maar is laag in U.

Dit type schakeling wordt gebruikt om cascades op transistors te matchen, of met een ingangssignaalbron met een hoge output R (microfoon of pickup van het condensatortype). De voordelen zijn onder meer: ​​een grote waarde van de input en een kleine output R.Het nadeel is de lage U-versterking.

Belangrijkste kenmerken van bipolaire transistors:

De belangrijkste kenmerken van BT:

1. ik win.
2. In- en uitgang R.
3. Omgekeerde Ik-e.
4. Inschakeltijd.
5. Zendfrequentie Ib.
6. Omgekeerd Ik.
7. Maximale I-waarde.

Toepassingen

Het gebruik van bipolaire transistors is wijdverbreid in alle gebieden van menselijke activiteit. De belangrijkste toepassing van het apparaat werd ontvangen in apparaten voor versterking, het genereren van elektrische signalen en dienen ook als een geschakeld element. Ze worden gebruikt in verschillende eindversterkers, in gewone en schakelende voedingen met de mogelijkheid om de waarden van U en I aan te passen, in computertechnologie.

Bovendien worden ze vaak gebruikt om verschillende consumentenbeschermingen te bouwen tegen overbelasting, U-pieken en kortsluiting. Ze worden veel gebruikt in de mijnbouw en de metallurgische industrie.

Vergelijkbare artikelen: