Apa itu transistor bipolar dan apa sirkuit switching?

Penggunaan perangkat semikonduktor (SSD) tersebar luas di elektronik radio. Ini telah mengurangi ukuran berbagai perangkat. Transistor bipolar banyak digunakan, karena beberapa fitur fungsinya lebih luas daripada transistor efek medan sederhana. Untuk memahami untuk apa itu digunakan dan dalam kondisi apa itu digunakan, perlu untuk mempertimbangkan prinsip operasi, metode koneksi, dan klasifikasinya.

Prinsip Desain dan Operasi

Transistor adalah semikonduktor elektronik yang terdiri dari 3 elektroda, salah satunya adalah elektroda pengontrol. Transistor bipolar berbeda dari transistor kutub dengan adanya dua jenis pembawa muatan (negatif dan positif).

Muatan negatif mewakili elektron yang dilepaskan dari kulit terluar kisi kristal. Jenis muatan positif, atau lubang, terbentuk menggantikan elektron yang dilepaskan.

Desain transistor bipolar (BT) cukup sederhana, terlepas dari keserbagunaannya.Ini terdiri dari 3 lapisan tipe konduktor: emitor (E), basis (B) dan kolektor (C).

Emitor (dari bahasa Latin "melepaskan") adalah jenis sambungan semikonduktor yang fungsi utamanya adalah untuk menyuntikkan muatan ke basis. Kolektor (bahasa Latin untuk "kolektor") berfungsi untuk menerima muatan emitor. Basis adalah elektroda kontrol.

Lapisan emitor dan kolektor hampir identik, tetapi berbeda dalam tingkat di mana kotoran ditambahkan untuk meningkatkan karakteristik sensor. Penambahan pengotor disebut doping. Untuk lapisan kolektor (CL), doping dinyatakan lemah untuk meningkatkan tegangan kolektor (Uk). Lapisan semikonduktor emitor didoping berat untuk meningkatkan U terbalik yang diizinkan dan meningkatkan injeksi pembawa ke lapisan dasar (meningkatkan koefisien transfer arus - Kt). Lapisan dasar didoping dengan lemah untuk memberikan lebih banyak resistensi (R).

Transisi antara basis dan emitor lebih kecil di daerah dari K-B. Perbedaan area inilah yang meningkatkan Kt. Persimpangan K-B diaktifkan dengan bias terbalik untuk melepaskan sebagian besar panas Q, yang dihamburkan dan memberikan pendinginan kristal yang lebih baik.

Kinerja BT tergantung pada ketebalan lapisan dasar (BS). Ketergantungan ini adalah nilai yang bervariasi dengan hubungan berbanding terbalik. Ketebalan yang lebih kecil menghasilkan kinerja yang lebih cepat. Ketergantungan ini terkait dengan waktu transit pembawa muatan. Namun, pada saat yang sama, Inggris menurun.

Arus kuat mengalir antara emitor dan K, yang disebut arus K (Ik). Antara E dan B mengalir arus kecil, yang disebut arus B (Ib), yang digunakan untuk kontrol. Ketika Ib berubah, akan terjadi perubahan Ik.

Transistor memiliki dua p-n junction: E-B dan K-B. Saat aktif, E-B terhubung dengan bias maju, dan K-B terhubung dengan bias mundur.Karena sambungan E-B terbuka, muatan negatif (elektron) mengalir ke B. Setelah itu terjadi rekombinasi parsial dengan lubang. Namun, sebagian besar elektron mencapai K-B karena doping dan ketebalan B yang kecil.

Dalam BS, elektron adalah pembawa muatan nonesensial, dan medan elektromagnetik membantu mereka mengatasi transisi K-B. Ketika Ib meningkat, bukaan E-B akan melebar dan lebih banyak elektron akan berjalan antara E dan K. Dalam hal ini akan terjadi amplifikasi yang signifikan dari sinyal amplitudo rendah, karena Ik lebih besar dari Ib.

Untuk memahami arti fisik transistor tipe bipolar dengan lebih mudah, perlu dikaitkan dengan contoh yang jelas. Kita harus berasumsi bahwa pompa untuk memompa air adalah sumber listrik, keran air adalah transistor, air adalah Ik, tingkat putaran kenop keran adalah Ib. Untuk menambah kepala, Anda perlu sedikit memutar keran - untuk melakukan tindakan kontrol. Berdasarkan contoh tersebut, kita dapat menyimpulkan tentang prinsip sederhana operasi PP.

Namun, dengan peningkatan U yang signifikan di persimpangan K-B, ionisasi kejut dapat terjadi, akibatnya adalah penggandaan muatan. Ketika dikombinasikan dengan efek terowongan, proses ini memberikan listrik dan, dengan bertambahnya waktu, kerusakan termal, yang membuat BC tidak berfungsi. Terkadang kerusakan termal terjadi tanpa gangguan listrik sebagai akibat dari peningkatan arus yang signifikan melalui keluaran kolektor.

Selain itu, ketika U berubah pada K-B dan E-B, ketebalan lapisan ini berubah, jika B tipis, ada efek membungkuk (juga disebut tusukan B), di mana persimpangan K-B dan E-B terhubung. Akibat fenomena ini, PP berhenti menjalankan fungsinya.

Mode Operasi

Transistor tipe bipolar dapat beroperasi dalam 4 mode:

1. Aktif.
2. Batas (RO).
3. Saturasi (SS).
4. Penghalang (RB).

Mode aktif BT bisa normal (NAR) dan inverse (IAR).

Mode aktif biasa

Dalam mode ini, U, yang searah dan disebut tegangan E-B (Ue-B), mengalir di persimpangan E-B. Mode ini dianggap optimal dan digunakan di sebagian besar sirkuit. Persimpangan E menyuntikkan muatan ke daerah basis, yang bergerak ke kolektor. Yang terakhir mempercepat biaya, menciptakan efek keuntungan.

Mode Aktif Terbalik

Dalam mode ini persimpangan K-B terbuka. BT beroperasi dalam arah yang berlawanan, yaitu, dari K ada injeksi pembawa muatan lubang yang melewati B. Mereka dikumpulkan oleh transisi E. Sifat penguatan BT lemah, dan BT jarang digunakan dalam mode ini.

Modus saturasi.

Di PH, kedua persimpangan terbuka. Ketika E-B dan K-B terhubung ke sumber eksternal dalam arah maju, BT akan beroperasi di PH. Medan elektromagnetik difusi dari sambungan E dan K dilemahkan oleh medan listrik yang dihasilkan oleh sumber eksternal. Akibatnya, akan terjadi penurunan kemampuan penghalang dan keterbatasan kemampuan difusi pembawa muatan utama. Injeksi lubang dari persimpangan E dan K ke B dimulai. Mode ini sebagian besar digunakan dalam teknologi analog, tetapi dalam beberapa kasus mungkin ada pengecualian.

Mode Pemutusan

Dalam mode ini, BT benar-benar tertutup dan tidak dapat menghantarkan arus. Namun, ada fluks pembawa muatan nonesensial yang tidak signifikan di BT, yang menciptakan arus termal dengan nilai kecil. Mode ini digunakan dalam berbagai jenis perlindungan kelebihan beban dan hubung singkat.

Mode Penghalang

Basis PD dihubungkan melalui resistor ke K. Sebuah resistor termasuk dalam rangkaian K atau E, yang mengatur jumlah arus (I) melalui PD. BR sering digunakan di sirkuit karena memungkinkan BT beroperasi pada frekuensi apa pun dan pada rentang suhu yang lebih besar.

Diagram Pengkabelan

Untuk aplikasi dan pengkabelan PD yang benar, Anda perlu mengetahui klasifikasi dan jenisnya. Klasifikasi Transistor Bipolar:

1. Bahan pembuatan: germanium, silikon dan galium arsenida.
2. Fitur fabrikasi.
3. Disipasi daya: daya rendah (hingga 0,25 W), daya sedang (0,25-1,6 W), daya tinggi (di atas 1,6 W).
4. Batas frekuensi: frekuensi rendah (hingga 2,7 MHz), frekuensi sedang (2,7-32 MHz), frekuensi tinggi (32-310 MHz), frekuensi ultratinggi (lebih dari 310 MHz).
5. Tujuan Fungsional.

Tujuan fungsional BT dibagi menjadi beberapa jenis berikut:

1. Amplifier frekuensi rendah dengan noise figure ternormalisasi dan non-normalisasi (NNNKNSH).
2. Amplifier frekuensi tinggi dengan NiNKNSH.
3. Memperkuat frekuensi ultra tinggi dengan NiNNFSH.
4. Penguat tegangan tinggi yang kuat.
5. Generator dengan frekuensi tinggi dan ultra tinggi.
6. Peralihan tegangan tinggi daya rendah dan daya tinggi.
7. Berdenyut daya tinggi untuk operasi nilai-U tinggi.

Selain itu, ada jenis transistor bipolar:

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

Ada 3 rangkaian untuk mengganti transistor bipolar, masing-masing dengan kelebihan dan kekurangannya sendiri:

1. Jenderal B
2. E umum
3. umum K

Peralihan Basis Umum (CB)

Sirkuit ini digunakan pada frekuensi tinggi, memungkinkan penggunaan respons frekuensi secara optimal. Menghubungkan satu BT dalam mode Oh dan kemudian dalam mode OB akan memperkuat respons frekuensinya. Skema koneksi ini digunakan pada amplifier tipe antena. Tingkat kebisingan pada frekuensi tinggi berkurang.

Keuntungan:

1. Nilai suhu optimal dan rentang frekuensi yang lebar (f).
2. Nilai Inggris yang tinggi.

Kekurangan:

1. Rendah saya untung.
2. masukan rendah R

Koneksi emitor terbuka (OhE)

Dengan rangkaian ini terjadi penguatan U dan I. Sirkuit dapat diaktifkan dari satu sumber. Sering digunakan pada power amplifier (P).

Keuntungan:

1. Gain I, U, P tinggi.
2. Catu daya tunggal.
3. Ini membalikkan output bolak-balik U relatif terhadap input.

Ini memiliki kelemahan yang signifikan: stabilitas suhu terendah dan respons frekuensi lebih buruk daripada koneksi OB.

Koneksi Kolektor Umum (OC)

Input U sepenuhnya ditransmisikan kembali ke input, dan Ki mirip dengan koneksi OC, tetapi U rendah.

Jenis inklusi ini digunakan untuk mencocokkan tahapan yang dibuat pada transistor, atau dengan sumber sinyal input yang memiliki output R tinggi (mikrofon tipe kondensor atau pickup suara). Keuntungannya adalah nilai R input tinggi dan nilai R output rendah. Kerugiannya adalah amplifikasi U yang rendah.

Karakteristik utama transistor bipolar

Karakteristik utama BT:

1. saya mendapatkan.
2. Masukan dan keluaran R
3. Invers I-ke.
4. Waktu pengaktifan.
5. Frekuensi transmisi Ib.
6. Terbalik Ik.
7. Nilai-I maksimum.

Aplikasi

Transistor bipolar banyak digunakan di semua bidang aktivitas manusia. Aplikasi utama adalah dalam perangkat untuk amplifikasi, pembangkitan sinyal listrik, serta elemen switching. Mereka digunakan di berbagai penguat daya, dalam catu daya biasa dan mode sakelar dengan kemungkinan mengatur nilai U dan I, dalam teknologi komputer.

Selain itu, mereka sering digunakan untuk membangun berbagai perlindungan konsumen terhadap kelebihan beban, lonjakan U, korsleting. Banyak digunakan di pertambangan, industri metalurgi.

Artikel terkait: