Kas yra dvipolis tranzistorius ir kokios perjungimo grandinės egzistuoja

Puslaidininkinių įtaisų (SS) naudojimas yra plačiai paplitęs radijo elektronikoje. Dėl to sumažėjo įvairių įrenginių matmenys. Dvipolis tranzistorius buvo plačiai pritaikytas, dėl kai kurių savybių jo funkcionalumas yra platesnis nei paprasto lauko tranzistoriaus. Norint suprasti, kodėl jis reikalingas ir kokiomis sąlygomis jis naudojamas, būtina atsižvelgti į jo veikimo principą, prijungimo būdus ir klasifikaciją.

Įrenginys ir veikimo principas

Tranzistorius yra elektroninis puslaidininkis, susidedantis iš 3 elektrodų, iš kurių vienas yra valdymo. Dvipolio tipo tranzistorius nuo polinio skiriasi tuo, kad yra 2 tipų krūvininkų (neigiamų ir teigiamų).

Neigiami krūviai yra elektronai, kurie išsiskiria iš išorinio kristalinės gardelės apvalkalo. Vietoje išlaisvinto elektrono susidaro teigiamas krūvis arba skylės.

Dvipolio tranzistoriaus (BT) įtaisas yra gana paprastas, nepaisant jo universalumo. Jis susideda iš 3 laidžiojo tipo sluoksnių: emiterio (E), pagrindo (B) ir kolektoriaus (K).

Emiteris (iš lotynų kalbos „išleisti“) yra puslaidininkių jungties tipas, kurio pagrindinė funkcija yra įleisti krūvius į pagrindą. Kolektorius (iš lotynų kalbos „kolektorius“) naudojamas emiterio įkrovoms priimti. Pagrindas yra valdymo elektrodas.

Emiterio ir kolektoriaus sluoksniai yra beveik vienodi, tačiau skiriasi priemaišų pridėjimo laipsnis, siekiant pagerinti PCB charakteristikas. Priemaišų pridėjimas vadinamas dopingu. Kolektoriaus sluoksniui (CL) dopingas yra silpnai išreikštas, kad padidėtų kolektoriaus įtampa (Uk). Emiterinis puslaidininkinis sluoksnis yra stipriai legiruotas, siekiant padidinti atvirkštinį leistiną skilimą U ir pagerinti nešėjų įpurškimą į pagrindinį sluoksnį (padidėja srovės perdavimo koeficientas - Kt). Pagrindinis sluoksnis yra lengvai legiruotas, kad būtų didesnis atsparumas (R).

Perėjimas tarp pagrindo ir emiterio yra mažesnio ploto nei K-B. Dėl sričių skirtumo atsiranda Kt pagerėjimas. PCB veikimo metu K-B perėjimas įjungiamas su atvirkštiniu poslinkiu, kad būtų išleista pagrindinė šilumos kiekio Q dalis, kuri išsisklaido ir užtikrina geresnį kristalo aušinimą.

BT greitis priklauso nuo pagrindo sluoksnio (BS) storio. Ši priklausomybė yra vertė, kuri kinta atvirkščiai. Su mažesniu storiu - didesnis greitis. Ši priklausomybė susijusi su krūvininkų skrydžio laiku.Tačiau tuo pat metu Uk mažėja.

Tarp emiterio ir K teka stipri srovė, vadinama srove K (Ik). Tarp E ir B teka nedidelė srovė – srovė B (Ib), kuri naudojama valdymui. Kai keičiasi Ib, keičiasi ir Ik.

Tranzistorius turi dvi p-n jungtis: E-B ir K-B. Kai režimas aktyvus, E-B yra prijungtas prie į priekį tipo poslinkio, o CB - su atvirkštiniu poslinkiu. Kadangi E-B perėjimas yra atviroje būsenoje, neigiami krūviai (elektronai) patenka į B. Po to jie iš dalies rekombinuojasi su skylutėmis. Tačiau dauguma elektronų pasiekia K-B dėl mažo B teisėtumo ir storio.

BS elektronai yra nedideli krūvininkai, o elektromagnetinis laukas padeda jiems įveikti K-B perėjimą. Padidėjus Ib, E-B anga išsiplės ir daugiau elektronų bėgs tarp E ir K. Tokiu atveju įvyks reikšmingas mažos amplitudės signalo sustiprinimas, nes Ik yra didesnis nei Ib.

Norint lengviau suprasti fizinę dvipolio tipo tranzistoriaus veikimo prasmę, būtina jį susieti su geru pavyzdžiu. Reikia manyti, kad vandens siurbimo siurblys yra maitinimo šaltinis, vandens čiaupas yra tranzistorius, vanduo yra Ik, čiaupo rankenos sukimosi laipsnis yra Ib. Norint padidinti slėgį, reikia šiek tiek pasukti čiaupą – atlikti valdymo veiksmą. Remdamiesi pavyzdžiu, galime padaryti išvadą apie paprastą programinės įrangos veikimo principą.

Tačiau žymiai padidėjus U K-B perėjimui, gali įvykti smūginė jonizacija, o tai lemia lavinos krūvio dauginimąsi.Kartu su tunelio efektu šis procesas sukelia elektrinį gedimą, o ilgėjant – terminį gedimą, kuris išjungia PP. Kartais terminis gedimas įvyksta be elektros gedimo, nes smarkiai padidėja srovė per kolektoriaus išėjimą.

Be to, U pasikeitus į K-B ir E-B, keičiasi šių sluoksnių storis, jei B yra plonas, tada atsiranda uždarymo efektas (dar vadinamas punkcija B), kuriame susijungia perėjimai K-B ir E-B. Dėl šio reiškinio PP nustoja atlikti savo funkcijas.

Veikimo režimai

Dvipolio tipo tranzistorius gali veikti 4 režimais:

1. Aktyvus.
2. Ribos (RO).
3. Sodrumas (PH).
4. Barjeras (RB).

Aktyvus BT režimas yra normalus (NAR) ir atvirkštinis (IAR).

Įprastas aktyvus režimas

Šiuo režimu U teka E-B sandūroje, kuri yra tiesioginė ir vadinama E-B įtampa (Ue-b). Režimas laikomas optimaliu ir naudojamas daugelyje schemų. Perėjimas E į bazinę sritį įleidžia krūvius, kurie juda link kolektoriaus. Pastarasis pagreitina įkrovimą, sukurdamas padidinimo efektą.

Atvirkštinis aktyvus režimas

Šiuo režimu K-B perėjimas yra atidarytas. BT veikia priešinga kryptimi, t.y. skylių krūvininkai įpurškiami iš K, eidami per B. Jie surenkami pereinant E. PP stiprinimo savybės yra silpnos, o BT šiuo režimu naudojami retai.

Sodrumo režimas

Esant PH, abu perėjimai yra atviri. Kai E-B ir K-B yra prijungti prie išorinių šaltinių pirmyn, BT veiks nešančiąjoje raketoje. E ir K sandūrų difuzinį elektromagnetinį lauką susilpnina elektrinis laukas, kurį sukuria išoriniai šaltiniai.Dėl to sumažės pagrindinių krūvininkų barjerinis gebėjimas ir bus apribotas difuzinis gebėjimas. Prasidės skylių įpurškimas iš E ir K į B. Šis režimas daugiausia naudojamas analoginėse technologijose, tačiau kai kuriais atvejais gali būti išimčių.

Atjungimo režimas

Šiuo režimu BT visiškai užsidaro ir negali pravesti srovės. Tačiau BT yra nereikšmingi nedidelių krūvininkų srautai, kurie sukuria mažos vertės šilumines sroves. Šis režimas naudojamas įvairių tipų apsaugai nuo perkrovų ir trumpųjų jungimų.

barjerinis režimas

BT bazė yra prijungta per rezistorių prie K. Rezistorius yra įtrauktas į K arba E grandinę, kuri nustato srovės vertę (I) per BT. BR dažnai naudojamas grandinėse, nes leidžia BT veikti bet kokiu dažniu ir didesniame temperatūrų diapazone.

Perjungimo schemos

Norėdami teisingai naudoti ir prijungti BT, turite žinoti jų klasifikaciją ir tipą. Bipolinių tranzistorių klasifikacija:

1. Gamybos medžiaga: germanis, silicis ir arsenidogalis.
2. Gamybos ypatybės.
3. Išsklaidyta galia: mažos galios (iki 0,25 W), vidutinė (0,25-1,6 W), galinga (virš 1,6 W).
4. Ribinis dažnis: žemo dažnio (iki 2,7 MHz), vidutinio dažnio (2,7-32 MHz), aukšto dažnio (32-310 MHz), mikrobangų (daugiau nei 310 MHz).
5. Funkcinis tikslas.

Funkcinė BT paskirtis skirstoma į šiuos tipus:

1. Stiprinamieji žemo dažnio su normalizuotu ir nenormalizuotu triukšmo rodikliu (NiNNKSh).
2. Aukšto dažnio stiprinimas naudojant NiNNKSh.
3. Stiprinanti mikrobangų krosnelė su NiNNKSh.
4. Stiprinanti galinga aukštos įtampos.
5. Generatorius su aukštais ir itin aukštais dažniais.
6. Mažos galios ir didelės galios aukštos įtampos perjungimo įrenginiai.
7. Galingas impulsas, užtikrinantis aukštas U vertes.

Be to, yra tokių bipolinių tranzistorių tipų:

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

Yra 3 dvipolio tranzistoriaus įjungimo grandinės, kurių kiekviena turi savo privalumų ir trūkumų:

1. Generolas B.
2. Generolas E.
3. Generolas K.

Įjungimas naudojant bendrą bazę (OB)

Grandinė taikoma aukštiems dažniams, todėl galima optimaliai išnaudoti dažnio atsaką. Jungiant vieną BT pagal schemą su OE, o paskui su OB, jo veikimo dažnis padidės. Ši prijungimo schema naudojama antenos tipo stiprintuvuose. Sumažėja aukštų dažnių triukšmo lygis.

Privalumai:

1. Optimali temperatūra ir platus dažnių diapazonas (f).
2. Didelės vertės JK.

Trūkumai:

1. Mažai aš gaunu.
2. Žema įvestis R.

Bendrojo emiterio perjungimas (CE)

Sujungus pagal šią schemą, stiprinimas vyksta U ir I. Grandinė gali būti maitinama iš vieno šaltinio. Dažnai naudojamas galios stiprintuvuose (P).

Privalumai:

1. Didelis I, U, P pelnas.
2. Vienas maitinimo blokas.
3. Išvesties kintamasis U yra apverstas įvesties atžvilgiu.

Jis turi didelių trūkumų: žemiausios temperatūros stabilumas ir dažnio charakteristikos yra prastesnės nei prijungus prie OB.

Įjungimas naudojant bendrą kolektorių (gerai)

Įvestis U visiškai perkeliama atgal į įvestį, o Ki yra panašus, kai prijungtas prie OE, tačiau U yra mažas.

Šis perjungimo tipas naudojamas suderinti kaskadas, pagamintas ant tranzistorių arba su įvesties signalo šaltiniu, turinčiu didelę išėjimo R (kondensatoriaus tipo mikrofoną arba pikapas). Privalumai yra šie: didelė įvesties vertė ir maža išvestis R.Trūkumas yra mažas U padidėjimas.

Pagrindinės bipolinių tranzistorių charakteristikos

Pagrindinės BT savybės:

1. Aš įgyju.
2. Įvestis ir išvestis R.
3. Atvirkštinis Ik-e.
4. Įjungimo laikas.
5. Perdavimo dažnis Ib.
6. Atvirkštinis Ik.
7. Didžiausia I vertė.

Programos

Dvipolių tranzistorių naudojimas plačiai paplitęs visose žmogaus veiklos srityse. Pagrindinis prietaiso pritaikymas buvo gautas įrenginiuose, skirtuose stiprinti, generuoti elektrinius signalus, taip pat tarnauti kaip perjungiamas elementas. Jie naudojami įvairiuose galios stiprintuvuose, įprastuose ir perjungiamuose maitinimo šaltiniuose su galimybe reguliuoti U ir I reikšmes kompiuterinėse technologijose.

Be to, jie dažnai naudojami kuriant įvairią vartotojų apsaugą nuo perkrovų, U viršįtampių ir trumpųjų jungimų. Jie plačiai naudojami kasybos ir metalurgijos pramonėje.

Panašūs straipsniai: