Mis on bipolaarne transistor ja millised on lülitusahelad

Pooljuhtseadmete (SSD) kasutamine on raadioelektroonikas laialt levinud. See on vähendanud erinevate seadmete suurust. Bipolaarset transistorit kasutatakse laialdaselt, mõne funktsiooni tõttu on selle funktsionaalsus laiem kui lihtsal väljatransistoril. Et mõista, milleks ja millistel tingimustel seda kasutatakse, on vaja arvestada selle tööpõhimõtet, ühendusmeetodeid ja klassifikatsiooni.

Disain ja tööpõhimõte

Transistor on elektrooniline pooljuht, mis koosneb 3 elektroodist, millest üks on juht. Bipolaarne transistor erineb polaartransistorist kahte tüüpi laengukandjate (negatiivse ja positiivse) olemasolu poolest.

Negatiivsed laengud tähistavad elektrone, mis vabanevad kristallvõre väliskestast. Vabanenud elektroni asemele moodustuvad positiivset tüüpi laeng ehk augud.

Bipolaarse transistori (BT) disain on vaatamata selle mitmekülgsusele üsna lihtne.See koosneb kolmest juhi tüüpi kihist: emitter (E), alus (B) ja kollektor (C).

Emitter (ladina keelest "vabastama") on teatud tüüpi pooljuhtide ristmik, mille põhiülesanne on sisestada laenguid alusesse. Koguja (ladina keeles "kollektor") on ette nähtud emitteri laengute vastuvõtmiseks. Alus on juhtelektrood.

Emitteri ja kollektori kihid on peaaegu identsed, kuid erinevad anduri omaduste parandamiseks lisandite lisamise astmelt. Lisandite lisamist nimetatakse dopinguks. Kollektorikihi (CL) puhul on doping nõrgalt väljendatud, et tõsta kollektori pinget (Uk). Emitteri pooljuhtide kiht on tugevalt legeeritud, et suurendada purunemise vastupidist lubatud U-d ja parandada kandja sisestamist aluskihti (suurendab voolu ülekandekoefitsienti - Kt). Aluskiht on nõrgalt legeeritud, et tagada suurem vastupidavus (R).

Üleminek baasi ja emitteri vahel on pindalalt väiksem kui K-B. Pindala erinevus on see, mis parandab Kt. K-B ristmik lülitatakse sisse vastupidise eelpingega, et vabastada suurem osa soojusest Q, mis hajub ja tagab kristalli parema jahutamise.

BT jõudlus sõltub aluskihi (BS) paksusest. See sõltuvus on väärtus, mis muutub pöördvõrdeliselt. Väiksem paksus tagab kiirema jõudluse. See sõltuvus on seotud laengukandjate üleminekuajaga. Kuid samal ajal Uk väheneb.

Emitteri ja K vahel voolab tugev vool, mida nimetatakse K vooluks (Ik). E ja B vahel voolab väike vool, mida nimetatakse B vooluks (Ib), mida kasutatakse juhtimiseks. Kui Ib muutub, toimub muutus ka Ik-s.

Transistoril on kaks p-n üleminekut: E-B ja K-B. Kui see on aktiivne, on E-B ühendatud päripingega ja K-B on ühendatud vastupidise nihkega.Kuna E-B ristmik on avatud, voolavad negatiivsed laengud (elektronid) B-sse. Pärast seda toimub nende osaline rekombinatsioon aukudega. Kuid enamik elektrone jõuab K-B-ni B väikese dopingu ja paksuse tõttu.

BS-is on elektronid ebaolulised laengukandjad ja elektromagnetväli aitab neil K-B üleminekust üle saada. Kui Ib suureneb, E-B ava laieneb ja rohkem elektrone hakkab jooksma E ja K vahel. Sel juhul toimub madala amplituudiga signaali oluline võimendus, kuna Ik on suurem kui Ib.

Bipolaarset tüüpi transistori füüsikalise tähenduse lihtsamaks mõistmiseks on vaja seda seostada selge näitega. Peame eeldama, et vee pumpamiseks mõeldud pump on toiteallikaks, veekraan on transistor, vesi on Ik, kraani nupu pöördeaste on Ib. Pea suurendamiseks peate kraani veidi keerama - juhttoimingu tegemiseks. Näite põhjal saame järeldada PP toimimise lihtsat põhimõtet.

U olulise suurenemisega K-B ristmikul võib aga tekkida löökionisatsioon, mille tagajärjeks on laengu laviini paljunemine. Kombineerituna tunneliefektiga põhjustab see protsess elektrilise ja aja jooksul ka termilise rikke, mis paneb BC välja. Mõnikord toimub termiline rike ilma elektrilise rikketa kollektori väljundit läbiva voolu olulise suurenemise tagajärjel.

Lisaks muutub U muutumisel K-B ja E-B peal nende kihtide paksus, kui B on õhuke, tekib kummardusefekt (seda nimetatakse ka B punktsiooniks), milles K-B ja E-B ristmikud on ühendatud. Selle nähtuse tagajärjel lakkab PP oma funktsioone täitmast.

Töörežiimid

Bipolaarset tüüpi transistor võib töötada neljas režiimis:

1. Aktiivne.
2. Lõikepiir (RO).
3. Küllastus (SS).
4. Barjäär (RB).

BT-de aktiivne režiim võib olla tavaline (NAR) ja pöördrežiim (IAR).

Tavaline aktiivne režiim

Selles režiimis voolab E-B ristmikul U, mis on otsene ja mida nimetatakse E-B pingeks (Ue-B). Režiimi peetakse optimaalseks ja seda kasutatakse enamikus vooluringides. E-ristmik sisestab baaspiirkonda laenguid, mis liiguvad kollektorisse. Viimane kiirendab laenguid, luues võimendusefekti.

Inverse Active Mode

Selles režiimis on K-B ristmik avatud. BT töötab vastupidises suunas, st K-st toimub B-d läbivate auklaengukandjate süstimine. Need kogutakse kokku E-siirde abil. BT võimendusomadused on nõrgad ja BT-sid kasutatakse selles režiimis harva.

Küllastusrežiim.

PH-s on mõlemad ristmikud avatud. Kui E-B ja K-B on ettepoole ühendatud väliste allikatega, töötab BT PH-režiimis. E ja K ristmike difusioonelektromagnetvälja nõrgendab väliste allikate tekitatud elektriväli. Selle tulemusena väheneb peamiste laengukandjate barjäärivõime ja piiratakse difusioonivõimet. Algab aukude süstimine E ja K ristmikult B-sse. Seda režiimi kasutatakse enamasti analoogtehnoloogias, kuid mõnel juhul võib esineda ka erandeid.

Lõikerežiim

Selles režiimis on BT täielikult suletud ega suuda voolu juhtida. Siiski on BT-s ebaoluliste laengukandjate vood, mis tekitavad väikese väärtusega soojusvoolu. Seda režiimi kasutatakse erinevat tüüpi ülekoormus- ja lühisekaitses.

Barjäärirežiim

PD alus on takisti kaudu ühendatud K-ga. Takisti on kaasatud K- või E-ahelasse, mis määrab PD-d läbiva vooluhulga (I). BR-i kasutatakse sageli ahelates, kuna see võimaldab BT-del töötada mis tahes sagedusel ja suuremas temperatuurivahemikus.

Ühendusskeemid

PD-de õigeks rakendamiseks ja ühendamiseks peate teadma nende klassifikatsiooni ja tüüpi. Bipolaarsete transistoride klassifikatsioon:

1. Valmistamismaterjal: germaanium, räni ja arseniidgallium.
2. Valmistamise omadused.
3. Võimsuse hajumine: väikese võimsusega (kuni 0,25 W), keskmise võimsusega (0,25-1,6 W), suure võimsusega (üle 1,6 W).
4. Sageduspiirang: madalsagedus (kuni 2,7 MHz), keskmine sagedus (2,7-32 MHz), kõrge sagedus (32-310 MHz), ülikõrge sagedus (üle 310 MHz).
5. Funktsionaalne eesmärk.

