Τι είναι το διπολικό τρανζίστορ και ποια είναι τα κυκλώματά του

Η χρήση ημιαγωγικών διατάξεων (SSD) είναι ευρέως διαδεδομένη στα ραδιοηλεκτρονικά. Αυτό έχει μειώσει το μέγεθος των διαφόρων συσκευών. Το διπολικό τρανζίστορ χρησιμοποιείται ευρέως, λόγω ορισμένων χαρακτηριστικών του, έχει ευρύτερη λειτουργικότητα από το απλό τρανζίστορ επίδρασης πεδίου. Για να γίνει κατανοητό για ποιο λόγο και υπό ποιες συνθήκες χρησιμοποιείται, είναι απαραίτητο να εξεταστούν η αρχή λειτουργίας, οι μέθοδοι σύνδεσης και η ταξινόμησή του.

Σχεδιασμός και λειτουργία

Το τρανζίστορ είναι ένας ηλεκτρονικός ημιαγωγός που αποτελείται από 3 ηλεκτρόδια, ένα εκ των οποίων είναι το ηλεκτρόδιο ελέγχου. Τα διπολικά τρανζίστορ διαφέρουν από τα πολικά τρανζίστορ στο ότι έχουν δύο τύπους φορέων φορτίου (αρνητικούς και θετικούς).

Τα αρνητικά φορτία είναι ηλεκτρόνια που απελευθερώνονται από το εξωτερικό κέλυφος του κρυσταλλικού πλέγματος. Στη θέση του απελευθερωμένου ηλεκτρονίου σχηματίζονται φορτία θετικού τύπου, ή οπές.

Η κατασκευή ενός διπολικού τρανζίστορ (BT) είναι αρκετά απλή, παρά την ευελιξία του. Αποτελείται από 3 στρώματα τύπου αγωγού: έναν εκπομπό (E), μια βάση (B) και έναν συλλέκτη (C).

Ο εκπομπός (λατινικά "απελευθερώνει") είναι ένας τύπος επαφής ημιαγωγού, του οποίου η κύρια λειτουργία είναι να εγχέει φορτία στη βάση. Ο συλλέκτης (στα λατινικά σημαίνει "συλλέκτης") χρησιμοποιείται για τη λήψη φορτίων από τον εκπομπό. Η βάση είναι το ηλεκτρόδιο ελέγχου.

Τα στρώματα εκπομπού και συλλέκτη είναι σχεδόν πανομοιότυπα, αλλά διαφέρουν ως προς τον βαθμό προσμίξεων που προστίθενται για τη βελτίωση των χαρακτηριστικών του αισθητήρα. Η προσθήκη προσμίξεων ονομάζεται πρόσμιξη. Για το στρώμα συλλέκτη (CL) η πρόσμιξη εκφράζεται ασθενώς για την αύξηση της τάσης συλλέκτη (Uk). Το στρώμα του ημιαγωγού εκπομπού είναι βαριά ντοπαρισμένο προκειμένου να αυξηθεί το αντίστροφο επιτρεπτό U της διάσπασης και να βελτιωθεί η έγχυση φορέων στο στρώμα βάσης (αυξάνει τον συντελεστή μεταφοράς ρεύματος - Kt). Το στρώμα βάσης είναι ασθενώς ντοπαρισμένο για να παρέχει μεγαλύτερη αντίσταση (R).

Η ένωση μεταξύ βάσης και εκπομπού έχει μικρότερη επιφάνεια από την Κ-Β. Η διαφορά στην περιοχή είναι αυτή που βελτιώνει το Kt. Όταν ένα PCB βρίσκεται σε λειτουργία, η ένωση Κ-Β ενεργοποιείται με αντίστροφη πόλωση για να δώσει το μεγαλύτερο μέρος της ποσότητας θερμότητας Q, η οποία διαχέεται και παρέχει καλύτερη ψύξη του κρυστάλλου.

Η ταχύτητα της ΒΤ εξαρτάται από το πάχος του στρώματος βάσης (BS). Η εξάρτηση αυτή είναι μια τιμή που μεταβάλλεται σύμφωνα με μια αντιστρόφως ανάλογη σχέση. Ένα μικρότερο πάχος έχει ως αποτέλεσμα ταχύτερη απόδοση. Η εξάρτηση αυτή σχετίζεται με το χρόνο διέλευσης των φορέων φορτίου. Ωστόσο, ταυτόχρονα μειώνεται η Uk.

Μεταξύ του εκπομπού και του Κ ρέει υψηλό ρεύμα, το οποίο ονομάζεται ρεύμα Κ (Ik). Μια μικρή ποσότητα ρεύματος ρέει μεταξύ του E και του B - ρεύμα B (Ib), το οποίο χρησιμοποιείται για τον έλεγχο. Όταν αλλάζει το Ib, θα υπάρξει αλλαγή στο Ik.

Το τρανζίστορ έχει δύο επαφές p-n, E-B και K-B. Όταν είναι ενεργό, το E-B συνδέεται με εμπρόσθια πόλωση και το K-B συνδέεται με ανάστροφη πόλωση. Δεδομένου ότι η σύνδεση E-B είναι ανοικτή, τα αρνητικά φορτία (ηλεκτρόνια) ρέουν στο B. Ακολουθεί ο μερικός ανασυνδυασμός τους με οπές. Ωστόσο, τα περισσότερα από τα ηλεκτρόνια φτάνουν στο Κ-Β λόγω της χαμηλής πρόσμιξης και του πάχους του Β.

Στο BS, τα ηλεκτρόνια είναι φορείς φορτίου που δεν είναι βασικοί και το ηλεκτρομαγνητικό πεδίο τα βοηθά να ξεπεράσουν τη μετάβαση Κ-Β. Καθώς το Ib αυξάνεται, το άνοιγμα E-B θα διευρυνθεί και περισσότερα ηλεκτρόνια θα διατρέχουν μεταξύ E και K. Αυτό θα οδηγήσει σε σημαντική ενίσχυση του σήματος χαμηλού πλάτους, επειδή το Ik είναι μεγαλύτερο από το Ib.

Για να κατανοήσουμε ευκολότερα τη φυσική έννοια του διπολικού τρανζίστορ, πρέπει να το συσχετίσουμε με ένα ενδεικτικό παράδειγμα. Πρέπει να υποθέσουμε ότι η αντλία νερού είναι η πηγή ενέργειας, η βρύση είναι το τρανζίστορ, το νερό είναι Ik και ο βαθμός στροφής της λαβής της βρύσης είναι Ib. Για να αυξήσετε την κεφαλή πρέπει να γυρίσετε λίγο τη βρύση - να εκτελέσετε μια ενέργεια ελέγχου. Από το παράδειγμα μπορεί να συναχθεί το συμπέρασμα ότι η αρχή της λειτουργίας του PP είναι απλή.

Ωστόσο, με μια σημαντική αύξηση του U στη διασταύρωση Κ-Β μπορεί να προκύψει κρουστικός ιονισμός, συνέπεια του οποίου είναι η διάδοση του φορτίου σε χιονοστιβάδα. Αυτή η διαδικασία, όταν συνδυάζεται με το φαινόμενο σήραγγας, προκαλεί ηλεκτρική και, με την αύξηση του χρόνου, θερμική διάσπαση που προκαλεί αστοχία της πλακέτας. Μερικές φορές η θερμική διάσπαση συμβαίνει χωρίς την ηλεκτρική διάσπαση, ως αποτέλεσμα της σημαντικής αύξησης του ρεύματος μέσω της εξόδου του συλλέκτη.

Επιπλέον, όταν το U αλλάζει στα K-B και E-B, το πάχος αυτών των στρωμάτων αλλάζει, εάν το B είναι λεπτό, εμφανίζεται ένα φαινόμενο σύσφιξης (που ονομάζεται επίσης διάτρηση B), στο οποίο οι διασταυρώσεις K-B και E-B συνδέονται. Ως αποτέλεσμα αυτού του φαινομένου, η ΡΡ παύει να εκτελεί τη λειτουργία της.

Τρόποι λειτουργίας

Ένα τρανζίστορ διπολικού τύπου μπορεί να λειτουργήσει σε 4 καταστάσεις:

1. Ενεργός.
2. Αποκοπή (PO).
3. Κορεσμός (SS).
4. Εμπόδιο (RB).

Ο ενεργός τρόπος λειτουργίας των BT μπορεί να είναι κανονικός (NAR) και αντίστροφος (IAR).

Κανονική ενεργή λειτουργία

Σε αυτόν τον τρόπο λειτουργίας, η U, η οποία είναι άμεση και ονομάζεται τάση E-B (Ue-B), ρέει στη διασταύρωση E-B. Η λειτουργία αυτή θεωρείται βέλτιστη και χρησιμοποιείται στα περισσότερα κυκλώματα. Η ένωση Ε εγχέει φορτία στην περιοχή της βάσης, τα οποία κινούνται προς τον συλλέκτη. Το τελευταίο επιταχύνει τα φορτία, δημιουργώντας ένα φαινόμενο ενίσχυσης.

Αντίστροφη ενεργή λειτουργία

Σε αυτή τη λειτουργία η σύνδεση Κ-Β είναι ανοικτή. Η ΒΤ λειτουργεί προς την αντίθετη κατεύθυνση, δηλαδή από το Κ εγχέονται οι φορείς φορτίου οπών που διέρχονται από το Β. Συλλέγονται από τη μετάβαση Ε. Οι ιδιότητες κέρδους της ΒΤ είναι ασθενείς και οι ΒΤ σπάνια χρησιμοποιούνται σε αυτόν τον τρόπο.

Λειτουργία κορεσμού

Στο PH και οι δύο διασταυρώσεις είναι ανοικτές. Συνδέοντας τα E-B και K-B με εξωτερικές πηγές προς τα εμπρός, το BT θα λειτουργεί σε PH. Το ηλεκτρομαγνητικό πεδίο διάχυσης των διακλαδώσεων Ε και Κ εξασθενεί από το ηλεκτρικό πεδίο που δημιουργείται από εξωτερικές πηγές. Αυτό θα έχει ως αποτέλεσμα τη μείωση της χωρητικότητας φραγμού και τον περιορισμό της ικανότητας διάχυσης των κύριων φορέων φορτίου. Αυτό θα αρχίσει να εγχέει οπές από το E και το K στο B. Αυτή η λειτουργία χρησιμοποιείται κυρίως στην αναλογική τεχνολογία, ωστόσο μπορεί να υπάρχουν εξαιρέσεις σε ορισμένες περιπτώσεις.

Λειτουργία αποκοπής

Σε αυτή τη λειτουργία το ΒΤ είναι εντελώς κλειστό και δεν μπορεί να οδηγήσει ρεύμα. Ωστόσο, υπάρχουν μικρές ροές μη βασικών φορέων φορτίου στη ΒΤ, οι οποίες δημιουργούν θερμικά ρεύματα με μικρές τιμές. Αυτή η λειτουργία χρησιμοποιείται σε διάφορους τύπους προστασίας από υπερφόρτωση και βραχυκύκλωμα.

Λειτουργία φραγμού

Η βάση του ΒΤ συνδέεται μέσω μιας αντίστασης με το Κ. Στο κύκλωμα Κ ή Ε περιλαμβάνεται μια αντίσταση, η οποία ρυθμίζει την ποσότητα του ρεύματος (Ι) που διέρχεται από το ΒΤ. Το BR χρησιμοποιείται συχνά σε κυκλώματα, καθώς επιτρέπει στο BT να λειτουργεί σε οποιαδήποτε συχνότητα και σε μεγαλύτερο εύρος θερμοκρασιών.

Διαγράμματα καλωδίωσης

Για τη σωστή εφαρμογή και καλωδίωση των PDs, πρέπει να γνωρίζετε την ταξινόμηση και τον τύπο τους. Ταξινόμηση των διπολικών τρανζίστορ:

1. Υλικό κατασκευής: γερμάνιο, πυρίτιο και αρσενίδιο γαλλίου.
2. Χαρακτηριστικά κατασκευής.
3. Απώλεια ισχύος: Χαμηλή ισχύς (έως 0,25 W), μεσαία ισχύς (0,25-1,6 W), υψηλή ισχύς (πάνω από 1,6 W).
4. Όριο συχνότητας: Χαμηλή συχνότητα (έως 2,7 MHz), μεσαία συχνότητα (2,7-32 MHz), υψηλή συχνότητα (32-310 MHz), υπερυψηλή συχνότητα (άνω των 310 MHz).
5. Λειτουργικός σκοπός.

Ο λειτουργικός σκοπός των ΒΤ χωρίζεται στους ακόλουθους τύπους:

1. Ενισχυτές χαμηλών συχνοτήτων με κανονικοποιημένο και μη κανονικοποιημένο δείκτη θορύβου (NNNFS).
2. Ενισχυτές υψηλής συχνότητας με χαμηλό λόγο θορύβου (LNNKNSH).
3. Ενισχυτής υπερυψηλών συχνοτήτων με NiNNSCh.
4. Ενισχυτής υψηλής τάσης υψηλής ισχύος.
5. Γεννήτρια υψηλής και υπερυψηλής συχνότητας
6. Ενισχυτές μεταγωγής υψηλής τάσης χαμηλής και υψηλής ισχύος.
7. Παλμική ισχύς υψηλής ισχύος για λειτουργία με υψηλή τιμή U.

Επιπλέον, υπάρχουν τύποι διπολικών τρανζίστορ:

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

Υπάρχουν 3 κυκλώματα για τη μεταγωγή διπολικού τρανζίστορ, το καθένα με τα δικά του πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα:

1. Γενικός Β.
2. Κοινή Ε.
3. Κοινός Κ.

Σύνδεση κοινής βάσης (CB)

Αυτό το κύκλωμα χρησιμοποιείται σε υψηλές συχνότητες, επιτρέποντας τη βέλτιστη χρήση της απόκρισης συχνότητας. Η σύνδεση ενός μεμονωμένου CT σε λειτουργία OhB και στη συνέχεια σε λειτουργία OB θα ενισχύσει την απόκριση συχνότητάς του. Αυτό το σχήμα σύνδεσης χρησιμοποιείται σε ενισχυτές τύπου κεραίας. Τα επίπεδα θορύβου στις υψηλές συχνότητες μειώνονται.

Πλεονεκτήματα:

1. Βέλτιστες τιμές θερμοκρασίας και ευρύ φάσμα συχνοτήτων (f).
2. Υψηλή αξία Uk-.

Μειονεκτήματα:

1. Χαμηλό κέρδος I.
2. Χαμηλή είσοδος R.

Σύνδεση ανοικτού εκπομπού (OhE)

Όταν συνδέονται σε αυτό το κύκλωμα, εμφανίζεται η ενίσχυση U και I. Το κύκλωμα μπορεί να τροφοδοτείται από μία μόνο πηγή. Χρησιμοποιείται συχνά σε ενισχυτές ισχύος (P).

Πλεονεκτήματα:

1. Υψηλό κέρδος I, U, P.
2. Ενιαία παροχή ρεύματος.
3. Αντιστρέφει την εναλλασσόμενη έξοδο U σε σχέση με την είσοδο.

Έχει ένα σημαντικό μειονέκτημα: Χαμηλότερη σταθερότητα στη θερμοκρασία και χειρότερη απόκριση συχνότητας από τη σύνδεση με δακτύλιο Ο-ring.

Κοινή σύνδεση συλλέκτη (OC)

Το U εισόδου μεταδίδεται πλήρως πίσω στην είσοδο και το Ki είναι παρόμοιο με αυτό της σύνδεσης Oh, αλλά το U είναι χαμηλό.

Αυτός ο τύπος μεταγωγής χρησιμοποιείται για την αντιστοίχιση σταδίων που βασίζονται σε τρανζίστορ ή με μια πηγή εισόδου που έχει υψηλή έξοδο R (μικρόφωνο τύπου πυκνωτή ή ηχοληψία). Τα πλεονεκτήματα είναι η υψηλή τιμή R εισόδου και η χαμηλή τιμή R εξόδου. Το μειονέκτημα είναι η χαμηλή ενίσχυση U.

Κύρια χαρακτηριστικά των διπολικών τρανζίστορ

Βασικά χαρακτηριστικά των ΒΤ:

1. I- κέρδος.
2. Είσοδος και έξοδος R.
3. Αντίστροφη Ι-κε.
4. Ώρα ενεργοποίησης.
5. Συχνότητα μετάδοσης Ib.
6. Αντίστροφη Ik.
7. Μέγιστη τιμή I.

Εφαρμογές

Τα διπολικά τρανζίστορ χρησιμοποιούνται ευρέως σε όλους τους τομείς της ανθρώπινης δραστηριότητας. Η κύρια εφαρμογή είναι σε συσκευές ενίσχυσης, παραγωγής ηλεκτρικών σημάτων και ως στοιχείο μεταγωγής. Χρησιμοποιούνται σε διάφορους ενισχυτές ισχύος, συμβατικά και διακοπτόμενα τροφοδοτικά με δυνατότητα ελέγχου U και I και στην τεχνολογία υπολογιστών.

Επιπλέον, χρησιμοποιούνται συχνά για την κατασκευή διαφόρων τύπων προστασίας των καταναλωτών από υπερφορτώσεις, αιχμές στο U και βραχυκυκλώματα. Χρησιμοποιούνται ευρέως στις εξορυκτικές και μεταλλουργικές βιομηχανίες.

Σχετικά άρθρα: