Wat is een bipolaire transistor en wat zijn zijn schakelingen

Het gebruik van halfgeleiderelementen (SSD's) is wijdverbreid in de radio-elektronica. Hierdoor is de omvang van diverse apparaten kleiner geworden. De bipolaire transistor wordt op grote schaal gebruikt; door bepaalde kenmerken heeft hij een bredere functionaliteit dan de eenvoudige veldeffecttransistor. Om te begrijpen waarvoor het wordt gebruikt en onder welke omstandigheden, moet worden ingegaan op het werkingsprincipe, de aansluitmethoden en de classificatie.

Ontwerp en werking

De transistor is een elektronische halfgeleider die bestaat uit 3 elektroden, waarvan er één de aansturende is. Bipolaire transistors verschillen van polaire transistors doordat zij twee soorten ladingsdragers hebben (negatief en positief).

Negatieve ladingen staan voor elektronen die vrijkomen uit de buitenste schil van het kristalrooster. Op de plaats van het vrijgekomen elektron worden positieve ladingen, of gaten, gevormd.

De constructie van een bipolaire transistor (BT) is vrij eenvoudig, ondanks zijn veelzijdigheid. Hij bestaat uit 3 lagen van het geleiderstype: een emitter (E), een basis (B) en een collector (C).

De emitter (Latijn voor "loslaten") is een soort halfgeleiderkoppeling waarvan de belangrijkste functie is om ladingen in de basis te injecteren. De collector (Latijn voor 'collector') wordt gebruikt om ladingen van de emitter op te vangen. De basis is de controle-elektrode.

De emitter- en collectorlaag zijn vrijwel identiek, maar verschillen in de mate van onzuiverheden die zijn toegevoegd om de kenmerken van de sensor te verbeteren. De toevoeging van onzuiverheden wordt doping genoemd. Voor de collectorlaag (CL) wordt de doping zwak uitgedrukt om de collectorspanning (Uk) te verhogen. De emitterhalfgeleiderlaag is sterk gedoteerd om de omgekeerd toelaatbare U van doorslag te verhogen en de dragerinjectie in de grondlaag te verbeteren (verhoogt de stroomoverdrachtscoëfficiënt - Kt). De basislaag is zwak gedopeerd om meer weerstand (R) te bieden.

Het knooppunt tussen de basis en de emitter heeft een kleiner oppervlak dan de K-B. Het verschil in oppervlakte is wat de Kt verbetert. Wanneer een printplaat in bedrijf is, wordt de K-B junctie ingeschakeld met een omgekeerde bias om het grootste deel van de warmtehoeveelheid Q te geven, die wordt afgevoerd en zorgt voor een betere koeling van het kristal.

De snelheid van de BT hangt af van de dikte van de basislaag (BS). Deze afhankelijkheid is een waarde die varieert volgens een omgekeerd evenredige relatie. Een kleinere dikte leidt tot snellere prestaties. Deze afhankelijkheid houdt verband met de doorgangstijd van de ladingsdragers. Tegelijkertijd wordt de Uk echter verminderd.

Tussen de emitter en K vloeit een hoge stroom, die stroom K (Ik) wordt genoemd. Tussen E en B vloeit een kleine hoeveelheid stroom - stroom B (Ib), die voor de regeling wordt gebruikt. Als Ib verandert, zal er een verandering in Ik zijn.

De transistor heeft twee p-n-overgangen, E-B en K-B. In actieve toestand is E-B verbonden met de voorwaartse bias en K-B met de achterwaartse bias. Aangezien de E-B overgang open is, stromen de negatieve ladingen (elektronen) naar B. Dit wordt gevolgd door hun gedeeltelijke recombinatie met gaten. De meeste elektronen bereiken echter K-B vanwege de geringe dopering en dikte van B.

In BS zijn de elektronen niet-basis ladingdragers en het elektromagnetische veld helpt hen de K-B overgang te overwinnen. Naarmate Ib toeneemt, zal de E-B opening wijder worden en zullen meer elektronen tussen E en K lopen. Dit zal resulteren in een aanzienlijke versterking van het signaal met geringe amplitude omdat Ik groter is dan Ib.

Om de fysische betekenis van een bipolaire transistor beter te begrijpen, moeten wij deze associëren met een illustratief voorbeeld. We moeten aannemen dat de waterpomp de krachtbron is, de waterkraan de transistor, het water is Ik en de draaiing van de kraanhendel is Ib. Om de kop te vergroten moet je de kraan een beetje draaien - een controle actie uitvoeren. Uit het voorbeeld kan worden geconcludeerd dat het principe van de werking van PP eenvoudig is.

Bij een aanzienlijke toename van U aan de K-B-verbinding kan echter een schokionisatie optreden, die een lawinepropagatie van de lading tot gevolg heeft. Dit proces, in combinatie met een tunneleffect, veroorzaakt een elektrische en, met toenemende tijd, een thermische storing waardoor de printplaat defect raakt. Soms treedt een thermische storing op zonder elektrische storing als gevolg van een aanzienlijke toename van de stroom door de collectoruitlaat.

Bovendien verandert bij verandering van U bij K-B en E-B de dikte van deze lagen; als B dun is, treedt een klemmend effect op (ook wel prik B genoemd), waarbij de K-B en E-B knooppunten met elkaar verbonden worden. Als gevolg van dit verschijnsel houdt de PP op zijn functie uit te oefenen.

Werkingsmodi

Een bipolaire transistor kan in 4 modi werken:

1. Actief.
2. Cutoff (PO).
3. Saturatie (SS).
4. Barrier (RB).

De actieve modus van BT's kan normaal (NAR) en invers (IAR) zijn.

Normale actieve modus

In deze modus vloeit U, die rechtstreeks is en E-B-spanning (Ue-B) wordt genoemd, op de E-B-junctie. Deze modus wordt als optimaal beschouwd en wordt in de meeste circuits gebruikt. De E-verbinding injecteert ladingen in het basisgebied, die zich naar de collector verplaatsen. De laatste versnelt de ladingen, waardoor een boost-effect ontstaat.

Invers-actieve modus

In deze modus is de K-B junctie open. De BT werkt in de tegenovergestelde richting, d.w.z. vanuit K worden de ladingsdragers met gaten die door B gaan geïnjecteerd. Zij worden opgevangen door de E overgang. De versterkende eigenschappen van de BT zijn zwak en BT's worden zelden in deze modus gebruikt.

Verzadigingsmodus

In PH zijn beide knooppunten open. Door E-B en K-B in voorwaartse richting met externe bronnen te verbinden zal de BT in PH werken. Het diffusie-elektromagnetische veld van de E- en K-knooppunten wordt verzwakt door het elektrische veld dat door externe bronnen wordt opgewekt. Dit zal resulteren in een vermindering van de barrièrecapaciteit en een beperking van de diffusiviteit van de belangrijkste ladingsdragers. Dit zal beginnen met het injecteren van gaten van E en K in B. Deze modus wordt hoofdzakelijk gebruikt in analoge technologie, hoewel er in sommige gevallen uitzonderingen kunnen zijn.

Cutoff Mode

In deze modus is de BT volledig gesloten en kan hij geen stroom geleiden. Er zijn echter kleine stromen van niet-basische ladingsdragers aanwezig in de BT, waardoor thermische stromen met kleine waarden ontstaan. Deze modus wordt gebruikt bij verschillende soorten overbelastings- en kortsluitingsbeveiliging.

Barrière modus

De basis van de BT is via een weerstand verbonden met de K. In de K- of E-schakeling is een weerstand opgenomen, die de hoeveelheid stroom (I) door de BT bepaalt. De BR wordt vaak gebruikt in schakelingen, omdat de BT daardoor bij elke frequentie en over een groter temperatuurbereik kan werken.

Bedradingsschema's

Voor de juiste toepassing en bedrading van PD's moet u hun classificatie en type kennen. Classificatie van bipolaire transistors:

1. Fabricagemateriaal: germanium, silicium en arsenide gallium.
2. Fabricage kenmerken.
3. Vermogensdissipatie: laag vermogen (tot 0,25 W), gemiddeld vermogen (0,25-1,6 W), hoog vermogen (meer dan 1,6 W).
4. Frequentiegrens: lage frequentie (tot 2,7 MHz), middenfrequentie (2,7-32 MHz), hoge frequentie (32-310 MHz), ultrahoge frequentie (boven 310 MHz).
5. Functioneel doel.

Het functionele doel van BT's wordt onderverdeeld in de volgende types:

1. Laagfrequentversterkers met genormaliseerd en niet-genormaliseerd ruisgetal (NNNFS).
2. Hoogfrequent versterker met lage ruis-verhouding (LNNKNSH).
3. Ultrahoogfrequente versterker met NiNNSCh.
4. Hoogvermogen hoogspanningsversterker.
5. Hoge en ultrahoge frequentiegenerator
6. laag- en hoog-vermogen hoogspanningsschakelversterkers.
7. Pulsed-power hoog vermogen voor hoge U-waarde werking.

Daarnaast zijn er typen bipolaire transistors:

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

Er zijn 3 schakelingen voor het schakelen van bipolaire transistors, elk met zijn eigen voor- en nadelen:

1. Generaal B.
2. Common E.
3. Common K.

Gemeenschappelijke basis (CB) aansluiting

Deze schakeling wordt gebruikt bij hoge frequenties, zodat de frequentierespons optimaal kan worden benut. Het aansluiten van een enkele CT in OhB en dan in OB mode zal de frequentierespons verhogen. Dit aansluitschema wordt gebruikt in antenneversterkers. Het geluidsniveau bij hoge frequenties wordt verminderd.

Voordelen:

1. Optimale temperatuurwaarden en breed frequentiebereik (f).
2. Hoge Uk-waarde.

Nadelen:

1. Lage I winst.
2. Lage input R.

Open emitter (OhE) aansluiting

Wanneer in deze schakeling aangesloten, treedt de U- en I-versterking op. Het circuit kan worden gevoed vanuit één bron. Het wordt vaak gebruikt in eindversterkers (P).

Voordelen:

1. Hoge I, U, P winst.
2. Enkele stroomvoorziening.
3. Hij inverteert de uitgang alternerend U ten opzichte van de ingang.

Deze heeft een belangrijk nadeel: een lagere temperatuurstabiliteit en een slechtere frequentierespons dan de O-ring verbinding.

Gemeenschappelijke Collector Aansluiting (OC)

De ingang U wordt volledig teruggezonden naar de ingang, en de Ki is gelijk aan die van de Oh-verbinding, maar de U is laag.

Dit type schakeling wordt gebruikt om aan te sluiten bij transistor-gebaseerde trappen of bij een ingangsbron met een hoge uitgangs-R (condensatormicrofoon of geluidspick-up). De voordelen zijn een hoge R-waarde aan de ingang en een lage R-waarde aan de uitgang. Het nadeel is de lage U-versterking.

Belangrijkste kenmerken van bipolaire transistors

Basiskenmerken van BT's:

1. I- winst.
2. Ingang en uitgang R.
3. Achteruit I-ke.
4. Aan tijd.
5. Frequentie van uitzending Ib.
6. Inverse Ik.
7. Maximale I-waarde.

Toepassingen

Bipolaire transistors worden op grote schaal gebruikt op alle gebieden van menselijke activiteit. De belangrijkste toepassing is in apparaten voor versterking, opwekking van elektrische signalen en als schakelelement. Zij worden gebruikt in diverse vermogensversterkers, conventionele en geschakelde voedingen met U- en I-regeling en in de computertechnologie.

Bovendien worden zij vaak gebruikt voor de bouw van verschillende soorten consumentenbescherming tegen overbelasting, U-pieken en kortsluitingen. Zij worden op grote schaal gebruikt in de mijnbouw, de metallurgische industrie.

Verwante artikelen: