A utilização de dispositivos semicondutores (SSDs) é generalizada na electrónica de rádio. Isto reduziu o tamanho de vários dispositivos. O transístor bipolar é amplamente utilizado, devido a certas características, tem uma funcionalidade mais ampla do que o simples transístor de efeito de campo. Para compreender para que é utilizado e em que condições, é necessário considerar o seu princípio de funcionamento, métodos de ligação e classificação.
Conteúdos
Concepção e funcionamento
O transistor é um semicondutor electrónico que consiste em 3 eléctrodos, um dos quais é o de controlo. Os transístores bipolares diferem dos transístores polares na medida em que têm dois tipos de portadores de carga (negativos e positivos).
As cargas negativas representam electrões que são libertados a partir do invólucro exterior da grade de cristal. O tipo positivo de carga, ou buracos, são formados no lugar do electrão libertado.
A construção de um transístor bipolar (BT) é bastante simples, apesar da sua versatilidade. É composto por 3 camadas do tipo condutor: um emissor (E), uma base (B) e um colector (C).
O emissor (latim para "libertação") é um tipo de junção semicondutora cuja função principal é injectar cargas na base. O colector (latim para 'colector') é utilizado para receber cobranças do emissor. A base é o eléctrodo de controlo.
As camadas emissora e colectora são quase idênticas, mas diferem no grau de impurezas adicionadas para melhorar as características do sensor. A adição de impurezas é chamada doping. Para a camada colectora (CL), a dopagem é fracamente expressa para aumentar a tensão do colector (Uk). A camada semicondutora emissora é fortemente dopada, a fim de aumentar o U de desagregação inverso permitido e melhorar a injecção do transportador na camada base (aumenta o coeficiente de transferência actual - Kt). A camada base é dopada de forma fraca para proporcionar mais resistência (R).
A junção entre a base e o emissor é menor em área do que a K-B. A diferença na área é o que melhora o Kt. Quando um PCB está em funcionamento, a junção K-B é ligada com um viés inverso para dar a maior parte da quantidade de calor Q, que é dissipada e proporciona um melhor arrefecimento do cristal.
A capacidade de resposta da BT depende da espessura da camada de base (BS). Esta dependência é um valor que varia de acordo com uma relação inversamente proporcional. Uma espessura menor resulta num desempenho mais rápido. Esta dependência está relacionada com o tempo de trânsito dos transportadores de carga. No entanto, ao mesmo tempo, o Reino Unido é reduzido.
Uma corrente elevada flui entre o emissor e K, chamada corrente K (Ik). Uma pequena quantidade de fluxos de corrente entre E e B - corrente B (Ib), que é utilizada para controlo. Quando o Ib muda, haverá uma mudança no Ik.
O transístor tem duas junções p-n, E-B e K-B. Quando activo, E-B está ligado com viés para a frente e K-B está ligado com viés inverso. Uma vez que a junção E-B está aberta, as cargas negativas (electrões) fluem para B. A isto segue-se a sua recombinação parcial com buracos. No entanto, a maioria dos electrões atinge K-B devido à baixa dopagem e espessura de B.
Em BS, os electrões são portadores de cargas não-base e o campo electromagnético ajuda-os a ultrapassar a transição K-B. À medida que o Ib aumenta, a abertura do E-B irá alargar-se e mais electrões irão correr entre E e K. Isto resultará numa amplificação significativa do sinal de baixa amplitude porque o Ik é maior que o Ib.
A fim de compreender mais facilmente o significado físico de um transistor bipolar, precisamos de o associar a um exemplo ilustrativo. Temos de assumir que a bomba de água é a fonte de energia, a torneira de água é o transístor, a água é Ik e o grau de rotação da pega da torneira é Ib. Para aumentar a cabeça, é necessário virar um pouco a torneira - realizar uma acção de controlo. Do exemplo pode concluir-se que o princípio da operação PP é simples.
Contudo, com um aumento significativo de U na junção K-B, pode ocorrer uma ionização de choque, cuja consequência é uma multiplicação da carga por avalanche. Este processo, quando combinado com um efeito túnel, produz uma avaria eléctrica e, com o passar do tempo, uma avaria térmica que provoca a falha do PCB. Por vezes ocorre uma avaria térmica sem uma avaria eléctrica como resultado de um aumento significativo da corrente através da tomada do colector.
Além disso, quando U muda em K-B e E-B, a espessura destas camadas muda, se B é fino, ocorre um efeito de fixação (também chamado punção B), no qual as junções K-B e E-B estão ligadas. Como resultado deste fenómeno, o PP deixa de desempenhar a sua função.
Modos de funcionamento
Um transistor do tipo bipolar pode operar em 4 modos:
- Activo.
- Cutoff (PO).
- Saturação (SS).
- Barreira (RB).
O modo activo das BTs pode ser normal (NAR) e inverso (IAR).
Modo normal activo
Neste modo, U, que é directo e chamado de tensão E-B (Ue-B), flui na junção E-B. O modo é considerado óptimo e é utilizado na maioria dos circuitos. A junção E injecta cargas na região de base, que se deslocam em direcção ao colector. Esta última acelera as cargas, criando um efeito de impulso.
Modo activo inverso
Neste modo, a junção K-B está aberta. A BT opera na direcção oposta, ou seja, a partir de K são injectados os portadores de carga do buraco que passam por B. São recolhidos pela transição E. As propriedades de ganho da BT são fracas e as BTs raramente são utilizadas neste modo.
Modo Saturação
No PH ambos os cruzamentos estão abertos. Ao ligar E-B e K-B a fontes externas na direcção da frente a BT irá operar em PH. O campo electromagnético de difusão das junções E e K é atenuado pelo campo eléctrico gerado por fontes externas. Isto resultará numa redução da capacidade da barreira e limitará a difusividade dos principais portadores de carga. Isto começará a injectar furos de E e K em B. Este modo é utilizado principalmente na tecnologia analógica, no entanto, pode haver excepções em alguns casos.
Modo Cutoff
Neste modo, a BT está completamente fechada e incapaz de conduzir a corrente. No entanto, fluxos menores de portadores de cargas não-básicas estão presentes na BT, criando correntes térmicas com pequenos valores. Este modo é utilizado em vários tipos de protecção contra sobrecarga e curto-circuito.
Modo barreira
A base da BT está ligada através de uma resistência ao K. Uma resistência está incluída no circuito K ou E, que define a quantidade de corrente (I) através da BT. O BR é frequentemente utilizado em circuitos, uma vez que permite que o BT funcione em qualquer frequência e numa gama de temperaturas maior.
Diagramas de cablagem
Para uma correcta aplicação e cablagem dos DPs, é necessário conhecer a sua classificação e tipo. Classificação dos transístores bipolares:
- Material de fabrico: germânio, silício e gálio arsenieto.
- Características de fabrico.
- Dissipação de potência: potência baixa (até 0,25W), potência média (0,25-1,6W), potência alta (acima de 1,6W).
- Limite de frequência: baixa frequência (até 2,7 MHz), média frequência (2,7-32 MHz), alta frequência (32-310 MHz), frequência ultra-alta (acima de 310 MHz).
- Finalidade funcional.
O objectivo funcional das BT está dividido nos seguintes tipos:
- Amplificadores de baixa frequência com figura de ruído normalizada e não normalizada (NNNFS).
- Amplificadores de alta frequência com baixa taxa de ruído (LNNKNSH).
- Amplificador de ultra-frequência com NiNNSCh.
- Amplificador de alta potência e alta tensão.
- Gerador de alta e ultra-alta frequência
- Amplificadores de comutação de baixa potência e alta potência de alta tensão.
- Potência pulsada de alta potência para operação de alto valor U.
Além disso, existem tipos de transístores bipolares:
- P-n-p.
- N-p-n.
Existem 3 circuitos de comutação de transístor bipolar, cada um com as suas próprias vantagens e desvantagens:
- General B.
- E. comum.
- K. comum.
Ligação de base comum (CB)
Este circuito é utilizado em frequências altas, permitindo uma utilização óptima da resposta de frequência. A ligação de um único TC em OhB e depois em modo OB irá aumentar a sua resposta de frequência. Este esquema de ligação é utilizado em amplificadores do tipo antena. Os níveis de ruído em frequências elevadas são reduzidos.
Vantagens:
- Valores óptimos de temperatura e vasta gama de frequências (f).
- Alto valor Uk.
Desvantagens:
- Ganho baixo I.
- Baixa entrada R.
Ligação aberta do emissor (OhE)
Quando ligado neste circuito, a amplificação U e I ocorre. O circuito pode ser alimentado a partir de uma única fonte. É frequentemente utilizado em amplificadores de potência (P).
Vantagens:
- Ganho I, U, P elevado.
- Alimentação eléctrica única.
- Inverte o U alternado de saída em relação à entrada.
Tem uma desvantagem significativa: estabilidade a temperaturas mais baixas e pior resposta de frequência do que a ligação do O-ring.
Ligação de colectores comuns (OC)
O U de entrada é totalmente transmitido de volta à entrada, e o Ki é semelhante ao da ligação Oh, mas o U é baixo.
Este tipo de comutação é utilizado para combinar fases baseadas em transistor ou com uma fonte de entrada que tem um R de alta saída (microfone do tipo condensador ou captação de som). As vantagens são um alto valor R de entrada e um baixo valor R de saída. A desvantagem é a baixa amplificação em U.
Principais características dos transístores bipolares
Características básicas das BTs:
- I- ganho.
- Entrada e saída R.
- Inverter I-ke.
- A tempo.
- Frequência de transmissão Ib.
- Ik Inversa.
- Valor I máximo.
Aplicações
Os transístores bipolares são amplamente utilizados em todos os campos da actividade humana. A principal aplicação é em dispositivos de amplificação, geração de sinais eléctricos e como elemento de comutação. São utilizados em vários amplificadores de potência, fontes de alimentação convencionais e de modo comutado com controlabilidade U e I e em tecnologia informática.
Além disso, são frequentemente utilizados para construir vários tipos de protecção do consumidor contra sobrecargas, picos em U e curto-circuitos. São amplamente utilizados nas indústrias mineira e metalúrgica.
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