Vad är en bipolär transistor och vad är dess kretsar?

Användningen av halvledarenheter (SSD) är utbredd inom radioelektronik. Detta har minskat storleken på olika apparater. Den bipolära transistorn används i stor utsträckning, eftersom den på grund av vissa egenskaper har en bredare funktionalitet än den enkla fälteffekttransistorn. För att förstå vad den används till och under vilka förhållanden är det nödvändigt att ta reda på hur den fungerar, hur den ansluts och hur den klassificeras.

Utformning och drift

Transistorn är en elektronisk halvledare som består av tre elektroder, varav en är den styrande. Bipolära transistorer skiljer sig från polära transistorer genom att de har två typer av laddningsbärare (negativa och positiva).

Negativa laddningar representerar elektroner som frigörs från kristallgitterets yttre skal. Den positiva typen av laddning, eller hål, bildas i stället för den frigjorda elektronen.

Konstruktionen av en bipolär transistor (BT) är ganska enkel, trots dess mångsidighet. Den består av tre lager av ledartyp: en emitter (E), en bas (B) och en kollektor (C).

Emittern (latin för "släpp") är en typ av halvledarförbindelse vars huvudfunktion är att överföra laddningar till basen. Kollektorn (latin för "kollektor") används för att ta emot laddningar från emittern. Basen är kontrollelektroden.

Emitter- och kollektorskikten är nästan identiska, men skiljer sig åt i fråga om graden av föroreningar som tillsätts för att förbättra sensorns egenskaper. Tillsats av föroreningar kallas dopning. För kollektorskiktet (CL) är dopningen svagt uttryckt för att öka kollektorspänningen (Uk). Emitterhalvledarskiktet är kraftigt dopat för att öka den omvända tillåtna U-värdet för genombrott och för att förbättra injektionen av bärare i grundskiktet (ökar strömöverföringskoefficienten - Kt). Grundskiktet är svagt dopat för att ge mer motstånd (R).

Övergången mellan basen och emittern har en mindre yta än K-B. Skillnaden i yta är det som förbättrar Kt. När ett kretskort är i drift är K-B-övergången påslagen med omvänd förspänning för att ge huvuddelen av värmemängden Q, som avges och ger bättre kylning av kristallen.

BT:s reaktionsförmåga beror på tjockleken på grundskiktet. Detta beroende är ett värde som varierar enligt ett omvänt proportionellt förhållande. En mindre tjocklek ger snabbare prestanda. Detta beroende är relaterat till laddningsbärarnas transiteringstid. Samtidigt minskar dock Uk.

En hög ström flödar mellan emittern och K, kallad ström K (Ik). En liten mängd ström flödar mellan E och B - strömmen B (Ib), som används för styrning. När Ib förändras kommer Ik att förändras.

Transistorn har två p-n-övergångar, E-B och K-B. När den är aktiv är E-B ansluten med framåtriktad bias och K-B ansluten med bakåtriktad bias. Eftersom E-B-övergången är öppen flödar de negativa laddningarna (elektronerna) in i B. Detta följs av en partiell rekombination med hål. De flesta av elektronerna når dock K-B på grund av den låga dopningen och tjockleken på B.

I BS är elektronerna icke-basiska laddningsbärare och det elektromagnetiska fältet hjälper dem att övervinna K-B-övergången. När Ib ökar kommer E-B-öppningen att vidgas och fler elektroner kommer att löpa mellan E och K. Detta kommer att resultera i en betydande förstärkning av signalen med låg amplitud eftersom Ik är större än Ib.

För att lättare förstå den fysiska innebörden av en bipolär transistor måste vi förknippa den med ett illustrativt exempel. Vi måste anta att vattenpumpen är kraftkällan, vattenkranen är transistorn, vattnet är Ik och vridningsgraden på kranhandtaget är Ib. För att öka huvudet måste du vrida lite på kranen - utföra en kontrollåtgärd. Av exemplet kan man dra slutsatsen att principen för PP:s funktion är enkel.

Vid en betydande ökning av U vid K-B-övergången kan dock en chockjonisering inträffa, vilket leder till att laddningen sprids som en lavin. När denna process kombineras med en tunneleffekt uppstår ett elektriskt och, med ökande tid, ett termiskt sammanbrott som gör att kretskortet går sönder. Ibland inträffar den termiska nedbrytningen utan den elektriska nedbrytningen till följd av en betydande ökning av strömmen genom kollektorns utlopp.

När U förändras vid K-B och E-B förändras dessutom tjockleken på dessa skikt, och om B är tunt uppstår en klämverkan (även kallad punktering B), där K-B- och E-B-övergångarna är anslutna. Till följd av detta fenomen upphör PP att fungera.

Driftsätt

En bipolär transistor kan fungera i fyra lägen:

1. Aktiv.
2. Gränsvärde (PO).
3. Mättnad (SS).
4. Barriär (RB).

BT:s aktiva läge kan vara normalt (NAR) och omvänt (IAR).

Normalt aktivt läge

I detta läge flödar U, som är direkt och kallas E-B-spänning (Ue-B), vid E-B-övergången. Detta läge anses vara optimalt och används i de flesta kretsar. E-kopplingen injicerar laddningar i basområdet, som rör sig mot kollektorn. Den senare accelererar laddningarna och skapar en boost-effekt.

Omvänt aktivt läge

I detta läge är K-B-övergången öppen. BT fungerar i motsatt riktning, dvs. från K injiceras de laddningsbärare för hål som passerar genom B. De samlas in av Eövergången. Förstärkningsegenskaperna hos BT är svaga och BT används sällan i detta läge.

Mättnadsläge

I PH är båda korsningarna öppna. Genom att ansluta E-B och K-B till externa källor i framåtriktad riktning kommer BT att fungera i PH. Det elektromagnetiska diffusionsfältet i E- och K-övergångarna dämpas av det elektriska fältet som genereras av externa källor. Detta leder till en minskning av barriärkapaciteten och begränsar diffusiviteten hos de viktigaste laddningsbärarna. Detta kommer att börja injicera hål från E och K till B. Detta läge används huvudsakligen i analog teknik, men det kan finnas undantag i vissa fall.

Cutoff-läge

I detta läge är BT helt stängd och kan inte leda ström. Små flöden av icke-grundläggande laddningsbärare finns dock i BT, vilket skapar termiska strömmar med små värden. Detta läge används vid olika typer av överbelastnings- och kortslutningsskydd.

Barriärläge

BT:s bas är ansluten via ett motstånd till K. Ett motstånd ingår i K- eller E-kretsen, vilket bestämmer strömstyrkan (I) genom BT. BR används ofta i kretsar eftersom den gör det möjligt för BT att fungera vid alla frekvenser och över ett större temperaturområde.

Kopplingsscheman

För korrekt tillämpning och kabeldragning av PD:er måste du känna till deras klassificering och typ. Klassificering av bipolära transistorer:

1. Tillverkningsmaterial: germanium, kisel och arsenidgallium.
2. Tillverkningsfunktioner.
3. Effektförlust: Låg effekt (upp till 0,25 W), medelhög effekt (0,25-1,6 W), hög effekt (över 1,6 W).
4. Frekvensgräns: Låg frekvens (upp till 2,7 MHz), medelhög frekvens (2,7-32 MHz), hög frekvens (32-310 MHz), ultrahög frekvens (över 310 MHz).
5. Funktionellt syfte.

BT:s funktionella syfte delas in i följande typer:

1. Lågfrekvensförstärkare med normaliserat och icke-normaliserat brusvärde (NNNFS).
2. Högfrekvensförstärkare med lågt brusförhållande (LNNKNSH).
3. Ultrahögfrekvensförstärkare med NiNNSCh.
4. Högeffektförstärkare med hög spänning.
5. Generator för hög och ultrahög frekvens
6. Högspänningsförstärkare med låg och hög effekt.
7. Hög effekt med pulsad effekt för drift med högt U-värde.

Dessutom finns det olika typer av bipolära transistorer:

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

Det finns tre kretsar för att koppla en bipolär transistor, var och en med sina egna fördelar och nackdelar:

1. Allmänt B.
2. Gemensam E.
3. Gemensam K.

Anslutning för gemensam bas (CB)

Den här kretsen används vid höga frekvenser, vilket gör att frekvensresponsen utnyttjas optimalt. Om du ansluter en enda CT i OhB-läge och sedan i OB-läge ökar dess frekvensgång. Detta anslutningsschema används i förstärkare av antenntyp. Bullernivåerna vid höga frekvenser minskar.

Fördelar:

1. Optimala temperaturvärden och brett frekvensområde (f).
2. Högt Uk-värde.

Nackdelar:

1. Låg I-förstärkning.
2. Låg ingång R.

Anslutning för öppen emitter (OhE)

När den är ansluten till denna krets uppstår U- och I-förstärkningen. Kretsen kan drivas från en enda källa. Den används ofta i effektförstärkare (P).

Fördelar:

1. Hög I-, U- och P-förstärkning.
2. Enkel strömförsörjning.
3. Den inverterar utgången växelvis U i förhållande till ingången.

Den har en betydande nackdel: Lägre temperaturstabilitet och sämre frekvensgång än O-ringskopplingen.

Gemensam kollektoranslutning (OC)

Ingångs-U överförs helt tillbaka till ingången, och Ki liknar den för Oh-anslutningen, men U är låg.

Den här typen av växling används för att matcha transistorbaserade steg eller med en ingångskälla som har ett högt utgångs-R (kondensatormikrofon eller ljudmottagare). Fördelarna är ett högt ingående R-värde och ett lågt utgående R-värde. Nackdelen är den låga U-förstärkningen.

Bipolära transistorers huvudsakliga egenskaper

Grundläggande egenskaper hos BTs:

1. I- vinst.
2. Ingång och utgång R.
3. Omvänt I-ke.
4. Tiden för påslag.
5. Överföringsfrekvens Ib.
6. Omvänt Ik.
7. Maximalt I-värde.

Tillämpningar

Bipolära transistorer används i stor utsträckning inom alla områden av mänsklig verksamhet. Den huvudsakliga tillämpningen är i anordningar för förstärkning, generering av elektriska signaler och som ett kopplingselement. De används i olika effektförstärkare, konventionella och switchade strömförsörjningar med U- och I-styrning samt inom datorteknik.

Dessutom används de ofta för att bygga olika typer av konsumentskydd mot överbelastning, spikar i U och kortslutningar. De används i stor utsträckning i gruv- och metallurgiska industrier.

Relaterade artiklar: