無線電子機器では、半導体デバイス (SSD) が広く使用されています。これにより、さまざまなデバイスのサイズが縮小されました。バイポーラトランジスタは、単純な電界効果トランジスタよりも機能が広いいくつかの機能により、広く使用されています。それが何のために、どのような条件下で使用されるかを理解するには、その動作原理、接続方法、および分類を考慮する必要があります。
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設計と動作原理
トランジスタは 3 つの電極で構成される電子半導体で、そのうちの 1 つが制御電極です。バイポーラ トランジスタは、2 種類の電荷担体 (負と正) が存在する点で極性トランジスタとは異なります。
負電荷は、結晶格子の外殻から放出される電子を表します。放出された電子の代わりに、正のタイプの電荷または正孔が形成されます。
バイポーラ トランジスタ (BT) の設計は、その汎用性にもかかわらず非常に単純です。エミッタ (E)、ベース (B)、コレクタ (C) の 3 つの導体タイプの層で構成されています。
エミッター (ラテン語で「解放する」から) は半導体接合の一種であり、その主な機能はベースに電荷を注入することです。コレクター (「コレクター」のラテン語) は、エミッターの電荷を受け取る役割を果たします。ベースは制御電極です。
エミッタ層とコレクタ層はほぼ同じですが、センサーの特性を改善するために添加される不純物の程度が異なります。不純物を入れることをドーピングといいます。コレクタ層（CL）は、ドーピングを弱く発現させ、コレクタ電圧（Uk）を上昇させます。エミッタ半導体層は、ブレークダウンの逆許容 U を増加させ、ベース層へのキャリア注入を改善する (電流伝達係数 - Kt を増加させる) ために、高濃度にドープされます。ベース層は、より多くの抵抗（R）を提供するために弱くドープされています。
ベースとエミッタ間の遷移は、K-B よりも面積が小さくなります。面積の違いは、Kt を改善するものです。 K-B ジャンクションは逆バイアスでオンになり、ほとんどの熱 Q を放出します。この熱は放散され、水晶の冷却が向上します。
BT の性能はベース層 (BS) の厚さに依存します。この依存性は、反比例の関係で変化する値です。厚みが薄いほど、パフォーマンスが向上します。この依存性は、電荷キャリアの通過時間に関連しています。ただし、同時に英国は減少します。
エミッタと K の間には、K 電流 (Ik) と呼ばれる強い電流が流れます。 E と B の間には、制御に使用される B 電流 (Ib) と呼ばれる小さな電流が流れます。 Ib が変化すると、Ik が変化します。
トランジスタには、E-B と K-B の 2 つの p-n 接合があります。アクティブの場合、E-B は順方向バイアスに接続され、K-B は逆方向バイアスに接続されます。E-B 接合が開いているため、負電荷 (電子) が B に流れ込みます。その後、正孔との部分的な再結合が起こります。ただし、ほとんどの電子は、B のドーピングと厚さが小さいため、K-B に到達します。
BS では、電子は必須ではない電荷担体であり、電磁界は電子が K-B 遷移を克服するのに役立ちます。 Ib が増加すると、E-B 開口部が広がり、より多くの電子が E と K の間を移動します。この場合、Ik が Ib よりも大きいため、低振幅信号が大幅に増幅されます。
バイポーラ型トランジスタの物理的意味をよりわかりやすく理解するためには、明確な例を関連付ける必要があります。水を汲み上げるポンプを電源、水道の蛇口をトランジスタ、水を Ik、蛇口のつまみの回転量を Ib と仮定する必要があります。頭を上げるには、タップを少し回す必要があります - コントロールアクションを実行します。この例に基づいて、PP 操作の簡単な原理について結論付けることができます。
ただし、K-B ジャンクションで U が大幅に増加すると、ショック イオン化が発生する可能性があり、その結果、電荷のアバランシェ増倍が発生します。トンネル効果と組み合わせると、このプロセスは電気的破壊を引き起こし、時間の経過とともに熱的破壊を引き起こし、BC が機能しなくなります。コレクタ出力を流れる電流が大幅に増加した結果、電気的破壊なしに熱的破壊が発生することがあります。
また、K-BとE-BでUが変化すると、これらの層の厚さが変化し、Bが薄いと、K-BとE-Bの接合部が接続されるボーイング効果（Bパンクとも呼ばれます）があります。この現象の結果として、PP はその機能を実行しなくなります。
動作モード
バイポーラ型トランジスタは、次の 4 つのモードで動作できます。
- アクティブ。
- カットオフ (RO)。
- 彩度 (SS)。
- バリア (RB)。
BT のアクティブ モードには、通常 (NAR) と逆 (IAR) があります。
通常アクティブモード
このモードでは、E-B 電圧 (Ue-B) と呼ばれる直接的な U が E-B 接合部に流れます。このモードは最適と見なされ、ほとんどの回路で使用されます。 Eジャンクションはベース領域に電荷を注入し、コレクタに移動します。後者はチャージを加速し、ゲイン効果を生み出します。
逆アクティブモード
このモードでは、K-B 接合が開いています。 BT は反対方向に動作します。つまり、K から B を通過する正孔電荷キャリアが注入されます。それらは E 遷移によって収集されます。 BT のゲイン特性は弱く、このモードで BT が使用されることはめったにありません。
飽和モード。
PH では、両方のジャンクションが開いています。 E-B と K-B が順方向の外部ソースに接続されている場合、BT は PH で動作します。 E接合とK接合の拡散電磁界は、外部ソースによって生成された電界によって減衰されます。その結果、バリア能力が低下し、主電荷キャリアの拡散能力が制限されます。 E 接合と K 接合から B への正孔注入が始まります。このモードは主にアナログ技術で使用されますが、場合によっては例外があります。
カットオフ モード
このモードでは、BT は完全に閉じており、電流を伝導できません。ただし、BT には重要でない電荷キャリアのフラックスがわずかに存在するため、小さな値の熱電流が発生します。このモードは、さまざまなタイプの過負荷および短絡保護で使用されます。
バリアモード
PD のベースは抵抗を介して K に接続されます。抵抗は K または E 回路に含まれており、PD を流れる電流 (I) の量を設定します。 BR は、BT が任意の周波数でより広い温度範囲で動作できるようにするため、回路でよく使用されます。
配線図
PD を正しく適用して配線するには、PD の分類とタイプを知る必要があります。バイポーラトランジスタの分類:
- 製造材料: ゲルマニウム、シリコン、砒化ガリウム。
- 製作の特徴。
- 消費電力: 低電力 (最大 0.25 W)、中電力 (0.25-1.6 W)、高電力 (1.6 W 以上)。
- 周波数制限: 低周波 (最大 2.7 MHz)、中周波 (2.7-32 MHz)、高周波 (32-310 MHz)、超高周波 (310 MHz 以上)。
- 機能上の目的。
BT の機能目的は、次のタイプに分類されます。
- 正規化および非正規化雑音指数 (NNNKNSH) を備えた低周波増幅器。
- NiNKNSHを使用した高周波増幅器。
- NiNNFSHで超高周波を増幅。
- 強力な高電圧アンプ。
- 高周波および超高周波のジェネレーター。
- 低電力および高電力の高電圧スイッチング。
- 高い U 値操作のためのパルス高出力。
さらに、これらのタイプのバイポーラトランジスタがあります。
- P-n-p。
- N-p-n。
バイポーラ トランジスタを切り替えるには 3 つの回路があり、それぞれに長所と短所があります。
- 一般的な B.
- コモン E.
- コモンK.
共通ベース (CB) スイッチング
この回路は高周波で使用されるため、周波数応答を最適に使用できます。 1 つの BT を Oh モードで接続し、次に OB モードで接続すると、その周波数応答が増幅されます。この接続方式は、アンテナ タイプのアンプで使用されます。高音域の騒音レベルが低減されます。
利点:
- 最適な温度値と広い周波数範囲 (f)。
- 高い英国価値。
短所:
- 低私は得る。
- 低入力 R。
オープンエミッター (OhE) 接続
この回路では、U と I の増幅が発生します。回路は、単一の電源から電力を供給できます。パワーアンプ（P）によく使われます。
利点:
- I、U、Pゲインが高い。
- 単一電源。
- 入力に対して出力を交互に反転させます。
これには重大な欠点があります。最低温度安定性と周波数応答が OB 接続よりも劣ります。
共通コレクタ接続 (OC)
入力 U は完全に入力に送信され、Ki は OC 接続に似ていますが、U は低くなっています。
このタイプの包含は、トランジスタで作成されたステージのマッチング、または出力 R が高い入力信号源 (コンデンサー型マイクロフォンまたはサウンド ピックアップ) とのマッチングに使用されます。利点は、高い入力 R 値と低い出力 R 値です。欠点は、U 増幅が低いことです。
バイポーラトランジスタの主な特徴
BT の主な特徴:
- 私は得る。
- R の入力と出力。
- 逆イケ。
- ターンオン時間。
- 伝染の頻度Ib。
- 逆 Ik。
- 最大 I 値。
アプリケーション
バイポーラトランジスタは、人間活動のあらゆる分野で広く使用されています。主な用途は、増幅、電気信号の生成、およびスイッチング素子のデバイスです。それらは、コンピューター技術で、U値とI値を調整する可能性のある通常のスイッチモード電源で、さまざまなパワーアンプで使用されます。
さらに、過負荷、U のスパイク、短絡に対するさまざまな消費者保護を構築するためによく使用されます。鉱業、冶金産業で広く使用されています。
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