Användningen av halvledarenheter (SS) är utbredd inom radioelektronik. På grund av detta har dimensionerna på olika enheter minskat. Den bipolära transistorn har fått bred användning, på grund av vissa funktioner är dess funktionalitet bredare än en enkel fälteffekttransistor. För att förstå varför det behövs och under vilka förhållanden det används, är det nödvändigt att överväga dess funktionsprincip, anslutningsmetoder och klassificering.
Innehåll
Enhet och funktionsprincip
En transistor är en elektronisk halvledare som består av 3 elektroder, varav en är en kontroll. En transistor av bipolär typ skiljer sig från en polär i närvaro av 2 typer av laddningsbärare (negativa och positiva).
Negativa laddningar är elektroner som frigörs från det yttre skalet av kristallgittret. En positiv typ av laddning, eller hål, bildas i stället för den frigjorda elektronen.
Enheten för en bipolär transistor (BT) är ganska enkel, trots sin mångsidighet. Den består av 3 lager av ledande typ: emitter (E), bas (B) och kollektor (K).
En sändare (från latin "att släppa") är en typ av halvledarövergång vars huvudsakliga funktion är att injicera laddningar i basen. Samlaren (från latinets "samlare") används för att ta emot sändarens laddningar. Basen är kontrollelektroden.
Emitter- och kollektorskikten är nästan desamma, men skiljer sig i graden av tillsats av föroreningar för att förbättra PCB:s egenskaper. Tillsatsen av föroreningar kallas doping. För kollektorskiktet (CL) är dopning svagt uttryckt för att öka kollektorspänningen (Uk). Emitterhalvledarskiktet är kraftigt dopat för att öka den omvända tillåtna nedbrytningen U och förbättra insprutningen av bärare i basskiktet (strömöverföringskoefficienten ökar - Kt). Basskiktet är lätt dopat för att ge mer motstånd (R).
Övergången mellan basen och sändaren är mindre i area än K-B. På grund av skillnaden i områden uppstår förbättringen av Kt. Under driften av PCB:n slås K-B-övergången på med en omvänd förspänning för att frigöra huvuddelen av mängden värme Q, som försvinner och ger bättre kylning av kristallen.
Hastigheten för BT beror på tjockleken på basskiktet (BS). Detta beroende är ett värde som varierar i omvänd proportion. Med mindre tjocklek - mer hastighet. Detta beroende är relaterat till tidpunkten för flygning av avgiftsbärare.Men samtidigt minskar Storbritannien.
En stark ström flyter mellan sändaren och K, kallad strömmen K (Ik). En liten ström flyter mellan E och B - ström B (Ib), som används för styrning. När Ib ändrar sig ändras Ik.
Transistorn har två p-n-övergångar: E-B och K-B. När läget är aktivt är E-B ansluten med en framåtriktad förspänning, och CB är ansluten med en backförspänning. Eftersom E-B-övergången är i öppet tillstånd, flödar negativa laddningar (elektroner) in i B. Efter det rekombinerar de delvis med hål. Men de flesta av elektronerna når K-B på grund av den låga legitimiteten och tjockleken hos B.
I BS är elektroner mindre laddningsbärare, och det elektromagnetiska fältet hjälper dem att övervinna K-B-övergången. Med en ökning av Ib kommer E-B-öppningen att expandera och fler elektroner kommer att springa mellan E och K. I detta fall kommer en signifikant förstärkning av lågamplitudsignalen att inträffa, eftersom Ik är större än Ib.
För att lättare förstå den fysiska innebörden av driften av en transistor av bipolär typ, är det nödvändigt att associera den med ett bra exempel. Det måste antas att pumpen för att pumpa vatten är en kraftkälla, vattenkranen är en transistor, vatten är Ik, graden av rotation av kranhandtaget är Ib. För att öka trycket måste du vrida kranen något - för att utföra en kontrollåtgärd. Baserat på exemplet kan vi dra en enkel princip för hur programvaran fungerar.
Men med en signifikant ökning av U vid K-B-övergången kan stötjonisering inträffa, vilket resulterar i lavinladdningsmultiplikation.I kombination med tunneleffekten ger denna process ett elektriskt, och med en ökning av tiden, ett termiskt genombrott, vilket inaktiverar PP. Ibland uppstår termiskt genombrott utan elektriskt genombrott som ett resultat av en betydande ökning av strömmen genom kollektorutgången.
Dessutom, när U ändras till K-B och E-B, ändras tjockleken på dessa lager, om B är tunn, så uppstår en stängningseffekt (det kallas även punktering B), där övergångarna K-B och E-B är sammankopplade. Som ett resultat av detta fenomen upphör PP att utföra sina funktioner.
Driftlägen
Den bipolära transistorn kan fungera i 4 lägen:
- Aktiva.
- Cutoffs (RO).
- Mättnad (PH).
- Barriär (RB).
Det aktiva läget för BT är normalt (NAR) och inverst (IAR).
Normalt aktivt läge
I detta läge flödar U vid E-B-övergången, som är direkt och kallas E-B-spänningen (Ue-b). Läget anses vara optimalt och används i de flesta scheman. Övergång E injicerar laddningar i basområdet, som rör sig mot uppsamlaren. Den senare accelererar laddningarna, vilket skapar en boosteffekt.
Omvänt aktivt läge
I detta läge är K-B-övergången öppen. BT arbetar i motsatt riktning, d.v.s. hålladdningsbärare injiceras från K och passerar genom B. De samlas upp av E-övergången. Förstärkningsegenskaperna hos PP är svaga och BT:er används sällan i detta läge.
Mättnadsläge
På PH är båda övergångarna öppna. När E-B och K-B är anslutna till externa källor i riktning framåt kommer BT:n att arbeta i bärraketen. Det elektromagnetiska diffusionsfältet i E- och K-övergångarna försvagas av det elektriska fältet, som skapas av externa källor.Som ett resultat av detta blir det en minskning av barriärförmågan och en begränsning av huvudladdningsbärarnas diffusa förmåga. Insprutningen av hål från E och K till B påbörjas. Detta läge används främst inom analog teknik, men i vissa fall kan det finnas undantag.
Cutoff-läge
I detta läge stänger BT helt och kan inte leda ström. Men i BT finns det obetydliga flöden av mindre laddningsbärare, som skapar termiska strömmar med små värden. Detta läge används i olika typer av skydd mot överbelastning och kortslutning.
barriärregim
BT-basen är ansluten via ett motstånd till K. Ett motstånd ingår i K- eller E-kretsen, som ställer in strömvärdet (I) genom BT. BR används ofta i kretsar, eftersom det gör att BT kan arbeta vid vilken frekvens som helst och över ett större temperaturområde.
Byte av system
För korrekt användning och anslutning av BT:er måste du känna till deras klassificering och typ. Klassificering av bipolära transistorer:
- Produktionsmaterial: germanium, kisel och arsenidogallium.
- Tillverkningsfunktioner.
- Förbrukad effekt: låg effekt (upp till 0,25 W), medium (0,25-1,6 W), kraftfull (över 1,6 W).
- Begränsande frekvens: lågfrekvent (upp till 2,7 MHz), mellanfrekvens (2,7-32 MHz), högfrekvens (32-310 MHz), mikrovågsugn (mer än 310 MHz).
- Funktionellt syfte.
Det funktionella syftet med BT är indelat i följande typer:
- Förstärker lågfrekventa sådana med normaliserad och icke-normaliserad brussiffra (NiNNKSh).
- Förstärker hög frekvens med NiNNKSh.
- Förstärkande mikrovågsugn med NiNNKSh.
- Förstärker kraftfull högspänning.
- Generator med höga och ultrahöga frekvenser.
- Högspänningsomkopplare med låg effekt och hög effekt.
- Kraftfull pulsad för höga U-värden.
Dessutom finns det sådana typer av bipolära transistorer:
- P-n-p.
- N-p-n.
Det finns 3 kretsar för att slå på en bipolär transistor, som var och en har sina egna fördelar och nackdelar:
- General B.
- General E.
- General K.
Slå på med en gemensam bas (OB)
Kretsen appliceras vid höga frekvenser, vilket möjliggör optimal användning av frekvenssvaret. När du ansluter en BT enligt schemat med OE, och sedan med OB, kommer dess driftfrekvens att öka. Detta anslutningsschema används i förstärkare av antenntyp. Ljudnivån vid höga frekvenser reduceras.
Fördelar:
- Optimala temperaturer och brett frekvensområde (f).
- Högt värde Uk.
Brister:
- Lågt vinner jag.
- Låg ingång R.
Common-Emitter Switching (CE)
När den är ansluten enligt detta schema sker förstärkning i U och I. Kretsen kan drivas från en enda källa. Används ofta i effektförstärkare (P).
Fördelar:
- Höga vinster för I, U, P.
- En strömkälla.
- Utgångsvariabeln U inverteras i förhållande till ingången.
Det har betydande nackdelar: den lägsta temperaturstabiliteten och frekvensegenskaperna är sämre än när den är kopplad till OB.
Slå på med en gemensam samlare (OK)
Ingången U överförs helt tillbaka till ingången, och Ki är liknande när den är ansluten till en OE, men den är låg i U.
Denna typ av omkoppling används för att matcha kaskader gjorda på transistorer, eller med en insignalkälla som har en hög utgång R (mikrofon eller pickup av kondensortyp). Fördelarna inkluderar följande: ett stort värde på ingången och en liten utgång R.Nackdelen är den låga U-förstärkningen.
Huvudegenskaper hos bipolära transistorer
De viktigaste egenskaperna hos BT:
- Jag tjänar.
- Ingång och utgång R.
- Omvänd Ik-e.
- Påslagningstid.
- Sändningsfrekvens Ib.
- Omvänd Ik.
- Högsta I värde.
Ansökningar
Användningen av bipolära transistorer är utbredd inom alla områden av mänsklig aktivitet. Huvudapplikationen av enheten togs emot i enheter för förstärkning, generering av elektriska signaler och fungerar också som ett switchat element. De används i olika effektförstärkare, i vanliga och växlande strömförsörjningar med möjlighet att justera värdena på U och I, inom datorteknik.
Dessutom används de ofta för att bygga olika konsumentskydd mot överbelastningar, U-spänningar och kortslutningar. De används ofta inom gruv- och metallurgisk industri.
Liknande artiklar:
