Penjelasan yang diperlukan telah diberikan, mari kita ke intinya.

Transistor. Definisi dan sejarah

Transistor- peranti semikonduktor elektronik di mana arus dalam litar dua elektrod dikawal oleh elektrod ketiga. (transistor.ru)

Transistor kesan medan adalah yang pertama dicipta (1928), dan transistor bipolar muncul pada tahun 1947 di Bell Labs. Dan ia, tanpa keterlaluan, revolusi dalam elektronik.

Sangat cepat, transistor menggantikan tiub vakum dalam pelbagai peranti elektronik. Dalam hal ini, kebolehpercayaan peranti sedemikian telah meningkat dan saiznya telah menurun dengan ketara. Dan sehingga hari ini, tidak kira betapa "canggih" litar mikro itu, ia masih mengandungi banyak transistor (serta diod, kapasitor, perintang, dll.). Hanya yang sangat kecil.

Dengan cara ini, pada mulanya "transistor" adalah perintang yang rintangannya boleh diubah menggunakan jumlah voltan yang digunakan. Jika kita mengabaikan fizik proses, maka transistor moden juga boleh diwakili sebagai rintangan yang bergantung kepada isyarat yang dibekalkan kepadanya.

Apakah perbezaan antara transistor kesan medan dan bipolar? Jawapannya terletak pada nama mereka sendiri. Dalam transistor bipolar, pemindahan cas melibatkan Dan elektron, Dan lubang ("encore" - dua kali). Dan di lapangan (aka unipolar) - atau elektron, atau lubang-lubang.

Juga, jenis transistor ini berbeza dalam kawasan aplikasi. Bipolar digunakan terutamanya dalam teknologi analog, dan bidang - dalam teknologi digital.

Dan akhirnya: kawasan utama aplikasi mana-mana transistor- pengukuhan isyarat yang lemah disebabkan oleh sumber kuasa tambahan.

Transistor bipolar. Prinsip operasi. Ciri-ciri utama

Transistor bipolar terdiri daripada tiga kawasan: pemancar, asas dan pengumpul, setiap satunya dibekalkan dengan voltan. Bergantung pada jenis kekonduksian kawasan ini, transistor n-p-n dan p-n-p dibezakan. Biasanya kawasan pengumpul lebih luas daripada kawasan pemancar. Tapaknya diperbuat daripada semikonduktor dop ringan (itu sebabnya ia mempunyai rintangan yang tinggi) dan dibuat sangat nipis. Oleh kerana kawasan sentuhan asas pemancar adalah lebih kecil daripada kawasan sentuhan pengumpul asas, adalah mustahil untuk menukar pemancar dan pengumpul dengan menukar kekutuban sambungan. Oleh itu, transistor adalah peranti tidak simetri.

Sebelum mempertimbangkan fizik bagaimana transistor beroperasi, mari kita gariskan masalah umum.


Ia adalah seperti berikut: arus kuat mengalir antara pemancar dan pengumpul ( arus pengumpul), dan antara pemancar dan pangkalan terdapat arus kawalan yang lemah ( arus asas). Arus pengumpul akan berubah bergantung kepada perubahan arus tapak. kenapa?
Mari kita pertimbangkan persimpangan p-n transistor. Terdapat dua daripadanya: asas pemancar (EB) dan pengumpul asas (BC). Dalam mod operasi aktif transistor, yang pertama disambungkan dengan pincang ke hadapan, dan yang kedua dengan pincang terbalik. Apakah yang berlaku di persimpangan p-n? Untuk kepastian yang lebih besar, kami akan mempertimbangkan transistor n-p-n. Untuk p-n-p semuanya serupa, hanya perkataan "elektron" perlu digantikan dengan "lubang".

Oleh kerana simpang EB terbuka, elektron dengan mudah "berlari" ke tapak. Di sana mereka sebahagiannya bergabung semula dengan lubang, tetapi O Kebanyakan daripada mereka, disebabkan oleh ketebalan asas yang kecil dan doping yang rendah, berjaya mencapai peralihan pengumpul asas. Yang, seperti yang kita ingat, adalah bias songsang. Dan kerana elektron dalam pangkalan adalah pembawa cas minoriti, medan elektrik peralihan membantu mereka mengatasinya. Oleh itu, arus pengumpul hanya kurang sedikit daripada arus pemancar. Sekarang perhatikan tangan anda. Jika anda meningkatkan arus asas, simpang EB akan terbuka dengan lebih kuat, dan lebih banyak elektron akan dapat tergelincir antara pemancar dan pengumpul. Dan kerana arus pengumpul pada mulanya lebih besar daripada arus asas, perubahan ini akan menjadi sangat, sangat ketara. Oleh itu, isyarat lemah yang diterima di pangkalan akan dikuatkan. Sekali lagi, perubahan besar dalam arus pengumpul adalah pantulan berkadar perubahan kecil dalam arus asas.

Saya masih ingat bahawa prinsip operasi transistor bipolar telah dijelaskan kepada rakan sekelas saya menggunakan contoh paip air. Air di dalamnya adalah arus pengumpul, dan arus kawalan asas ialah berapa banyak kita memutar tombol. Daya kecil (tindakan kawalan) sudah cukup untuk meningkatkan aliran air dari paip.

Sebagai tambahan kepada proses yang dipertimbangkan, beberapa fenomena lain boleh berlaku pada persimpangan p-n transistor. Contohnya, dengan peningkatan voltan yang kuat di persimpangan pengumpul asas, pendaraban cas salji mungkin bermula disebabkan pengionan hentaman. Dan ditambah pula dengan kesan terowong, ini akan memberikan pertama kerosakan elektrik, dan kemudian (dengan peningkatan arus) kerosakan haba. Walau bagaimanapun, kerosakan haba dalam transistor boleh berlaku tanpa kerosakan elektrik (iaitu, tanpa meningkatkan voltan pengumpul kepada voltan pecah). Satu arus yang berlebihan melalui pengumpul akan mencukupi untuk ini.

Fenomena lain adalah disebabkan oleh fakta bahawa apabila voltan pada persimpangan pengumpul dan pemancar berubah, ketebalannya berubah. Dan jika pangkalannya terlalu nipis, maka kesan penutupan mungkin berlaku (yang dipanggil "tusukan" pangkalan) - sambungan antara persimpangan pengumpul dan persimpangan pemancar. Dalam kes ini, kawasan asas hilang dan transistor berhenti berfungsi seperti biasa.

Arus pengumpul transistor dalam mod aktif biasa operasi transistor adalah lebih besar daripada arus asas dengan beberapa kali tertentu. Nombor ini dipanggil keuntungan semasa dan merupakan salah satu parameter utama transistor. Ia ditetapkan h21. Jika transistor dihidupkan tanpa beban pada pengumpul, maka pada voltan pengumpul-pemancar malar nisbah arus pengumpul kepada arus asas akan memberikan keuntungan arus statik. Ia boleh bersamaan dengan puluhan atau beratus-ratus unit, tetapi perlu dipertimbangkan fakta bahawa dalam litar sebenar pekali ini lebih kecil disebabkan oleh fakta bahawa apabila beban dihidupkan, arus pengumpul secara semula jadi berkurangan.

Parameter penting kedua ialah rintangan input transistor. Mengikut undang-undang Ohm, ia adalah nisbah voltan antara tapak dan pemancar kepada arus kawalan tapak. Semakin besar ia, semakin rendah arus asas dan semakin tinggi keuntungan.

Parameter ketiga transistor bipolar ialah keuntungan voltan. Ia sama dengan nisbah amplitud atau nilai berkesan output (pengumpul pemancar) dan input (pemancar asas) voltan berselang-seli. Oleh kerana nilai pertama biasanya sangat besar (unit dan puluhan volt), dan yang kedua adalah sangat kecil (persepuluh volt), pekali ini boleh mencapai puluhan ribu unit. Perlu diingat bahawa setiap isyarat kawalan asas mempunyai keuntungan voltan sendiri.

Transistor juga ada tindak balas frekuensi, yang mencirikan keupayaan transistor untuk menguatkan isyarat yang frekuensinya menghampiri frekuensi penguatan cut-off. Hakikatnya ialah apabila kekerapan isyarat input meningkat, keuntungan berkurangan. Ini disebabkan oleh fakta bahawa masa berlakunya proses fizikal utama (masa pergerakan pembawa dari pemancar ke pengumpul, caj dan pelepasan persimpangan halangan kapasitif) menjadi sepadan dengan tempoh perubahan isyarat input . Itu. transistor hanya tidak mempunyai masa untuk bertindak balas terhadap perubahan dalam isyarat input dan pada satu ketika hanya berhenti menguatkannya. Kekerapan perkara ini berlaku dipanggil sempadan.

Juga, parameter transistor bipolar ialah:

• pengumpul-pemancar arus terbalik
• tepat pada masanya
• arus pengumpul terbalik
• arus maksimum yang dibenarkan

Simbol untuk transistor n-p-n dan p-n-p berbeza hanya dalam arah anak panah yang menunjukkan pemancar. Ia menunjukkan bagaimana arus mengalir dalam transistor tertentu.

Mod pengendalian transistor bipolar

Pilihan yang dibincangkan di atas mewakili mod aktif biasa operasi transistor. Walau bagaimanapun, terdapat beberapa lagi kombinasi persimpangan p-n terbuka/tertutup, setiap satunya mewakili mod operasi transistor yang berasingan.

1. Mod aktif songsang. Di sini peralihan BC terbuka, tetapi sebaliknya, EB ditutup. Sifat penguatan dalam mod ini, sudah tentu, adalah lebih teruk daripada sebelumnya, jadi transistor digunakan sangat jarang dalam mod ini.
2. Mod ketepuan. Kedua-dua lintasan terbuka. Oleh itu, pembawa caj utama pengumpul dan pemancar "berlari" ke pangkalan, di mana mereka secara aktif bergabung semula dengan pembawa utamanya. Disebabkan lebihan pembawa cas yang terhasil, rintangan asas dan persimpangan p-n berkurangan. Oleh itu, litar yang mengandungi transistor dalam mod tepu boleh dianggap sebagai litar pintas, dan elemen radio ini sendiri boleh diwakili sebagai titik ekuipotensi.
3. Mod pemotongan. Kedua-dua peralihan transistor ditutup, i.e. arus pembawa cas utama antara pemancar dan pengumpul berhenti. Aliran pembawa caj minoriti hanya mencipta arus peralihan terma yang kecil dan tidak terkawal. Disebabkan oleh kemiskinan pangkalan dan peralihan dengan pembawa caj, rintangan mereka meningkat dengan ketara. Oleh itu, selalunya dipercayai bahawa transistor yang beroperasi dalam mod cutoff mewakili litar terbuka.
4. Mod penghalang Dalam mod ini, pangkalan secara langsung atau melalui rintangan rendah yang disambungkan kepada pengumpul. Perintang juga termasuk dalam litar pengumpul atau pemancar, yang menetapkan arus melalui transistor. Ini mencipta persamaan litar diod dengan perintang secara bersiri. Mod ini sangat berguna, kerana ia membolehkan litar beroperasi pada hampir mana-mana frekuensi, pada julat suhu yang luas dan tidak menuntut parameter transistor.

Menukar litar untuk transistor bipolar

Oleh kerana transistor mempunyai tiga kenalan, secara amnya, kuasa mesti dibekalkan kepadanya dari dua sumber, yang bersama-sama menghasilkan empat output. Oleh itu, salah satu daripada kenalan transistor perlu dibekalkan dengan voltan tanda yang sama dari kedua-dua sumber. Dan bergantung pada jenis hubungannya, terdapat tiga litar untuk menyambungkan transistor bipolar: dengan pemancar sepunya (CE), pengumpul sepunya (OC) dan tapak sepunya (CB). Setiap daripada mereka mempunyai kelebihan dan kekurangan. Pilihan antara mereka dibuat bergantung pada parameter mana yang penting kepada kami dan yang boleh dikorbankan.

Litar sambungan dengan pemancar sepunya

Litar ini memberikan keuntungan terbesar dalam voltan dan arus (dan seterusnya dalam kuasa - sehingga puluhan ribu unit), dan oleh itu adalah yang paling biasa. Di sini simpang pangkalan pemancar dihidupkan terus, dan simpang pengumpul asas dihidupkan secara terbalik. Dan kerana kedua-dua pangkalan dan pengumpul dibekalkan dengan voltan dengan tanda yang sama, litar boleh dikuasakan dari satu sumber. Dalam litar ini, fasa voltan AC keluaran berubah berbanding fasa voltan AC input sebanyak 180 darjah.

Tetapi sebagai tambahan kepada semua kebaikan, skim OE juga mempunyai kelemahan yang ketara. Ia terletak pada hakikat bahawa peningkatan dalam kekerapan dan suhu membawa kepada kemerosotan yang ketara dalam sifat penguatan transistor. Oleh itu, jika transistor mesti beroperasi pada frekuensi tinggi, maka lebih baik menggunakan litar pensuisan yang berbeza. Sebagai contoh, dengan asas yang sama.

Gambar rajah sambungan dengan tapak sepunya

Litar ini tidak memberikan penguatan isyarat yang ketara, tetapi bagus pada frekuensi tinggi, kerana ia membolehkan penggunaan lebih penuh tindak balas frekuensi transistor. Jika transistor yang sama disambungkan terlebih dahulu mengikut litar dengan pemancar biasa, dan kemudian dengan asas yang sama, maka dalam kes kedua akan ada peningkatan yang ketara dalam kekerapan pemotongan penguatannya. Oleh kerana dengan sambungan sedemikian, impedans input adalah rendah dan impedans keluaran tidak terlalu tinggi, peringkat transistor yang dipasang mengikut litar OB digunakan dalam penguat antena, di mana impedans ciri kabel biasanya tidak melebihi 100 Ohm.

Dalam litar asas biasa, fasa isyarat tidak terbalik, dan tahap hingar pada frekuensi tinggi dikurangkan. Tetapi, seperti yang telah disebutkan, keuntungan semasanya sentiasa kurang sedikit daripada perpaduan. Benar, keuntungan voltan di sini adalah sama seperti dalam litar dengan pemancar biasa. Kelemahan litar asas biasa juga termasuk keperluan untuk menggunakan dua bekalan kuasa.

Gambar rajah sambungan dengan pengumpul biasa

Keistimewaan litar ini ialah voltan input dihantar sepenuhnya kembali ke input, iaitu maklum balas negatif sangat kuat.

Biar saya ingatkan anda bahawa maklum balas negatif ialah maklum balas sedemikian di mana isyarat keluaran disalurkan semula kepada input, dengan itu mengurangkan tahap isyarat input. Oleh itu, pelarasan automatik berlaku apabila parameter isyarat input berubah secara tidak sengaja

Keuntungan semasa hampir sama seperti dalam litar pemancar biasa. Tetapi keuntungan voltan adalah kecil (kelemahan utama litar ini). Ia menghampiri perpaduan, tetapi sentiasa kurang daripadanya. Oleh itu, keuntungan kuasa adalah sama dengan hanya beberapa puluh unit.

Dalam litar pengumpul biasa, tiada anjakan fasa antara voltan input dan output. Memandangkan keuntungan voltan adalah hampir kepada perpaduan, voltan keluaran sepadan dengan voltan masukan dalam fasa dan amplitud, iaitu, mengulanginya. Itulah sebabnya litar sedemikian dipanggil pengikut pemancar. Pemancar - kerana voltan keluaran dikeluarkan daripada pemancar berbanding wayar biasa.

Sambungan ini digunakan untuk memadankan peringkat transistor atau apabila sumber isyarat input mempunyai galangan input yang tinggi (contohnya, pikap piezoelektrik atau mikrofon pemeluwap).

Dua perkataan tentang lata

Ia berlaku bahawa anda perlu meningkatkan kuasa keluaran (iaitu meningkatkan arus pengumpul). Dalam kes ini, sambungan selari bilangan transistor yang diperlukan digunakan.

Sememangnya, mereka sepatutnya mempunyai ciri yang lebih kurang sama. Tetapi harus diingat bahawa jumlah arus pengumpul maksimum tidak boleh melebihi 1.6-1.7 daripada arus pengumpul maksimum mana-mana transistor lata.
Walau bagaimanapun (terima kasih atas nota), tidak disyorkan untuk melakukan ini dalam kes transistor bipolar. Kerana dua transistor, walaupun daripada jenis yang sama, sekurang-kurangnya sedikit berbeza antara satu sama lain. Sehubungan itu, apabila disambung secara selari, arus yang berbeza magnitud akan mengalir melaluinya. Untuk menyamakan arus ini, perintang seimbang dipasang dalam litar pemancar transistor. Nilai rintangan mereka dikira supaya penurunan voltan merentasi mereka dalam julat arus operasi adalah sekurang-kurangnya 0.7 V. Jelas bahawa ini membawa kepada kemerosotan ketara dalam kecekapan litar.

Mungkin juga terdapat keperluan untuk transistor dengan kepekaan yang baik dan pada masa yang sama keuntungan yang baik. Dalam kes sedemikian, lata transistor sensitif tetapi berkuasa rendah (VT1 dalam rajah) digunakan, yang mengawal bekalan kuasa rakan yang lebih berkuasa (VT2 dalam rajah).

Aplikasi lain transistor bipolar

Transistor boleh digunakan bukan sahaja dalam litar penguatan isyarat. Sebagai contoh, disebabkan oleh fakta bahawa ia boleh beroperasi dalam mod tepu dan potong, ia digunakan sebagai kunci elektronik. Ia juga mungkin menggunakan transistor dalam litar penjana isyarat. Jika ia beroperasi dalam mod kunci, maka isyarat segi empat tepat akan dihasilkan, dan jika dalam mod penguatan, maka isyarat bentuk sewenang-wenangnya, bergantung pada tindakan kawalan.

Menanda

Memandangkan artikel itu telah berkembang menjadi jumlah yang tidak senonoh besar, pada ketika ini saya hanya akan memberikan dua pautan yang baik, yang menerangkan secara terperinci sistem penandaan utama untuk peranti semikonduktor (termasuk transistor): http://kazus.ru/guide/transistors /mark_all .html dan fail .xls (35 kb).

Komen yang berguna:
http://habrahabr.ru/blogs/easyelectronics/133136/#comment_4419173

Tag:

• transistor
• transistor bipolar
• elektronik

Tambah tag

Pada peringkat masa tertentu, tiub vakum yang biasa digantikan oleh transistor. Dan ini tidak menghairankan, kerana mereka jauh lebih kecil, lebih dipercayai dan menggunakan lebih sedikit tenaga. Sebilangan besar aspek positif telah membawa kepada fakta bahawa hari ini transistor bipolar adalah elemen utama hampir semua litar penguat.

Komponen peranti

Transistor bipolar berpecah kepada tiga bahagian utama:

1. Pemancar adalah salah satu lapisan semikonduktor; tugasnya adalah untuk menyuntik pembawa cas ke dalam pangkalan (lapisannya).
2. Pangkalan adalah salah satu lapisan semikonduktor dan dianggap sebagai yang utama dalam transistor.
3. Pengumpul ialah lapisan semikonduktor yang tugasnya adalah untuk mengumpul semua cas yang telah melalui tapak.

Biasanya, kawasan pemancar lebih sempit sedikit daripada kawasan pengumpul. Oleh kerana tapaknya diperbuat daripada semikonduktor doped ringan, ia sangat nipis. Akibat fakta bahawa kawasan sentuhan antara pemancar dan pangkalan jauh lebih sempit daripada antara pangkalan dan pengumpul, adalah mustahil untuk menggantikan pengumpul dan pemancar, walaupun dengan keinginan yang kuat. Keadaan ini membawa kepada fakta bahawa transistor bipolar dianggap sebagai peranti di mana tiada simetri.

Transistor bipolar - prinsip operasi

Prinsip operasi transistor bipolar dibentangkan di bawah.

Apabila transistor dihidupkan dalam mod penguatan, simpang pemancar terbuka dan simpang pengumpul ditutup. Ini berlaku akibat penyambungan bekalan kuasa.

Disebabkan oleh fakta bahawa persimpangan pemancar berada dalam kedudukan terbuka, peralihan arus pemancar, ia terbentuk hasil daripada peralihan lubang dari lapisan asas transistor kepada pemancar dan peralihan elektron yang serupa dari pemancar ke lapisan asas.

Akibatnya, arus pemancar terdiri daripada dua bahagian utama - lubang dan elektron.

Untuk menentukan nisbah suntikan, anda perlu memahami tahap kecekapan pemancar.

Suntikan cas ialah pergerakan unsur yang mengandungi cas dari zon di mana ia memainkan peranan utama ke zon di mana ia menjadi kecil.

Dalam lapisan asas transistor berlaku penggabungan semula elektron, dan kepekatannya diisi semula kerana penambahan sumber EG. Akibatnya, litar elektrik lapisan asas transistor bipolar mengandungi arus yang agak lemah.

Dan elektron-elektron yang tidak mempunyai masa untuk menyerah kepada proses penggabungan semula dalam lapisan asas bergerak ke dalamnya dengan bantuan kesan pecutan persimpangan pengumpul tertutup, dan arus pengumpul terbentuk. Akibatnya, pengekstrakan cas elektrik diperhatikan (peralihan unsur yang mengandungi cas dari zon di mana ia memainkan peranan sekunder kepada zon di mana ia memainkan peranan utama).

Itulah keseluruhan prinsip operasi transistor bipolar.

Mod pengendalian peranti

Pada masa ini Mod berikut dibezakan operasi transistor bipolar:

Menukar litar untuk transistor bipolar

Oleh kerana transistor mempunyai tiga kenalan, kuasa mesti dibekalkan kepadanya daripada 2 sumber, jumlahnya membentuk empat keluaran. Tindakan ini membawa kepada fakta bahawa salah satu kenalan peranti dibekalkan dengan voltan tanda yang sama dari sumber yang berbeza.

Dengan mengambil kira kenalan yang mana voltan dibekalkan, terdapat tiga jenis litar untuk menyambungkan transistor bipolar:

• dengan lapisan pemancar;
• dengan lapisan pengumpul;
• dengan lapisan asas.

Setiap skim di atas mempunyai kelebihan dan kekurangannya sendiri.

Litar sambungan dengan lapisan pemancar biasa

Litar ini menghasilkan keuntungan arus dan voltan terbesar. Terima kasih kepada sifat-sifat ini, ia adalah yang paling biasa. Dalam kes ini, terdapat peralihan langsung antara lapisan pemancar dan asas dan peralihan terbalik antara tapak dan pengumpul. Dan hakikat bahawa mereka dibekalkan dengan voltan tanda yang sama bermakna litar boleh dikuasakan menggunakan satu sumber.

Antara aspek negatif litar, seseorang boleh menyerlahkan fakta bahawa peningkatan dalam keadaan frekuensi dan suhu menyumbang kepada penurunan ketara dalam sifat penguatan peranti. Akibatnya, perlu diperhatikan bahawa jika perlu untuk mengendalikan transistor pada frekuensi tinggi, maka adalah dinasihatkan untuk meninggalkan penggunaan litar ini.

Gambar rajah sambungan dengan lapisan asas biasa

Litar ini mencipta keuntungan isyarat purata, tetapi ia sesuai untuk bekerja pada frekuensi tinggi. Jika peranti yang sama adalah yang pertama berfungsi mengikut skema pertama, dan kemudian mengikut ini, adalah mungkin untuk memerhatikan peningkatan ketara dalam kekerapan pemotongan amplifikasi. Disebabkan fakta bahawa litar ini mempunyai rintangan input yang rendah dan rintangan keluaran purata, lebih baik menggunakannya dengan kehadiran penguat antena di mana impedans ciri kabel tidak lebih daripada seratus ohm.

Antara keburukan, kami boleh menyerlahkan fakta bahawa untuk menghidupkan peranti, anda perlu menggunakan 2 sumber kuasa.

Gambar rajah sambungan dengan lapisan pengumpul biasa

Ia menonjol antara skim lain kerana terdapat lengkap menghantar voltan kembali ke input– ini menunjukkan maklum balas negatif yang kuat.

Tahap keuntungan semasa hampir sama dengan nilai yang ada dalam litar pertama. Tetapi tahap keuntungan voltan sangat rendah, yang merupakan salah satu kelemahan utama litar ini.

Memahami ciri operasi transistor bipolar dan litarnya agak mudah, perkara utama ialah cuba memahaminya.

Transistor dibahagikan kepada bipolar dan kesan medan. Setiap jenis ini mempunyai prinsip operasi dan reka bentuknya sendiri, bagaimanapun, persamaan mereka ialah kehadiran struktur p-n semikonduktor.

Simbol transistor diberikan dalam jadual:

Jenis peranti				Simbol grafik konvensional (UGO)
bipolar	Jenis pnp bipolar
	Jenis n-p-n bipolar
Padang	Bersama pengurus simpang p-n	Dengan saluran jenis-p
		Dengan saluran jenis-n
	Dengan terpencil pengatup transistor MOSFET	Dengan terbina dalam saluran	Saluran terbina dalam jenis-p
			Saluran terbina dalam jenis-n
		Dengan teraruh saluran	Saluran teraruh jenis-p
			Saluran teraruh jenis-n

Transistor bipolar

Takrifan "bipolar" menunjukkan bahawa operasi transistor dikaitkan dengan proses di mana pembawa caj dua jenis mengambil bahagian - elektron dan lubang.

Transistor ialah peranti semikonduktor dengan dua persimpangan lubang elektron, direka untuk menguatkan dan menjana isyarat elektrik. Transistor menggunakan kedua-dua jenis pembawa - major dan minor, itulah sebabnya ia dipanggil bipolar.

Transistor bipolar terdiri daripada tiga kawasan semikonduktor monohabluran dengan pelbagai jenis kekonduksian: pemancar, tapak dan pengumpul.

• E - pemancar,
• B - asas,
• K - pengumpul,
• EP - persimpangan pemancar,
• KP - persimpangan pengumpul,
• W - ketebalan asas.

Setiap peralihan transistor boleh dihidupkan sama ada dalam arah hadapan atau belakang. Bergantung pada ini, terdapat tiga mod operasi transistor:

1. Mod pemotongan - kedua-dua simpang p-n ditutup, manakala arus yang agak kecil biasanya mengalir melalui transistor
2. Mod ketepuan - kedua-dua simpang p-n terbuka
3. Mod aktif - salah satu persimpangan p-n terbuka dan satu lagi ditutup

Dalam mod cutoff dan mod tepu, transistor tidak boleh dikawal. Kawalan berkesan transistor dijalankan hanya dalam mod aktif. Mod ini adalah yang utama. Jika voltan di persimpangan pemancar adalah terus, dan di persimpangan pengumpul ia adalah terbalik, maka pensuisan transistor dianggap normal; jika kekutuban adalah bertentangan, ia adalah songsang.

Dalam mod biasa, simpang p-n pengumpul ditutup, simpang pemancar dibuka. Arus pengumpul adalah berkadar dengan arus asas.

Pergerakan pembawa cas dalam transistor n-p-n ditunjukkan dalam rajah:

Apabila pemancar disambungkan ke terminal negatif sumber kuasa, arus pemancar Ie berlaku. Oleh kerana voltan luaran dikenakan pada persimpangan pemancar ke arah hadapan, elektron melintasi persimpangan dan memasuki kawasan tapak. Pangkalan diperbuat daripada semikonduktor p, jadi elektron adalah pembawa cas minoriti untuknya.

Elektron yang memasuki kawasan asas sebahagiannya bergabung semula dengan lubang di pangkalan. Walau bagaimanapun, asas biasanya diperbuat daripada konduktor p yang sangat nipis dengan kerintangan yang tinggi (kandungan kekotoran rendah), jadi kepekatan lubang dalam tapak adalah rendah dan hanya beberapa elektron yang memasuki tapak bergabung semula dengan lubangnya, membentuk tapak. semasa Ib. Kebanyakan elektron, disebabkan oleh gerakan terma (penyebaran) dan di bawah pengaruh medan pengumpul (hanyut), mencapai pengumpul, membentuk komponen arus pengumpul Ik.

Hubungan antara kenaikan arus pemancar dan pengumpul dicirikan oleh pekali pemindahan semasa

Seperti berikut daripada pemeriksaan kualitatif proses yang berlaku dalam transistor bipolar, pekali pemindahan semasa sentiasa kurang daripada perpaduan. Untuk transistor bipolar moden α = 0.9 ÷ 0.95

Apabila Ie ≠ 0, arus pengumpul transistor adalah sama dengan:

Dalam litar sambungan yang dipertimbangkan, elektrod asas adalah biasa kepada litar pemancar dan pengumpul. Litar untuk menyambungkan transistor bipolar ini dipanggil litar dengan tapak sepunya, manakala litar pemancar dipanggil litar input, dan litar pengumpul dipanggil litar keluaran. Walau bagaimanapun, litar sedemikian untuk menghidupkan transistor bipolar digunakan sangat jarang.

Tiga litar untuk menghidupkan transistor bipolar

Terdapat litar pensuisan dengan tapak sepunya, pemancar sepunya dan pengumpul sepunya. Litar untuk transistor pnp ditunjukkan dalam rajah a, b, c:

Dalam litar dengan tapak sepunya (Gamb. a), elektrod tapak adalah lazim kepada litar masukan dan keluaran; dalam litar dengan pemancar sepunya (Rajah b), pemancar adalah sepunya; dalam litar dengan pengumpul sepunya. (Gamb. c), pengumpul adalah biasa.

Rajah menunjukkan: E1 – bekalan kuasa litar input, E2 – bekalan kuasa litar keluaran, Uin – punca isyarat yang dikuatkan.

Litar pensuisan utama ialah satu di mana elektrod biasa untuk litar input dan output ialah pemancar (litar pensuisan untuk transistor bipolar dengan pemancar biasa). Untuk litar sedemikian, litar input melalui persimpangan pemancar asas dan arus asas timbul di dalamnya:

Nilai rendah arus asas dalam litar input telah menyebabkan penggunaan meluas litar pemancar biasa.

Transistor bipolar dalam litar pemancar sepunya (CE).

Dalam transistor yang disambungkan mengikut litar OE, hubungan antara arus dan voltan dalam litar input transistor Ib = f1 (Ube) dipanggil input atau ciri voltan arus asas (VC) transistor. Kebergantungan arus pengumpul pada voltan antara pengumpul dan pemancar pada nilai tetap arus asas Ik = f2 (Uke), Ib – const dipanggil keluarga ciri keluaran (pengumpul) transistor.

Ciri-ciri voltan arus input dan output bagi transistor bipolar kuasa sederhana jenis n-p-n ditunjukkan dalam rajah:

Seperti yang dapat dilihat dari rajah, ciri input boleh dikatakan bebas daripada voltan Uke. Ciri-ciri keluaran adalah lebih kurang sama jarak antara satu sama lain dan hampir linear pada pelbagai perubahan voltan Uke.

Kebergantungan Ib = f(Ube) ialah ciri kebergantungan eksponen bagi arus simpang p-n pincang ke hadapan. Oleh kerana arus asas adalah penggabungan semula, nilai Ibnya adalah β kali kurang daripada arus pemancar yang disuntik Ie. Apabila voltan pengumpul Uк meningkat, ciri input beralih ke kawasan Ub voltan lebih tinggi. Ini disebabkan oleh fakta bahawa disebabkan oleh modulasi lebar asas (Kesan awal), perkadaran arus penggabungan semula dalam pangkalan transistor bipolar berkurangan. Voltan Ube tidak melebihi 0.6...0.8 V. Melebihi nilai ini akan membawa kepada peningkatan mendadak dalam arus yang mengalir melalui persimpangan pemancar terbuka.

Kebergantungan Ik = f(Uke) menunjukkan bahawa arus pengumpul adalah berkadar terus dengan arus tapak: Ik = B Ib

Parameter transistor bipolar

Perwakilan transistor dalam mod operasi isyarat kecil sebagai rangkaian empat terminal

Dalam mod operasi isyarat kecil, transistor boleh diwakili oleh rangkaian empat terminal. Apabila voltan u1, u2 dan arus i1, i2 berubah mengikut undang-undang sinusoidal, sambungan antara voltan dan arus diwujudkan menggunakan parameter Z, Y, h.

Potensi 1", 2", 3 adalah sama. Ia adalah mudah untuk menerangkan transistor menggunakan h-parameter.

Keadaan elektrik transistor yang disambungkan mengikut litar dengan pemancar sepunya dicirikan oleh empat kuantiti: Ib, Ube, Ik dan Uke. Dua daripada kuantiti ini boleh dianggap bebas, dan dua lagi boleh dinyatakan dalam sebutan mereka. Atas sebab praktikal, adalah mudah untuk memilih kuantiti Ib dan Uke sebagai kuantiti bebas. Kemudian Ube = f1 (Ib, Uke) dan Ik = f2 (Ib, Uke).

Dalam peranti penguat, isyarat input ialah kenaikan voltan dan arus input. Dalam bahagian linear ciri, kesamaan berikut adalah benar untuk kenaikan Ube dan Ik:

Makna fizikal parameter:

Untuk litar dengan OE, pekali ditulis dengan indeks E: h11e, h12e, h21e, h22e.

Data pasport menunjukkan h21е = β, h21b = α. Parameter ini mencirikan kualiti transistor. Untuk meningkatkan nilai h21, anda perlu sama ada mengurangkan lebar asas W atau meningkatkan panjang resapan, yang agak sukar.

Transistor komposit

Untuk meningkatkan nilai h21, transistor bipolar disambungkan menggunakan litar Darlington:

Dalam transistor komposit yang mempunyai ciri yang sama seperti satu, pangkalan VT1 disambungkan kepada pemancar VT2 dan ΔIе2 = ΔIb1. Pengumpul kedua-dua transistor disambungkan dan terminal ini adalah terminal bagi transistor komposit. Pangkalan VT2 memainkan peranan sebagai asas transistor komposit ΔIb = ΔIb2, dan pemancar VT1 memainkan peranan sebagai pemancar transistor komposit ΔIe = ΔI1.

Mari kita dapatkan ungkapan untuk keuntungan semasa β untuk litar Darlington. Mari kita nyatakan hubungan antara perubahan dalam dIb arus asas dan perubahan yang terhasil dalam dIk arus pengumpul transistor komposit seperti berikut:

Oleh kerana untuk transistor bipolar, keuntungan semasa biasanya beberapa puluh (β1, β2 >> 1), jumlah keuntungan transistor komposit akan ditentukan oleh hasil darab keuntungan setiap transistor βΣ = β1 · β2 dan boleh menjadi agak besar dalam nilai.

Mari kita perhatikan ciri-ciri mod pengendalian transistor tersebut. Oleh kerana arus pemancar VT2 Ie2 ialah arus asas VT1 dIb1, maka, oleh itu, transistor VT2 harus beroperasi dalam mod kuasa mikro, dan transistor VT1 - dalam mod suntikan tinggi, arus pemancar mereka berbeza dengan 1-2 susunan magnitud. Dengan pilihan suboptimum ciri operasi transistor bipolar VT1 dan VT2, adalah tidak mungkin untuk mencapai nilai keuntungan semasa yang tinggi dalam setiap daripada mereka. Namun begitu, walaupun dengan nilai keuntungan β1, β2 ≈ 30, jumlah keuntungan βΣ akan menjadi βΣ ≈ 1000.

Nilai keuntungan tinggi dalam transistor komposit direalisasikan hanya dalam mod statistik, jadi transistor komposit digunakan secara meluas dalam peringkat input penguat operasi. Dalam litar pada frekuensi tinggi, transistor komposit tidak lagi mempunyai kelebihan sedemikian; sebaliknya, kedua-dua kekerapan penguatan arus yang mengehadkan dan kelajuan operasi transistor komposit adalah kurang daripada parameter yang sama untuk setiap transistor VT1, VT2 secara berasingan.

Sifat frekuensi transistor bipolar

Proses perambatan pembawa cas minoriti yang disuntik ke dalam pangkalan dari pemancar ke persimpangan pengumpul diteruskan melalui penyebaran. Proses ini agak perlahan, dan pembawa yang disuntik dari pemancar akan sampai ke pengumpul tidak lebih awal daripada semasa penyebaran pembawa melalui pangkalan. Kelewatan sedemikian akan membawa kepada peralihan fasa antara Ie semasa dan Ik semasa. Pada frekuensi rendah, fasa arus Ie, Ik dan Ib bertepatan.

Kekerapan isyarat input di mana modulus keuntungan berkurangan dengan faktor berbanding dengan nilai statik β0 dipanggil kekerapan mengehadkan penguatan arus transistor bipolar dalam litar pemancar sepunya.

Fβ – mengehadkan kekerapan (kekerapan cutoff)
fgr - kekerapan potong (frekuensi perolehan perpaduan)

Transistor kesan medan

Kesan medan, atau unipolar, transistor menggunakan kesan medan sebagai prinsip fizikal utama. Tidak seperti transistor bipolar, di mana kedua-dua jenis pembawa, kedua-dua besar dan kecil, bertanggungjawab untuk kesan transistor, transistor kesan medan hanya menggunakan satu jenis pembawa untuk merealisasikan kesan transistor. Atas sebab ini, transistor kesan medan dipanggil unipolar. Bergantung kepada syarat-syarat untuk melaksanakan kesan medan, transistor kesan medan dibahagikan kepada dua kelas: transistor kesan medan dengan pintu terlindung dan transistor kesan medan dengan persimpangan p-n kawalan.

Transistor kesan medan dengan persimpangan p-n kawalan

Secara skematik, transistor kesan medan dengan persimpangan pn kawalan boleh diwakili sebagai plat, ke hujung elektrod, sumber dan longkang disambungkan. Dalam Rajah. menunjukkan struktur dan gambar rajah sambungan transistor kesan medan dengan saluran jenis-n:

Dalam transistor saluran-n, pembawa cas majoriti dalam saluran adalah elektron, yang bergerak sepanjang saluran daripada sumber berpotensi rendah ke longkang berpotensi lebih tinggi, menghasilkan arus longkang Ic. Voltan dikenakan di antara get dan punca, menyekat persimpangan p-n yang dibentuk oleh kawasan-n saluran dan kawasan p pintu.

Apabila voltan penyekat dikenakan pada simpang p-n Uzi, lapisan seragam muncul di sempadan saluran, kehabisan pembawa cas dan mempunyai kerintangan yang tinggi. Ini membawa kepada pengurangan lebar konduktif saluran.

Dengan menukar nilai voltan ini, adalah mungkin untuk menukar keratan rentas saluran dan, akibatnya, menukar nilai rintangan elektrik saluran. Untuk transistor kesan medan saluran-n, potensi longkang adalah positif berkenaan dengan potensi punca. Apabila pintu pagar dibumikan, arus mengalir dari longkang ke punca. Oleh itu, untuk menghentikan arus, voltan terbalik beberapa volt mesti digunakan pada pintu masuk.

Nilai voltan Uzi, di mana arus melalui saluran menjadi hampir sama dengan sifar, dipanggil voltan potong Uzap

Oleh itu, transistor kesan medan dengan pintu dalam bentuk persimpangan p-n mewakili rintangan, yang nilainya dikawal oleh voltan luaran.

Transistor kesan medan dicirikan oleh ciri voltan arus berikut:

Di sini, pergantungan Ic arus longkang pada voltan pada voltan malar di pintu Uzi menentukan ciri keluaran, atau longkang, transistor kesan medan. Pada bahagian awal ciri Usi + |Uzi |< Uзап ток стока Iс возрастает с увеличением Uси . При повышении напряжения сток - исток до Uси = Uзап - |Uзи | происходит перекрытие канала и дальнейший рост тока Iс прекращается (участок насыщения). Отрицательное напряжение Uзи между затвором и истоком смещает момент перекрытия канала в сторону меньших значений напряжения Uси и тока стока Iс . Участок насыщения является рабочей областью выходных характеристик полевого транзистора. Дальнейшее увеличение напряжения Uси приводит к пробою р-n-перехода между затвором и каналом и выводит транзистор из строя.

Ciri voltan arus Ic = f(Uzi) menunjukkan voltan Uzap. Oleh kerana Uzi ≤ 0 simpang p-n ditutup dan arus get adalah sangat kecil, kira-kira 10 -8…10-9 A, oleh itu, kelebihan utama transistor kesan medan, berbanding dengan transistor bipolar, termasuk rintangan input yang tinggi, kira-kira 10 10…1013 Ohm. Di samping itu, mereka dibezakan oleh bunyi bising yang rendah dan kebolehkilangan.

Terdapat dua skim pensuisan utama yang mempunyai aplikasi praktikal. Litar dengan sumber sepunya (Gamb. a) dan litar dengan longkang sepunya (Gamb. b), yang ditunjukkan dalam rajah:

Transistor kesan medan get terlindung
(transistor MOS)

Istilah "transistor MOS" digunakan untuk merujuk kepada transistor kesan medan di mana elektrod kawalan - pintu - dipisahkan daripada kawasan aktif transistor kesan medan oleh lapisan dielektrik - penebat. Unsur asas untuk transistor ini ialah struktur logam-penebat-semikonduktor (M-D-S).

Teknologi transistor MOS dengan pintu terbina dalam ditunjukkan dalam rajah:

Semikonduktor asal di mana transistor MOS dibuat dipanggil substrat (pin P). Dua kawasan n+ yang didopkan berat dipanggil sumber (I) dan longkang (C). Kawasan substrat di bawah pintu (3) dipanggil saluran terbenam (n-saluran).

Asas fizikal untuk pengendalian transistor kesan medan dengan struktur semikonduktor penebat logam ialah kesan medan. Kesan medan ialah di bawah pengaruh medan elektrik luaran kepekatan pembawa cas bebas di kawasan hampir permukaan semikonduktor berubah. Dalam peranti medan dengan struktur MIS, medan luaran disebabkan oleh voltan yang digunakan pada elektrod pintu logam. Bergantung pada tanda dan magnitud voltan yang digunakan, boleh terdapat dua keadaan kawasan caj ruang (SCR) dalam saluran - pengayaan, penyusutan.

Mod penyusutan sepadan dengan voltan negatif Uzi, di mana kepekatan elektron dalam saluran berkurangan, yang membawa kepada penurunan arus longkang. Mod pengayaan sepadan dengan voltan positif Uzi dan peningkatan arus longkang.

Ciri voltan semasa ditunjukkan dalam rajah:

Topologi transistor MOS dengan saluran jenis p teraruh (aruh) ditunjukkan dalam rajah:

Apabila Uzi = 0 tiada saluran dan Ic = 0. Transistor hanya boleh beroperasi dalam mod pengayaan Uzi< 0. Если отрицательное напряжение Uзи превысит пороговое Uзи.пор , то происходит формирование инверсионного канала. Изменяя величину напряжения на затворе Uзи в области выше порогового Uзи.пор , можно менять концентрацию свободных носителей в инверсионном канале и сопротивление канала. Источник напряжения в стоковой цепи Uси вызовет ток стока Iс .

Ciri voltan semasa ditunjukkan dalam rajah:

Dalam transistor MOS, pintu dipisahkan daripada semikonduktor oleh lapisan SiO2 oksida. Oleh itu, rintangan input transistor tersebut adalah kira-kira 1013 ... 1015 Ohms.

Parameter utama transistor kesan medan termasuk:

• Kecerunan ciri pada Usp = const, Upi = const. Nilai parameter biasa ialah (0.1...500) mA/V;
• Kecerunan ciri sepanjang substrat di Usp = const, Uzi = const. Nilai parameter biasa (0.1...1) mA/V;
• Arus longkang awal Is.init. – mengalirkan arus pada nilai voltan sifar Uzi. Nilai parameter biasa: (0.2...600) mA – untuk transistor dengan persimpangan p-n saluran kawalan; (0.1...100) mA – untuk transistor dengan saluran terbina dalam; (0.01...0.5) µA – untuk transistor dengan saluran teraruh;
• Voltan terputus Uzi.ots. . Nilai biasa (0.2...10) V; voltan ambang Naik. Nilai biasa (1...6) V;
• Rintangan sumber longkang dalam keadaan terbuka. Nilai biasa (2..300) Ohm
• Rintangan pembezaan (dalaman): di Uzi = const;
• Keuntungan statistik: μ = S ri

Thyristor

Tiristor ialah peranti semikonduktor dengan tiga atau lebih persimpangan p-n lubang elektron. Mereka digunakan terutamanya sebagai kunci elektronik. Bergantung kepada bilangan terminal luaran, ia dibahagikan kepada thyristor dengan dua terminal luaran - dinistor dan thyristor dengan tiga terminal - thyristor. Simbol huruf VS digunakan untuk menunjuk thyristor.

Reka bentuk dan prinsip operasi dinistor

Struktur, UGO dan ciri voltan arus dinistor ditunjukkan dalam rajah:



Kawasan p luar dipanggil anod (A), kawasan n luar dipanggil katod (K). Tiga simpang p-n ditetapkan oleh nombor 1, 2, 3. Struktur dinistor ialah 4 lapisan - p-n-p-n.

Voltan bekalan E dibekalkan kepada dinistor sedemikian rupa sehingga 1 daripada 3 persimpangan terbuka dan rintangannya tidak ketara, dan peralihan 2 ditutup dan semua voltan bekalan Upr digunakan padanya. Arus terbalik yang kecil mengalir melalui dinistor, beban R diputuskan dari sumber kuasa E.

Apabila voltan kritikal dicapai sama dengan voltan suis hidup Uon, peralihan 2 terbuka, manakala ketiga-tiga peralihan 1, 2, 3 akan berada dalam keadaan terbuka (hidup). Rintangan dinistor turun kepada persepuluh ohm.

Voltan hidupkan ialah beberapa ratus volt. Dinistor terbuka dan arus ketara mengalir melaluinya. Penurunan voltan merentasi dinistor dalam keadaan terbuka ialah 1-2 volt dan bergantung sedikit pada magnitud arus yang mengalir, nilainya ialah τa ≈ E / R, dan UR ≈ E, i.e. beban disambungkan ke sumber kuasa E. Voltan merentasi dinistor, sepadan dengan titik maksimum yang dibenarkan Iopen.max, dipanggil voltan keadaan terbuka Uokr. Arus maksimum yang dibenarkan berjulat dari ratusan mA hingga ratusan A. Dinistor berada dalam keadaan terbuka sehingga arus yang mengalir melaluinya menjadi kurang daripada Iud arus pegangan. Dinistor ditutup apabila voltan luaran berkurangan kepada nilai tertib 1V atau apabila kekutuban punca luaran berubah. Oleh itu, peranti sedemikian digunakan dalam litar arus sementara. Titik B dan D sepadan dengan nilai had arus dan voltan dinistor. Masa pemulihan rintangan peralihan 2 selepas mengeluarkan voltan bekalan adalah kira-kira 10-30 μs.

Mengikut prinsip mereka, dinistor adalah peranti tindakan utama. Dalam keadaan hidup (bahagian BV) ia serupa dengan kunci tertutup, dan dalam keadaan mati (bahagian EG) ia seperti kunci terbuka.

Reka bentuk dan prinsip operasi thyristor (thyristor)

Thyristor ialah peranti terkawal. Ia mengandungi elektrod kawalan (CE) yang disambungkan kepada semikonduktor jenis-p atau semikonduktor jenis-n simpang tengah 2.

Struktur, UGO dan ciri voltan arus trinistor (biasanya dipanggil thyristor) ditunjukkan dalam rajah:



Voltan Uoff, di mana peningkatan arus seperti longsoran bermula, boleh dikurangkan dengan memasukkan pembawa cas minoriti ke dalam mana-mana lapisan bersebelahan dengan simpang 2. Setakat mana Uon berkurangan ditunjukkan pada ciri voltan arus. Parameter penting ialah arus kawalan buka kunci Iу.оt, yang memastikan bahawa thyristor bertukar kepada keadaan terbuka pada voltan yang lebih rendah daripada voltan Uon. Angka tersebut menunjukkan tiga nilai untuk menghidupkan UI voltan< Un вкл < Um вкл соответствует трем значениям управляющего тока UI у.от >Un u.ot > Um u.ot .

Mari kita pertimbangkan litar paling mudah dengan thyristor yang dimuatkan pada beban perintang Rн






• Ia – arus anod (arus kuasa dalam litar anod-katod thyristor);
• Uak – voltan antara anod dan katod;
• Iу – mengawal arus elektrod (dalam litar sebenar denyutan arus digunakan);
• Uuk ialah voltan antara elektrod kawalan dan katod;
• Upit – bekalan voltan.

Untuk memindahkan thyristor ke keadaan terbuka, elektrod bukan kawalan dibekalkan daripada litar penjanaan nadi dengan nadi kawalan jangka pendek (mengikut urutan beberapa mikrosaat).

Ciri ciri thyristor tidak boleh dikunci yang dimaksudkan, yang digunakan secara meluas dalam amalan, ialah ia tidak boleh dimatikan menggunakan arus kawalan.

Untuk mematikan thyristor dalam amalan, voltan terbalik Uac digunakan padanya< 0 и поддерживают это напряжение в течении времени, большего так называемого времени выключения tвыкл . Оно обычно составляет единицы или десятки микросекунд.

Reka bentuk dan prinsip operasi triac

Apa yang dipanggil thyristor simetri (triacs, triacs) digunakan secara meluas. Setiap triac adalah serupa dengan sepasang thyristor yang dipertimbangkan, disambungkan secara bersambungan ke belakang. Thyristor simetri ialah peranti terkawal dengan ciri voltan arus simetri. Untuk mendapatkan ciri simetri, struktur semikonduktor p-n-p-n-p bermuka dua digunakan.

Struktur triac, UGO dan ciri voltan semasa ditunjukkan dalam rajah:



Triac (triac) mengandungi dua thyristor p1-n1-p2-n2 dan p2-n2-p1-n4 yang disambungkan dari belakang ke belakang. Triac mengandungi 5 peralihan P1-P2-P3-P4-P5. Dengan ketiadaan elektron kawalan, triak UE dipanggil diac.

Dengan kekutuban positif pada elektrod E1, kesan thyristor berlaku dalam p1-n1-p2-n2, dan dengan kekutuban bertentangan dalam p2-n1-p1-n4.

Apabila voltan kawalan digunakan pada UE, bergantung pada kekutuban dan nilainya, voltan suis Uon berubah

Thyristor (dinistor, thyristor, triac) ialah elemen utama dalam peranti elektronik kuasa. Terdapat thyristor dengan voltan pensuisan lebih besar daripada 1 kV, dan arus maksimum yang dibenarkan adalah lebih besar daripada 1 kA

Kekunci elektronik

Untuk meningkatkan kecekapan peranti elektronik kuasa, mod operasi berdenyut diod, transistor dan thyristor digunakan secara meluas. Mod nadi dicirikan oleh perubahan mendadak dalam arus dan voltan. Dalam mod nadi, diod, transistor dan thyristor digunakan sebagai suis.

Menggunakan kekunci elektronik, litar elektronik ditukar: menyambung/memutuskan litar ke/daripada sumber tenaga atau isyarat elektrik, menyambung atau memutuskan elemen litar, menukar parameter elemen litar, menukar jenis sumber isyarat yang mempengaruhi.

Kunci ideal UGO ditunjukkan dalam rajah:

Kekunci yang beroperasi untuk membuka dan menutup, masing-masing.




Mod kunci dicirikan oleh dua keadaan: "hidup" / "mati".

Kekunci ideal dicirikan oleh perubahan serta-merta dalam rintangan, yang boleh mengambil nilai 0 atau ∞. Penurunan voltan merentasi suis tertutup yang ideal ialah 0. Apabila suis terbuka, arus ialah 0.

Kekunci sebenar juga dicirikan oleh dua nilai rintangan melampau Rmax dan Rmin. Peralihan dari satu nilai rintangan kepada yang lain dalam suis sebenar berlaku dalam masa yang terhad. Penurunan voltan merentasi suis tertutup sebenar bukanlah sifar.

Suis dibahagikan kepada kunci yang digunakan dalam litar kuasa rendah dan kunci yang digunakan dalam litar kuasa tinggi. Setiap kelas ini mempunyai ciri-ciri tersendiri.

Kekunci yang digunakan dalam litar kuasa rendah dicirikan oleh:

1. Rintangan utama dalam keadaan terbuka dan tertutup;
2. Prestasi – masa yang diperlukan untuk kunci untuk beralih dari satu keadaan ke keadaan lain;
3. Penurunan voltan pada suis tertutup dan arus bocor pada suis terbuka;
4. Kekebalan bunyi – keupayaan kunci untuk kekal di salah satu negeri apabila terdedah kepada gangguan;
5. Kepekaan kunci ialah magnitud isyarat kawalan yang memindahkan kunci dari satu keadaan ke keadaan lain;
6. Voltan ambang - nilai voltan kawalan, di sekelilingnya terdapat perubahan mendadak dalam rintangan kunci elektronik.

Kekunci elektronik diod

Jenis kekunci elektronik yang paling mudah ialah suis diod. Litar suis diod, ciri pemindahan statik, ciri voltan arus dan pergantungan rintangan pembezaan pada voltan diod ditunjukkan dalam rajah:

Prinsip operasi suis elektronik diod adalah berdasarkan perubahan nilai rintangan pembezaan diod semikonduktor di sekitar nilai voltan ambang pada diod Uthr. Rajah "c" menunjukkan ciri voltan semasa diod semikonduktor, yang menunjukkan nilai Uthr. Nilai ini terletak di persimpangan paksi voltan dengan tangen yang ditarik ke anggota menaik ciri voltan semasa.

Rajah "d" menunjukkan pergantungan rintangan pembezaan pada voltan merentasi diod. Ia berikutan dari angka bahawa di sekitar voltan ambang 0.3 V terdapat perubahan mendadak dalam rintangan pembezaan diod dengan nilai melampau 900 dan 35 Ohms (Rmin = 35 Ohms, Rmax = 900 Ohms).

Dalam keadaan "hidup", diod terbuka dan Uout ≈ Uin.

Dalam keadaan "mati", diod ditutup dan , Uout ≈ Uin · Rн / Rmax<

Untuk mengurangkan masa pensuisan, diod dengan kapasitansi peralihan rendah dari urutan 0.5-2 pF digunakan, sambil menyediakan masa mematikan urutan 0.5-0.05 μs.

Suis diod tidak membenarkan pemisahan elektrik bagi litar kawalan dan terkawal, yang sering diperlukan dalam litar praktikal.

Suis transistor

Majoriti litar yang digunakan dalam komputer, peranti kawalan jauh, sistem kawalan automatik, dll. adalah berdasarkan suis transistor.

Litar suis pada transistor bipolar dan ciri voltan semasa ditunjukkan dalam rajah:

Keadaan pertama "mati" (transistor ditutup) ditentukan oleh titik A1 pada ciri keluaran transistor; ia dipanggil mod cutoff. Dalam mod potong, arus asas Ib = 0, arus pengumpul Ik1 adalah sama dengan arus pengumpul awal, dan voltan pengumpul Uk = Uk1 ≈ Ek. Mod cutoff dilaksanakan pada Uin = 0 atau pada potensi asas negatif. Dalam keadaan ini, rintangan suis mencapai nilai maksimumnya: Rmax = , di mana RT ialah rintangan transistor dalam keadaan tertutup, lebih daripada 1 MOhm.

Keadaan kedua "hidup" (transistor terbuka) ditentukan oleh titik A2 pada ciri voltan semasa dan dipanggil mod tepu. Daripada mod cutoff (A1) ke mod tepu (A2), transistor ditukar oleh voltan input positif Uin. Dalam kes ini, voltan Uout mengambil nilai minimum Uk2 = Uk.e.us daripada susunan 0.2-1.0 V, arus pengumpul Ik2 = Ik.us ≈ Ek / Rk. Arus asas dalam mod tepu ditentukan daripada keadaan: Ib > Ib.us = Ik.us / h21.

Voltan masukan yang diperlukan untuk menukar transistor kepada keadaan terbuka ditentukan daripada keadaan: U dalam > Ib.us · Rb + Uk.e.us

Imuniti bunyi yang baik dan pelesapan kuasa yang rendah dalam transistor dijelaskan oleh fakta bahawa kebanyakan masa transistor sama ada tepu (A2) atau tertutup (A1), dan masa peralihan dari satu keadaan ke keadaan lain adalah sebahagian kecil daripada tempoh negeri-negeri ini. Masa pensuisan suis pada transistor bipolar ditentukan oleh kapasiti penghalang persimpangan p-n dan proses pengumpulan dan penyerapan pembawa cas minoriti di pangkalan.

Untuk meningkatkan kelajuan dan rintangan input, suis transistor kesan medan digunakan.

Suis litar pada transistor kesan medan dengan persimpangan pn kawalan dan dengan saluran teraruh dengan punca sepunya dan longkang sepunya ditunjukkan dalam rajah:

Untuk sebarang suis pada transistor kesan medan Rн > 10-100 kOhm.

Isyarat kawalan Uin di pintu pagar adalah kira-kira 10-15 V. Rintangan transistor kesan medan dalam keadaan tertutup adalah tinggi, kira-kira 108 -109 Ohm.

Rintangan transistor kesan medan dalam keadaan terbuka boleh menjadi 7-30 Ohms. Rintangan transistor kesan medan di sepanjang litar kawalan boleh menjadi 108 -109 Ohm. (litar “a” dan “b”) dan 1012 -1014 Ohm (litar “c” dan “d”).

Peranti semikonduktor kuasa (kuasa).

Peranti semikonduktor kuasa digunakan dalam elektronik tenaga, bidang teknologi yang paling pesat membangun dan menjanjikan. Ia direka untuk mengawal arus puluhan dan ratusan ampere, voltan puluhan dan ratusan volt.

Peranti semikonduktor kuasa termasuk thyristor (dinistor, thyristor, triac), transistor (bipolar dan kesan medan) dan transistor bipolar teraruh statik (IGBT). Ia digunakan sebagai kunci elektronik yang menukar litar elektronik. Mereka cuba mendekatkan ciri-ciri mereka kepada ciri-ciri kunci yang ideal.

Mengikut prinsip operasi, ciri dan parameter, transistor kuasa tinggi adalah serupa dengan transistor kuasa rendah, tetapi terdapat ciri tertentu.

Transistor kesan medan kuasa

Pada masa ini, transistor kesan medan adalah salah satu peranti kuasa yang paling menjanjikan. Transistor yang paling banyak digunakan ialah get terlindung dan transistor saluran teraruh. Untuk mengurangkan rintangan saluran, panjangnya dikurangkan. Untuk meningkatkan arus longkang, ratusan dan ribuan saluran dibuat dalam transistor, dan saluran disambungkan secara selari. Kebarangkalian pemanasan sendiri transistor kesan medan adalah kecil, kerana Rintangan saluran meningkat dengan peningkatan suhu.

Transistor kesan medan kuasa mempunyai struktur menegak. Saluran boleh diletakkan secara menegak dan mendatar.

transistor DMOS

Transistor MOS ini, yang dihasilkan oleh kaedah resapan berganda, mempunyai saluran mendatar. Rajah menunjukkan elemen struktur yang mengandungi saluran.

transistor VMOS

Transistor MOS berbentuk V ini mempunyai saluran menegak. Rajah menunjukkan satu elemen struktur yang mengandungi dua saluran.

Adalah mudah untuk melihat bahawa struktur transistor VMOS dan transistor DMIS adalah serupa.

transistor IGBT

IGBT ialah peranti semikonduktor hibrid. Ia menggabungkan dua kaedah mengawal arus elektrik, salah satunya adalah tipikal untuk transistor kesan medan (kawalan medan elektrik), dan yang kedua untuk yang bipolar (kawalan suntikan pembawa elektrik).

Biasanya, IGBT menggunakan struktur transistor MOS saluran teraruh-n jenis. Struktur transistor ini berbeza daripada struktur transistor DMIS oleh lapisan tambahan semikonduktor jenis-p.

Sila ambil perhatian bahawa istilah "pemancar", "pengumpul" dan "pintu" biasanya digunakan untuk merujuk kepada elektrod IGBT.

Menambah lapisan jenis-p menghasilkan pembentukan struktur transistor bipolar kedua (jenis pnp). Oleh itu, IGBT mempunyai dua struktur bipolar - jenis n-p-n dan jenis p-n-p.

Litar suis UGO dan IGBT ditunjukkan dalam rajah:

Jenis ciri keluaran tipikal ditunjukkan dalam rajah:

transistor SIT

SIT ialah transistor kesan medan dengan persimpangan p-n kawalan dengan aruhan statik. Ia berbilang saluran dan mempunyai struktur menegak. Perwakilan skematik SIT dan litar sumber biasa ditunjukkan dalam rajah:

Kawasan semikonduktor jenis p mempunyai bentuk silinder, diameternya adalah beberapa mikrometer atau lebih. Sistem silinder ini bertindak sebagai pengatup. Setiap silinder disambungkan kepada elektrod get (dalam rajah "a" elektrod get tidak ditunjukkan).

Garis putus-putus menunjukkan kawasan simpang p-n. Bilangan sebenar saluran boleh beribu-ribu. Biasanya SIT digunakan dalam litar sumber biasa.

Setiap peranti yang dipertimbangkan mempunyai kawasan aplikasinya sendiri. Suis thyristor digunakan dalam peranti yang beroperasi pada frekuensi rendah (kilohertz dan ke bawah). Kelemahan utama kunci tersebut ialah prestasi rendahnya.

Bidang utama penggunaan thyristor ialah peranti frekuensi rendah dengan kuasa pensuisan tinggi sehingga beberapa megawatt, yang tidak mengenakan keperluan prestasi yang serius.

Transistor bipolar berkuasa digunakan sebagai suis voltan tinggi dalam peranti dengan frekuensi pensuisan atau penukaran dalam julat 10-100 kHz, dengan aras kuasa keluaran dari beberapa W hingga beberapa kW. Julat optimum voltan pensuisan ialah 200-2000 V.

Transistor kesan medan (MOSFET) digunakan sebagai suis elektronik untuk menukar peranti voltan rendah dan frekuensi tinggi. Nilai optimum voltan pensuisan tidak melebihi 200 V (nilai maksimum sehingga 1000 V), manakala frekuensi pensuisan boleh berjulat dari beberapa kHz hingga 105 kHz. Julat arus tersuis ialah 1.5-100 A. Sifat positif peranti ini adalah kebolehkawalan oleh voltan berbanding arus, dan kurang pergantungan pada suhu berbanding peranti lain.

Transistor bipolar get terlindung (IGBT) digunakan pada frekuensi di bawah 20 kHz (beberapa jenis peranti digunakan pada frekuensi melebihi 100 kHz) dengan kuasa pensuisan melebihi 1 kW. Voltan tersuis tidak lebih rendah daripada 300-400 V. Nilai optimum voltan tersuis adalah melebihi 2000 V. IGBT dan MOSFET memerlukan voltan tidak lebih tinggi daripada 12-15 V untuk dihidupkan sepenuhnya; voltan negatif tidak diperlukan untuk menutup peranti. Mereka dicirikan oleh kelajuan pensuisan yang tinggi.

Bahan untuk persediaan untuk pensijilan

Transistor bipolar.

Transistor bipolar- peranti semikonduktor elektronik, salah satu jenis transistor, direka untuk menguatkan, menjana dan menukar isyarat elektrik. Transistor dipanggil bipolar, kerana dua jenis pembawa cas serentak mengambil bahagian dalam pengendalian peranti - elektron Dan lubang-lubang. Ini adalah bagaimana ia berbeza daripada unipolar transistor (kesan medan), di mana hanya satu jenis pembawa cas terlibat.

Prinsip operasi kedua-dua jenis transistor adalah sama dengan operasi paip air yang mengawal aliran air, hanya aliran elektron yang melalui transistor. Dalam transistor bipolar, dua arus melalui peranti - arus "besar" utama, dan arus kawalan "kecil". Kuasa arus utama bergantung kepada kuasa kawalan. Dengan transistor kesan medan, hanya satu arus yang melalui peranti, kuasanya bergantung pada medan elektromagnet. Dalam artikel ini kita akan melihat dengan lebih dekat operasi transistor bipolar.

Reka bentuk transistor bipolar.

Transistor bipolar terdiri daripada tiga lapisan semikonduktor dan dua simpang PN. Transistor PNP dan NPN dibezakan mengikut jenis seli kekonduksian lubang dan elektron. Ia seperti dua diod, bersambung bersemuka atau sebaliknya.

Transistor bipolar mempunyai tiga sesentuh (elektrod). Sentuhan yang keluar dari lapisan tengah dipanggil asas. Elektrod yang melampau dipanggil pengumpul Dan pemancar (pengumpul Dan pemancar). Lapisan asas adalah sangat nipis berbanding dengan pengumpul dan pemancar. Di samping itu, kawasan semikonduktor di tepi transistor adalah tidak simetri. Lapisan semikonduktor pada bahagian pengumpul adalah lebih tebal sedikit daripada pada bahagian pemancar. Ini adalah perlu untuk transistor untuk beroperasi dengan betul.

Operasi transistor bipolar.

Mari kita pertimbangkan proses fizikal yang berlaku semasa operasi transistor bipolar. Mari kita ambil model NPN sebagai contoh. Prinsip operasi transistor PNP adalah serupa, hanya kekutuban voltan antara pengumpul dan pemancar akan bertentangan.

Seperti yang telah dinyatakan dalam artikel tentang jenis kekonduksian dalam semikonduktor, dalam bahan jenis P terdapat ion bercas positif - lubang. Bahan jenis N tepu dengan elektron bercas negatif. Dalam transistor, kepekatan elektron di rantau N dengan ketara melebihi kepekatan lubang di rantau P.

Mari kita sambungkan sumber voltan antara pengumpul dan pemancar V CE (V CE). Di bawah tindakannya, elektron dari bahagian atas N akan mula tertarik kepada tambah dan berkumpul berhampiran pengumpul. Walau bagaimanapun, arus tidak akan dapat mengalir kerana medan elektrik sumber voltan tidak mencapai pemancar. Ini dihalang oleh lapisan tebal semikonduktor pengumpul ditambah lapisan semikonduktor asas.

Sekarang mari kita sambungkan voltan antara asas dan pemancar V BE , tetapi jauh lebih rendah daripada V CE (untuk transistor silikon, V BE minimum yang diperlukan ialah 0.6V). Oleh kerana lapisan P adalah sangat nipis, ditambah dengan sumber voltan yang disambungkan ke pangkalan, ia akan dapat "mencapai" dengan medan elektriknya kawasan N pemancar. Di bawah pengaruhnya, elektron akan diarahkan ke pangkalan. Sebahagian daripada mereka akan mula mengisi lubang-lubang yang terletak di sana (recombine). Bahagian lain tidak akan menemui lubang bebas, kerana kepekatan lubang di pangkalan jauh lebih rendah daripada kepekatan elektron dalam pemancar.

Akibatnya, lapisan tengah asas diperkaya dengan elektron bebas. Kebanyakan mereka akan pergi ke arah pengumpul, kerana voltan lebih tinggi di sana. Ini juga difasilitasi oleh ketebalan lapisan tengah yang sangat kecil. Sesetengah bahagian elektron, walaupun jauh lebih kecil, masih akan mengalir ke arah sisi tambah asas.

Akibatnya, kita mendapat dua arus: yang kecil - dari pangkalan ke pemancar I BE, dan yang besar - dari pengumpul ke pemancar I CE.

Jika anda meningkatkan voltan di pangkalan, maka lebih banyak elektron akan terkumpul dalam lapisan P. Akibatnya, arus tapak akan meningkat sedikit dan arus pengumpul akan meningkat dengan ketara. Oleh itu, dengan sedikit perubahan dalam arus asas I B , arus pengumpul I sangat berubah DENGAN. Itulah yang berlaku penguatan isyarat dalam transistor bipolar. Nisbah arus pengumpul I C kepada arus asas I B dipanggil keuntungan semasa. Ditetapkan β , hfe atau h21e, bergantung kepada spesifik pengiraan yang dijalankan dengan transistor.

Penguat transistor bipolar yang paling mudah

Mari kita pertimbangkan dengan lebih terperinci prinsip penguatan isyarat dalam satah elektrik menggunakan contoh litar. Biar saya membuat tempahan awal bahawa skim ini tidak betul sepenuhnya. Tiada siapa yang menyambungkan sumber voltan DC terus ke sumber AC. Tetapi dalam kes ini, lebih mudah dan lebih jelas untuk memahami mekanisme penguatan itu sendiri menggunakan transistor bipolar. Juga, teknik pengiraan itu sendiri dalam contoh di bawah agak dipermudahkan.

1.Penerangan tentang elemen utama litar

Jadi, katakan kita mempunyai transistor dengan keuntungan 200 (β = 200). Di bahagian pengumpul, kami akan menyambungkan sumber kuasa 20V yang agak berkuasa, disebabkan tenaga yang mana penguatan akan berlaku. Dari pangkalan transistor kami menyambungkan sumber kuasa 2V yang lemah. Kami akan menyambung kepadanya secara bersiri sumber voltan berselang-seli dalam bentuk gelombang sinus, dengan amplitud ayunan 0.1V. Ini akan menjadi isyarat yang perlu dikuatkan. Perintang Rb berhampiran pangkalan adalah perlu untuk mengehadkan arus yang datang dari sumber isyarat, yang biasanya mempunyai kuasa rendah.

2. Pengiraan arus input asas Ib

Sekarang mari kita hitung arus asas I b. Oleh kerana kita berurusan dengan voltan ulang-alik, kita perlu mengira dua nilai semasa - pada voltan maksimum (V max) dan minimum (V min). Mari kita panggil nilai semasa ini masing-masing - I bmax dan I bmin.

Juga, untuk mengira arus asas, anda perlu mengetahui voltan pemancar asas V BE. Terdapat satu persimpangan PN antara pangkalan dan pemancar. Ternyata arus asas "bertemu" dengan diod semikonduktor di laluannya. Voltan di mana diod semikonduktor mula mengalir adalah kira-kira 0.6V. Mari kita tidak pergi ke butiran ciri voltan semasa diod, dan untuk kesederhanaan pengiraan, kami akan mengambil model anggaran, mengikut mana voltan pada diod pembawa arus sentiasa 0.6V. Ini bermakna voltan antara tapak dan pemancar ialah V BE = 0.6V. Dan kerana pemancar disambungkan ke tanah (V E = 0), voltan dari pangkalan ke tanah juga 0.6V (V B = 0.6V).

Mari kita hitung I bmax dan I bmin menggunakan hukum Ohm:

2. Pengiraan arus keluaran ic pengumpul

Sekarang, mengetahui keuntungan (β = 200), anda boleh mengira dengan mudah nilai maksimum dan minimum arus pengumpul (I cmax dan I cmin).

3. Pengiraan voltan keluaran Vout

Arus pengumpul mengalir melalui perintang Rc, yang telah kami kira. Ia kekal untuk menggantikan nilai:

4. Analisis keputusan

Seperti yang dapat dilihat daripada keputusan, V Cmax ternyata kurang daripada V Cmin. Ini disebabkan oleh fakta bahawa voltan merentasi perintang V Rc ditolak daripada voltan bekalan VCC. Walau bagaimanapun, dalam kebanyakan kes ini tidak penting, kerana kami berminat dengan komponen pembolehubah isyarat - amplitud, yang telah meningkat daripada 0.1V kepada 1V. Kekerapan dan bentuk sinusoidal isyarat tidak berubah. Sudah tentu, nisbah V keluar / V sepuluh kali adalah jauh daripada penunjuk terbaik untuk penguat, tetapi ia agak sesuai untuk menggambarkan proses penguatan.

Jadi, mari kita ringkaskan prinsip operasi penguat berdasarkan transistor bipolar. A arus I b mengalir melalui tapak, membawa komponen malar dan berubah-ubah. Komponen malar diperlukan supaya persimpangan PN antara pangkalan dan pemancar mula mengalir - "terbuka". Komponen pembolehubah, sebenarnya, isyarat itu sendiri (maklumat berguna). Arus pengumpul-pemancar di dalam transistor adalah hasil daripada arus asas yang didarab dengan keuntungan β. Sebaliknya, voltan merentasi perintang Rc di atas pemungut adalah hasil pendaraban arus pengumpul yang dikuatkan dengan nilai perintang.

Oleh itu, pin keluar V menerima isyarat dengan amplitud ayunan yang meningkat, tetapi dengan bentuk dan frekuensi yang sama. Adalah penting untuk menekankan bahawa transistor mengambil tenaga untuk penguatan daripada bekalan kuasa VCC. Jika voltan bekalan tidak mencukupi, transistor tidak akan dapat beroperasi sepenuhnya, dan isyarat keluaran mungkin diherotkan.

Mod pengendalian transistor bipolar

Selaras dengan tahap voltan pada elektrod transistor, terdapat empat mod operasinya:

Mod potong.

Mod aktif.

Mod ketepuan.

Mod terbalik.

Mod pemotongan

Apabila voltan pemancar asas lebih rendah daripada 0.6V - 0.7V, persimpangan PN antara pangkalan dan pemancar ditutup. Dalam keadaan ini, transistor tidak mempunyai arus asas. Akibatnya, tidak akan ada arus pengumpul sama ada, kerana tiada elektron bebas dalam tapak bersedia untuk bergerak ke arah voltan pengumpul. Ternyata transistor itu, seolah-olah, terkunci, dan mereka mengatakan bahawa ia ada mod potong.

Mod aktif

DALAM mod aktif Voltan di tapak adalah mencukupi untuk persimpangan PN antara tapak dan pemancar terbuka. Dalam keadaan ini, transistor mempunyai asas dan arus pengumpul. Arus pengumpul sama dengan arus asas didarab dengan keuntungan. Iaitu, mod aktif ialah mod operasi biasa transistor, yang digunakan untuk penguatan.

Mod ketepuan

Kadangkala arus asas mungkin terlalu tinggi. Akibatnya, kuasa bekalan tidak mencukupi untuk menyediakan magnitud arus pengumpul yang sepadan dengan keuntungan transistor. Dalam mod ketepuan, arus pengumpul akan menjadi maksimum yang boleh diberikan oleh bekalan kuasa dan tidak akan bergantung pada arus asas. Dalam keadaan ini, transistor tidak dapat menguatkan isyarat, kerana arus pengumpul tidak bertindak balas terhadap perubahan dalam arus asas.

Dalam mod tepu, kekonduksian transistor adalah maksimum, dan ia lebih sesuai untuk fungsi suis (suis) dalam keadaan "hidup". Begitu juga, dalam mod potong, kekonduksian transistor adalah minimum, dan ini sepadan dengan suis dalam keadaan mati.

Mod songsang

Dalam mod ini, pengumpul dan pemancar bertukar peranan: persimpangan PN pengumpul dipincang ke arah hadapan, dan persimpangan pemancar dipincang ke arah yang bertentangan. Akibatnya, arus mengalir dari pangkalan ke pengumpul. Rantau semikonduktor pengumpul adalah tidak simetri kepada pemancar, dan keuntungan dalam mod songsang adalah lebih rendah daripada dalam mod aktif biasa. Transistor direka bentuk sedemikian rupa sehingga ia beroperasi secekap mungkin dalam mod aktif. Oleh itu, transistor boleh dikatakan tidak digunakan dalam mod songsang.

Parameter asas transistor bipolar.

Keuntungan semasa– nisbah arus pengumpul I C kepada arus asas I B. Ditetapkan β , hfe atau h21e, bergantung kepada spesifik pengiraan yang dijalankan dengan transistor.

β ialah nilai tetap untuk satu transistor, dan bergantung pada struktur fizikal peranti. Keuntungan tinggi dikira dalam ratusan unit, keuntungan rendah - dalam puluhan. Untuk dua transistor berasingan daripada jenis yang sama, walaupun ia adalah "jiran saluran paip" semasa pengeluaran, β mungkin berbeza sedikit. Ciri transistor bipolar ini mungkin yang paling penting. Jika parameter lain peranti sering boleh diabaikan dalam pengiraan, maka keuntungan semasa hampir mustahil.

Impedans masukan– rintangan dalam transistor yang “memenuhi” arus asas. Ditetapkan R dalam (R input). Lebih besar ia, lebih baik untuk ciri-ciri penguatan peranti, kerana pada bahagian asas biasanya terdapat sumber isyarat lemah, yang perlu menggunakan sedikit arus yang mungkin. Pilihan yang ideal ialah apabila impedans input adalah infiniti.

Input R untuk transistor bipolar purata ialah beberapa ratus KΩ (kilo-ohm). Di sini transistor bipolar kehilangan sangat banyak kepada transistor kesan medan, di mana rintangan input mencapai ratusan GΩ (gigaohms).

Kekonduksian output- kekonduksian transistor antara pengumpul dan pemancar. Lebih besar konduktans keluaran, lebih banyak arus pengumpul-pemancar akan dapat melalui transistor pada kuasa yang lebih rendah.

Selain itu, dengan peningkatan dalam kekonduksian keluaran (atau penurunan dalam rintangan keluaran), beban maksimum yang boleh ditahan oleh penguat dengan kerugian yang tidak ketara dalam peningkatan keuntungan keseluruhan. Sebagai contoh, jika transistor dengan kekonduksian keluaran rendah menguatkan isyarat 100 kali tanpa beban, maka apabila beban 1 KΩ disambungkan, ia akan menguatkan hanya 50 kali. Transistor dengan keuntungan yang sama tetapi konduktans keluaran yang lebih tinggi akan mempunyai penurunan keuntungan yang lebih kecil. Pilihan yang ideal ialah apabila kekonduksian keluaran adalah infiniti (atau rintangan keluaran R keluar = 0 (R keluar = 0)).

Dalam siri artikel ini kami akan cuba bercakap secara ringkas dan jelas mengenai komponen kompleks seperti transistor.

Hari ini, unsur semikonduktor ini terdapat pada hampir semua papan litar bercetak, dalam mana-mana peranti elektronik (telefon bimbit, radio, komputer dan elektronik lain). Transistor adalah asas untuk membina cip logik, memori, mikropemproses... Jadi mari kita fikirkan apakah keajaiban ini, bagaimana ia berfungsi dan apa yang menyebabkan pelbagai aplikasinya.

Transistor ialah komponen elektronik yang diperbuat daripada bahan semikonduktor, biasanya dengan tiga terminal, yang membolehkan isyarat input mengawal arus.

Ramai orang percaya bahawa transistor menguatkan isyarat input. Saya tergesa-gesa untuk mengecewakan anda - dengan sendirinya, tanpa sumber kuasa luaran, transistor tidak akan menguatkan apa-apa (undang-undang pemuliharaan tenaga masih belum dibatalkan). Anda boleh membina penguat menggunakan transistor, tetapi ini hanya salah satu daripada aplikasinya, dan untuk mendapatkan isyarat yang diperkuatkan anda memerlukan litar khas, yang direka bentuk dan dikira dalam keadaan tertentu, ditambah dengan sumber kuasa.

Dengan sendirinya, transistor hanya boleh mengawal arus.

Apakah perkara paling penting yang perlu anda ketahui? Transistor dibahagikan kepada 2 kumpulan besar: bipolar dan kesan medan. 2 kumpulan ini berbeza dari segi struktur dan prinsip operasi, jadi kita akan bercakap tentang setiap kumpulan ini secara berasingan.

Jadi kumpulan pertama ialah transistor bipolar.

Transistor ini terdiri daripada tiga lapisan semikonduktor dan dibahagikan kepada 2 jenis mengikut strukturnya: pnp Dan npn. Jenis pertama (pnp) kadangkala dipanggil transistor hadapan, dan jenis kedua (npn) dipanggil transistor terbalik.

Apakah maksud surat-surat ini? Bagaimanakah transistor ini berbeza? Dan mengapa betul-betul dua kekonduksian? Seperti biasa, kebenaran ada di mana-mana. Semua yang bijak adalah mudah. N - negatif (Bahasa Inggeris) - negatif. P - positif (Bahasa Inggeris) - positif. Ini adalah penetapan jenis kekonduksian lapisan semikonduktor yang terdiri daripada transistor. "Positif" ialah lapisan semikonduktor dengan kekonduksian "lubang" (di mana pembawa cas utama mempunyai tanda positif), "negatif" ialah lapisan semikonduktor dengan kekonduksian "elektronik" (di mana pembawa cas utama mempunyai
tanda negatif).

Struktur dan sebutan transistor bipolar dalam rajah ditunjukkan dalam rajah di sebelah kanan. Setiap keluaran mempunyai nama sendiri. E - pemancar, K - pengumpul, B - asas. Bagaimana untuk mengetahui output asas pada rajah? Dengan mudah. Ia ditetapkan oleh platform di mana pengumpul dan pemancar berehat. Bagaimana anda boleh mengetahui pemancar? Ia juga mudah - ini adalah output dengan anak panah. Pin yang tinggal ialah pengumpul. Anak panah pada pemancar sentiasa menunjukkan arah arus. Oleh itu, untuk transistor npn, arus mengalir melalui pengumpul dan tapak, dan mengalir keluar dari pemancar; untuk transistor pnp, sebaliknya, arus mengalir melalui pemancar, dan mengalir keluar melalui pengumpul dan tapak.

Mari kita selami teori dengan lebih mendalam... Tiga lapisan semikonduktor membentuk dua simpang pn dalam transistor. Satu adalah antara pemancar dan pangkalan, ia biasanya dipanggil pemancar, yang kedua adalah antara pengumpul dan pangkalan, ia biasanya dipanggil pengumpul.

Pada setiap satu daripada dua persimpangan pn boleh terdapat pincang ke hadapan atau belakang, oleh itu, terdapat empat mod utama dalam operasi transistor, bergantung kepada pincang persimpangan pn (ingat ya, jika di sebelah dengan kekonduksian jenis-p voltan adalah lebih besar daripada di sebelah dengan kekonduksian jenis-n, maka ini adalah bias langsung persimpangan pn, jika sebaliknya, maka sebaliknya). Di bawah, dalam rajah yang menggambarkan setiap mod, anak panah menunjukkan arah dari voltan lebih tinggi ke lebih rendah (ini bukan arah arus!). Ini menjadikannya lebih mudah untuk menavigasi: jika anak panah diarahkan dari "p" ke "n", ini ialah pincang ke hadapan bagi persimpangan pn, jika dari "n" ke "p", ini ialah pincang songsang.

Mod pengendalian transistor bipolar:

1) Jika simpang pn pemancar dipincang ke hadapan, dan simpang pengumpul dipincang songsang, maka transistor berada dalam mod aktif biasa(kadang-kadang mereka hanya menyebut "mod aktif," meninggalkan perkataan normal). Dalam mod ini, arus pengumpul bergantung kepada arus asas dan dikaitkan dengannya dengan hubungan berikut: Ik=Ib*β. Mod aktif digunakan semasa membina penguat transistor.

2) Jika kedua-dua simpang dipincang ke hadapan, transistor berada di dalam mod ketepuan. Dalam kes ini, arus pengumpul tidak lagi bergantung kepada arus asas mengikut formula di atas (di mana terdapat pekali β), ia berhenti meningkat, walaupun arus asas terus meningkat. Dalam kes ini, transistor dikatakan terbuka sepenuhnya atau terbuka sahaja. Semakin dalam kita masuk ke kawasan tepu, semakin banyak pergantungan Ik=Ib*β rosak. Secara luaran, ia kelihatan seolah-olah pekali β semakin berkurangan. Saya juga akan mengatakan bahawa terdapat perkara seperti pekali tepu. Ia ditakrifkan sebagai nisbah arus asas sebenar (yang anda miliki sekarang) kepada arus asas pada keadaan sempadan antara aktif dan tepu.

3) Jika kita mempunyai pincang songsang pada kedua-dua persimpangan, transistor berada di dalam mod potong. Pada masa yang sama, tiada arus mengalir melaluinya (dengan pengecualian arus bocor yang sangat kecil - arus terbalik melalui persimpangan pn). Dalam kes ini, transistor dikatakan dimatikan sepenuhnya atau dimatikan sahaja. Mod ketepuan dan pemotongan digunakan semasa membina suis transistor.

4) Jika simpang pemancar dipincang songsang, dan simpang pengumpul dipincang ke hadapan, maka transistor jatuh ke dalam mod aktif songsang. Mod ini agak eksotik dan jarang digunakan. Walaupun fakta bahawa dalam lukisan kami pemancar tidak berbeza daripada pengumpul dan sebenarnya ia sepatutnya setara (lihat sekali lagi pada lukisan paling atas - pada pandangan pertama, tiada apa yang akan berubah jika anda menukar pengumpul dan pemancar), sebenarnya mereka mempunyai Terdapat perbezaan reka bentuk (contohnya dalam saiz) dan ia tidak setara. Kerana perbezaan ini terdapat pembahagian kepada "mod aktif biasa" dan "mod aktif songsang".

Kadangkala yang kelima, yang dipanggil "rejim penghalang" juga dikenal pasti. Dalam kes ini, pangkalan transistor dipendekkan ke pengumpul. Malah, adalah lebih tepat untuk bercakap bukan tentang beberapa mod khas, tetapi tentang cara khas untuk menghidupkan. Mod di sini agak biasa - hampir dengan keadaan sempadan antara mod aktif dan tepu. Ia boleh didapati bukan sahaja dengan litar pintas pangkalan dengan pengumpul. Dalam kes ini, silapnya ialah dengan kaedah pensuisan ini, tidak kira bagaimana kita menukar voltan atau beban bekalan, transistor masih akan kekal dalam mod sempadan ini. Iaitu, transistor dalam kes ini akan bersamaan dengan diod.

Transistor bipolar dikawal oleh arus. Iaitu, agar arus mengalir antara pengumpul dan pemancar (dengan kata lain, untuk transistor dibuka), arus mesti mengalir antara pemancar dan pangkalan (atau antara pengumpul dan pangkalan - untuk mod songsang). Selain itu, magnitud arus asas dan arus maksimum yang mungkin melalui pengumpul (pada arus asas sedemikian) dikaitkan dengan pekali malar β (pekali pemindahan arus asas): I B * β = I K .

Sebagai tambahan kepada parameter β, pekali lain digunakan: pekali pemindahan arus pemancar (α). Ia sama dengan nisbah arus pengumpul kepada arus pemancar: α=Iк/Iе. Nilai pekali ini biasanya hampir dengan satu (lebih dekat dengan satu, lebih baik). Pekali α dan β berkaitan antara satu sama lain melalui hubungan berikut: β=α/(1-α).

Dalam buku rujukan domestik, bukannya pekali β, pekali h 21E (keuntungan semasa dalam litar dengan pemancar biasa) sering ditunjukkan; dalam kesusasteraan asing, kadangkala bukannya β anda boleh menemui h FE. Tidak mengapa, biasanya kita boleh menganggap bahawa semua pekali ini adalah sama, dan ia sering dipanggil hanya "keuntungan transistor".

Apa yang diberikan ini kepada kita dan mengapa kita memerlukannya? Rajah di sebelah kiri menunjukkan litar termudah. Ia adalah setara, tetapi dibina menggunakan transistor dengan kekonduksian yang berbeza. Turut hadir: beban dalam bentuk mentol lampu pijar, perintang berubah-ubah dan perintang tetap.

Mari lihat gambarajah kiri. Apa yang berlaku di sana? Mari kita bayangkan bahawa peluncur perintang boleh ubah berada di kedudukan atas. Dalam kes ini, voltan di pangkalan transistor adalah sama dengan voltan pada pemancar, arus asas adalah sifar, oleh itu arus pengumpul juga sifar (I K = β * I B) - transistor ditutup, lampu tidak bukan ringan. Kami mula menurunkan peluncur ke bawah
- voltan di atasnya mula turun lebih rendah daripada pada pemancar - arus muncul dari pemancar ke pangkalan (arus asas) dan pada masa yang sama - arus dari pemancar ke pengumpul (transistor akan mula dibuka). Lampu mula menyala, tetapi tidak pada keamatan penuh. Semakin rendah kita menggerakkan peluncur perintang berubah-ubah, semakin terang lampu akan menyala.

Dan kemudian, perhatian! Jika kita mula menggerakkan gelangsar perintang berubah-ubah ke atas, transistor akan mula ditutup, dan arus dari pemancar ke pangkalan dan dari pemancar ke pengumpul akan mula berkurangan. Dalam rajah kanan semuanya adalah sama, hanya dengan transistor dengan kekonduksian yang berbeza.

Mod pengendalian transistor yang dianggap aktif. Apa gunanya? Adakah arus mengawal arus? Tepat sekali, tetapi caranya ialah pekali β boleh diukur dalam puluh dan
malah ratusan. Iaitu, untuk menukar arus yang mengalir dari pemancar ke pengumpul, kita hanya perlu menukar sedikit arus yang mengalir dari pemancar ke pangkalan.

Dalam mod aktif, transistor (dengan pendawaian yang sesuai) digunakan sebagai penguat.

Dah penat...jom rehat sikit...

Dan ke hadapan lagi!

Sekarang mari kita lihat bagaimana transistor berfungsi sebagai suis. Mari lihat gambarajah kiri. Biarkan suis S ditutup pada kedudukan 1. Dalam kes ini, tapak transistor melalui perintang R ditarik kepada kuasa positif, jadi tiada arus antara pemancar dan tapak dan transistor ditutup. Mari kita bayangkan bahawa kita mengalihkan suis S ke kedudukan 2. Voltan di pangkalan menjadi kurang daripada pada pemancar - arus muncul di antara pemancar dan pangkalan (nilainya ditentukan oleh rintangan R). Arus FE serta-merta timbul. Transistor terbuka dan lampu menyala. Jika kita kembalikan suis S ke kedudukan 1 semula, transistor akan ditutup dan lampu akan padam. (dalam rajah kanan semuanya sama, hanya transistor mempunyai kekonduksian yang berbeza)

Dalam kes ini, transistor dikatakan bertindak sebagai suis. Apa gunanya? Transistor bertukar antara dua keadaan - terbuka dan tertutup. Biasanya, apabila menggunakan transistor sebagai suis, mereka cuba memastikan bahawa dalam keadaan terbuka transistor hampir kepada tepu (pada masa yang sama, penurunan voltan antara pengumpul dan pemancar, dan oleh itu kerugian pada transistor, adalah minimum).Untuk tujuan ini, perintang pengehad dalam litar asas dikira dengan cara yang istimewa . Keadaan ketepuan dalam dan pemotongan dalam biasanya dielakkan, kerana dalam kes ini masa untuk menukar kunci dari satu keadaan ke keadaan lain meningkat.

Contoh kecil pengiraan. Bayangkan kita mengawal lampu pijar 12V, 50mA melalui transistor. Transistor kami bertindak sebagai suis, jadi dalam keadaan terbuka ia harus hampir dengan ketepuan. Kami tidak akan mengambil kira penurunan voltan antara pengumpul dan pemancar, kerana untuk mod tepu ia adalah susunan magnitud kurang daripada voltan bekalan. Oleh kerana arus 50 mA mengalir melalui lampu, kita perlu memilih transistor dengan arus EC maksimum sekurang-kurangnya 62.5 mA (biasanya disyorkan untuk menggunakan komponen pada 75% daripada parameter maksimumnya, ini adalah sejenis rizab) . Buka direktori dan cari transistor pnp yang sesuai. Contohnya KT361. Dalam kes kami, dari segi arus, mereka sesuai dengan indeks huruf "a, b, c, d", kerana voltan maksimum EC ialah 20V, tetapi dalam masalah kami ia hanya 12V.

Mari kita anggap bahawa kita akan menggunakan KT361A, dengan keuntungan dari 20 hingga 90. Oleh kerana kita memerlukan transistor untuk dijamin untuk dibuka sepenuhnya, kita akan menggunakan minimum Kus = 20 dalam pengiraan. Sekarang kita fikir. Apakah arus minimum yang mesti mengalir antara pemancar dan tapak untuk memberikan arus 50 mA melalui EC?

50 mA / 20 kali = 2.5 mA

Apakah perintang pengehad arus yang perlu dipasang untuk menghantar arus 2.5 mA melalui BE?

Semuanya mudah di sini. Hukum Ohm: I=U/R. Oleh itu R = (bekalan 12 V - kehilangan 0.65 V pada simpang pn BE) / 0.0025 A = 4540 Ohm. Oleh kerana 2.5 mA ialah arus minimum yang dalam kes kami harus mengalir dari pemancar ke pangkalan, anda perlu memilih perintang terdekat rintangan lebih rendah daripada julat standard. Sebagai contoh, dengan sisihan 5% ia akan menjadi perintang 4.3 kOhm.

Sekarang tentang arus. Untuk menyalakan lampu dengan arus undian 50 mA, kita perlu menukar arus hanya 2.5 mA. Dan ini adalah apabila menggunakan barangan pengguna, transistor murah, dengan Kus rendah, dibangunkan 40 tahun yang lalu. Adakah anda merasakan perbezaannya? Berapa banyak dimensi suis (dan oleh itu kosnya) boleh dikurangkan apabila menggunakan transistor.

Mari kita kembali kepada teori semula.

Dalam contoh yang dibincangkan di atas, kami hanya menggunakan satu daripada litar pensuisan transistor. Secara keseluruhan, bergantung pada tempat kami menghantar isyarat kawalan dan dari mana kami mengambil isyarat keluaran (elektrod mana yang biasa untuk isyarat ini), terdapat 3 litar utama untuk menghidupkan transistor bipolar (baik, logik, bukan? - transistor mempunyai 3 output, Ini bermakna jika anda membahagikan litar mengikut prinsip bahawa salah satu terminal adalah biasa, maka boleh ada 3 litar secara keseluruhan):

1) Litar pemancar sepunya.

Jika kita mengandaikan bahawa arus input ialah arus asas, voltan masukan ialah voltan di persimpangan BE, arus keluaran ialah arus pengumpul dan voltan keluaran ialah voltan antara pengumpul dan pemancar, maka kita boleh menulis bahawa: Iout/Iin=Iк/Ib= β, Rin=Ube/Ib.

Di samping itu, kerana Uout = Epit-Iк*R, adalah jelas bahawa, pertama, voltan keluaran dengan mudah boleh dibuat jauh lebih tinggi daripada input, dan kedua, bahawa voltan keluaran disongsangkan berkenaan dengan input (apabila Ube = Uin meningkat dan arus input meningkat - arus keluaran juga meningkat, tetapi Uke = Uout berkurangan).

Skim sambungan ini (untuk ringkasnya ia ditetapkan OE) adalah yang paling biasa, kerana ia membolehkan anda menguatkan kedua-dua arus dan voltan, iaitu, ia membolehkan anda mendapatkan penguatan kuasa maksimum. Saya perhatikan bahawa kuasa tambahan dari isyarat yang dikuatkan ini diambil bukan dari udara nipis dan bukan dari transistor itu sendiri, tetapi dari sumber kuasa (Epit), tanpanya transistor tidak akan dapat menguatkan apa-apa dan tidak akan ada arus. dalam litar keluaran sama sekali. (Saya fikir - kami akan menulis dengan lebih terperinci kemudian, dalam artikel berasingan, tentang bagaimana penguat transistor berfungsi dan cara mengiranya).

2) Skim dengan asas yang sama.

Di sini, arus masukan ialah arus pemancar, voltan masukan ialah voltan di persimpangan BE, arus keluaran ialah arus pengumpul, dan voltan keluaran ialah voltan pada beban yang disambungkan ke litar pengumpul. Untuk litar ini: Iout≈Iin, kerana Ik≈Ie, Rin=Ube/Ie.

Litar sedemikian (OB) hanya menguatkan voltan dan tidak menguatkan arus. Isyarat dalam kes ini tidak beralih dalam fasa.

3) Litar pengumpul biasa(pengikut pemancar).

Di sini, arus masukan ialah arus asas, dan voltan masukan disambungkan ke persimpangan transistor BE dan beban, arus keluaran ialah arus pemancar, dan voltan keluaran ialah voltan merentasi beban yang disambungkan ke litar pemancar. . Untuk litar ini: Iout/Iin=Ie/Ib=(I K +I B)/I B =β+1, kerana Biasanya pekali β agak besar, tetapi kadangkala Iout/Iin≈β dipertimbangkan. Rin=Ube/Ib+R. Uout/Uin=(Ube+Uout)/Uout≈1.

Seperti yang anda lihat, litar sedemikian (OK) menguatkan arus dan tidak menguatkan voltan. Isyarat dalam kes ini tidak beralih dalam fasa. Selain itu, litar ini mempunyai rintangan masukan yang paling tinggi.

Anak panah oren dalam rajah di atas menunjukkan litar aliran arus yang dicipta oleh sumber kuasa litar keluaran (Epit) dan isyarat input itu sendiri (Uin). Seperti yang anda lihat, dalam litar dengan OB, arus yang dicipta oleh Epit mengalir bukan sahaja melalui transistor, tetapi juga melalui sumber isyarat yang dikuatkan, dan dalam litar dengan OK, sebaliknya, arus yang dicipta oleh isyarat input mengalir bukan sahaja melalui transistor, tetapi juga melalui beban (menggunakan tanda-tanda ini anda boleh dengan mudah membezakan satu skema sambungan dari yang lain).

Dan akhirnya, mari kita bincangkan tentang cara menyemak transistor bipolar untuk kebolehgunaan. Dalam kebanyakan kes, kesihatan transistor boleh dinilai oleh keadaan persimpangan pn. Jika kita menganggap persimpangan pn ini secara bebas antara satu sama lain, maka transistor boleh diwakili sebagai gabungan dua diod (seperti dalam rajah di sebelah kiri). Secara umum, pengaruh bersama persimpangan pn adalah yang menjadikan transistor sebagai transistor, tetapi apabila menyemak, pengaruh bersama ini boleh diabaikan, kerana kita menggunakan voltan pada terminal transistor secara berpasangan (kepada dua terminal daripada tiga). Sehubungan itu, anda boleh menyemak persimpangan pn ini dengan multimeter biasa dalam mod ujian diod. Apabila anda menyambungkan probe merah (+) ke katod diod, dan yang hitam ke anod, simpang pn akan ditutup (multimeter menunjukkan rintangan yang sangat tinggi), jika anda menukar probe, simpang pn akan terbuka (meter berbilang menunjukkan penurunan voltan merentasi simpang pn terbuka, biasanya 0.6-0.8 V). Apabila menyambungkan probe antara pengumpul dan pemancar, multimeter akan menunjukkan rintangan tinggi yang tidak terhingga, tanpa mengira probe yang disambungkan kepada pengumpul dan yang mana kepada pemancar.

Akan bersambung…