BT-de funktsionaalne eesmärk on jagatud järgmisteks tüüpideks:

1. Normaliseeritud ja normaliseerimata mürafiguuriga (NNNKNSH) madalsagedusvõimendid.
2. NiNKNSH-ga kõrgsagedusvõimendid.
3. Ülikõrge sageduse võimendamine NiNNFSH-ga.
4. Võimas kõrgepinge võimendi.
5. Kõrgete ja ülikõrgete sagedustega generaator.
6. Väikese ja suure võimsusega kõrgepinge lülitus.
7. Suure võimsusega impulss suure U-väärtusega töötamiseks.

Lisaks on olemas järgmist tüüpi bipolaarsed transistorid:

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

Bipolaarse transistori lülitamiseks on 3 ahelat, millest igaühel on oma eelised ja puudused:

1. Kindral B.
2. Tavaline E.
3. Tavaline K.

Ühise baasi (CB) vahetamine

Ahelat kasutatakse kõrgetel sagedustel, mis võimaldab sagedusreaktsiooni optimaalselt kasutada. Ühe BT ühendamine Oh-režiimis ja seejärel OB-režiimis võimendab selle sagedusreaktsiooni. Seda ühendusskeemi kasutatakse antenni tüüpi võimendites. Müra tase kõrgetel sagedustel väheneb.

Eelised:

1. Optimaalsed temperatuuriväärtused ja lai sagedusvahemik (f).
2. Kõrge Ühendkuningriigi väärtus.

Puudused:

1. Ma võidan madalalt.
2. Madal sisend R.

Avatud emitteri (OhE) ühendus

Selle ahelaga toimub U ja I võimendus. Vooluahelat saab toita ühest allikast. Sageli kasutatakse võimsusvõimendites (P).

Eelised:

1. Kõrge I, U, P võimendus.
2. Ühekordne toiteallikas.
3. See inverteerib väljundi vahelduva U sisendi suhtes.

Sellel on olulisi puudusi: madalaim temperatuuri stabiilsus ja sagedusreaktsioon on halvem kui OB-ühenduse puhul.

Ühine kollektori ühendus (OC)

Sisend U edastatakse täielikult tagasi sisendisse ja Ki on sarnane OC-ühendusele, kuid U on madal.

Seda tüüpi kaasamist kasutatakse transistoridel tehtud astmete sobitamiseks või sisendsignaaliallikaga, millel on kõrge väljund R (kondensaator-tüüpi mikrofon või helivõtt). Eelised on kõrge sisendi R väärtus ja madal väljund R väärtus. Puuduseks on madal U-võimendus.

Bipolaarsete transistoride peamised omadused

BT peamised omadused:

1. ma võidan.
2. Sisend ja väljund R.
3. Inverse I-ke.
4. Sisselülitusaeg.
5. Edastamise sagedus Ib.
6. Inverse Ik.
7. Maksimaalne I-väärtus.

Rakendused

Bipolaarseid transistore kasutatakse laialdaselt kõigis inimtegevuse valdkondades. Peamine rakendus on seadmetes võimendamiseks, elektriliste signaalide genereerimiseks, aga ka lülituselementideks. Neid kasutatakse erinevates võimsusvõimendites, tavalistes ja lülitusrežiimis U ja I väärtuste reguleerimise võimalusega toiteallikates, arvutitehnikas.

Lisaks kasutatakse neid sageli erinevate tarbijakaitsete ehitamiseks ülekoormuste, U naelu, lühiste eest. Laialdaselt kasutatav mäetööstuses, metallurgiatööstuses.

Seotud artiklid: