Need on bipolaarsed transistorid. Lülitusahelad sõltuvad nende juhtivusest (auk või elektrooniline) ja funktsioonidest, mida nad täidavad.

Klassifikatsioon

Transistorid on jagatud rühmadesse:

1. Materjalide järgi: kõige sagedamini kasutatakse galliumarseniidi ja räni.
2. Signaali sageduse järgi: madal (kuni 3 MHz), keskmine (kuni 30 MHz), kõrge (kuni 300 MHz), ülikõrge (üle 300 MHz).
3. Maksimaalse hajutusvõimsuse järgi: kuni 0,3 W, kuni 3 W, üle 3 W.
4. Seadme tüübi järgi: kolm ühendatud pooljuhtkihti koos vahetuvate muutustega lisandite juhtivuse otseses ja vastupidises meetodis.

Kuidas transistorid töötavad?

Transistori välimine ja sisemine kiht on ühendatud toiteelektroodidega, mida nimetatakse vastavalt emitteriks, kollektoriks ja baasiks.

Emitter ja kollektor ei erine üksteisest juhtivuse tüübi poolest, kuid viimases on lisanditega dopingu määr palju madalam. See tagab lubatud väljundpinge tõusu.

Alus, mis on keskmine kiht, on suure takistusega, kuna see on valmistatud kergelt legeeritud pooljuhist. Sellel on märkimisväärne kontaktpind kollektoriga, mis parandab ristmiku vastupidise nihke tõttu tekkiva soojuse eemaldamist ja hõlbustab ka vähemuskandjate - elektronide - läbimist. Kuigi üleminekukihid põhinevad samal põhimõttel, on transistor asümmeetriline seade. Sama juhtivusega väliskihtide asukohtade muutmisel on pooljuhtseadme sarnaseid parameetreid võimatu saada.

Lülitusahelad suudavad seda säilitada kahes olekus: see võib olla avatud või suletud. Aktiivses režiimis, kui transistor on sisse lülitatud, tehakse ristmiku emitteri eelpinge ettepoole. Selle visuaalseks arvestamiseks tuleks näiteks n-p-n-tüüpi pooljuhttrioodil rakendada sellele allikatest pinget, nagu on näidatud alloleval joonisel.

Teise kollektori ristmiku piir on suletud ja vool ei tohiks seda läbida. Kuid praktikas juhtub vastupidine üleminekute läheduse ja vastastikuse mõju tõttu. Kuna aku "miinus" on ühendatud emitteriga, võimaldab avatud ristmik elektronidel siseneda baastsooni, kus need osaliselt rekombineeruvad aukudega - enamuse kandjatega. Tekib baasvool I b. Mida tugevam see on, seda proportsionaalselt suurem on väljundvool. Sellel põhimõttel töötavad bipolaarseid transistore kasutavad võimendid.

Läbi aluse toimub ainult elektronide difusiooniliikumine, kuna seal elektriväli ei toimi. Tänu kihi ebaolulisele paksusele (mikronid) ja negatiivselt laetud osakeste suurele suurusele langevad peaaegu kõik need kollektori piirkonda, kuigi baastakistus on üsna kõrge. Seal tõmbab neid sisse ülemineku elektriväli, mis soodustab nende aktiivset ülekandmist. Kollektori ja emitteri voolud on üksteisega peaaegu võrdsed, kui jätta tähelepanuta aluse rekombinatsioonist tingitud kerge laengukadu: I e = I b + I c.

Transistori parameetrid

1. Pinge U eq /U be ja voolu võimenduskoefitsiendid: β = I kuni /I b (tegelikud väärtused). Tavaliselt ei ületa β koefitsient 300, kuid võib ulatuda 800-ni või kõrgemale.
2. Sisendtakistus.
3. Sageduskarakteristik on transistori jõudlus kuni etteantud sageduseni, millest kõrgemal ei käi selles toimuvad siirdeprotsessid kaasas oleva signaali muutustega kaasas.

Bipolaarne transistor: lülitusahelad, töörežiimid

Töörežiimid erinevad sõltuvalt sellest, kuidas vooluring on kokku pandud. Signaali tuleb igal juhul rakendada ja eemaldada kahes punktis ning saadaval on ainult kolm terminali. Sellest järeldub, et üks elektrood peab samaaegselt kuuluma sisendisse ja väljundisse. Nii lülitatakse sisse kõik bipolaarsed transistorid. Lülitusskeemid: OB, OE ja OK.

1. Skeem koos OK-ga

Ühendusahel ühise kollektoriga: signaal antakse takistile RL, mis on samuti kollektori vooluringis. Seda ühendust nimetatakse ühiseks kollektoriahelaks.

See valik annab ainult voolu võimenduse. Emitteri järgija eeliseks on kõrge sisendtakistuse tekitamine (10-500 kOhm), mis võimaldab astmeid mugavalt sobitada.

2. Skeem OB-ga

Ühise alusega bipolaarse transistori ühendusahel: sissetulev signaal siseneb C 1 kaudu ja pärast võimendamist eemaldatakse see väljundkollektori vooluringis, kus on ühine baaselektrood. Sellisel juhul luuakse pingevõimendus sarnaselt OE-ga töötamisele.

Puuduseks on madal sisendtakistus (30-100 oomi) ja OB-ga ahelat kasutatakse ostsillaatorina.

3. Skeem originaalseadmega

Paljudel juhtudel tehakse bipolaarsete transistorite kasutamisel lülitusahelad valdavalt ühise emitteriga. Toitepinge antakse läbi koormustakisti RL ja välise toiteallika negatiivne poolus on ühendatud emitteriga.

Sisendist vahelduv signaal jõuab emitteri ja baaselektroodidesse (V in) ning kollektoriahelas muutub see väärtuselt suuremaks (V CE). Skeemi põhielemendid: transistor, takisti RL ja välise toitega võimendi väljundahel. Abi: kondensaator C 1, mis takistab alalisvoolu läbimist tarnitud sisendsignaali vooluringi ja takisti R 1, mille kaudu transistor avaneb.

Kollektorahelas on pinged transistori väljundis ja takistis R L koos võrdsed EMF väärtusega: V CC = I C R L + V CE.

Seega kehtestab sisendis olev väike signaal V in juhitava transistormuunduri väljundis otsetoitepinge vahelduvpingeks muutmise seaduse. Ahel suurendab sisendvoolu 20-100 korda ja pinget 10-200 korda. Vastavalt sellele suureneb ka võimsus.

Ahela puudus: madal sisendtakistus (500-1000 oomi). Sel põhjusel tekivad probleemid väljundtakistusega 2-20 kOhm.

Järgmised diagrammid näitavad, kuidas bipolaarne transistor töötab. Kui lisameetmeid ei võeta, mõjutavad nende jõudlust suuresti välismõjud, nagu ülekuumenemine ja signaali sagedus. Samuti tekitab emitteri maandamine väljundis mittelineaarseid moonutusi. Töökindluse suurendamiseks ühendatakse ahelaga tagasiside, filtrid jne. Sel juhul võimendus väheneb, kuid seade muutub tõhusamaks.

Töörežiimid

Transistori funktsioone mõjutab ühendatud pinge väärtus. Kõiki töörežiime saab näidata, kui kasutatakse eelnevalt esitatud ahelat bipolaarse transistori ühendamiseks ühise emitteriga.

1. Lõikerežiim

See režiim tekib, kui pinge väärtus V BE väheneb 0,7 V-ni. Sel juhul sulgub emitteri ristmik ja kollektorivool puudub, kuna aluses pole vabu elektrone. Seega on transistor välja lülitatud.

2. Aktiivne režiim

Kui baasile rakendatakse transistori sisselülitamiseks piisavat pinget, ilmub sõltuvalt võimenduse suurusest väike sisendvool ja suurenenud väljundvool. Siis töötab transistor võimendina.

3. Küllastusrežiim

Režiim erineb aktiivsest selle poolest, et transistor avaneb täielikult ja kollektori vool saavutab maksimaalse võimaliku väärtuse. Selle suurenemist saab saavutada ainult rakendatud EMF-i või koormuse muutmisega väljundahelas. Kui baasvool muutub, siis kollektori vool ei muutu. Küllastusrežiimi iseloomustab asjaolu, et transistor on äärmiselt avatud ja siin toimib see sisselülitatud olekus lülitina. Ahelad bipolaarsete transistoride sisselülitamiseks väljalülitus- ja küllastusrežiimide kombineerimisel võimaldavad nende abiga luua elektroonilisi lüliteid.

Kõik töörežiimid sõltuvad graafikul näidatud väljundomaduste olemusest.

Neid saab selgelt näidata, kui on kokku pandud vooluahel OE-ga bipolaarse transistori sisselülitamiseks.

Kui joonistada ordinaat- ja abstsisstelgedele maksimaalsele võimalikule kollektorivoolule ja toitepinge väärtusele V CC vastavad segmendid ning seejärel ühendada nende otsad omavahel, siis tekib koormusjoon (punane). Seda kirjeldab avaldis: I C = (V CC - V CE)/R C. Jooniselt järeldub, et tööpunkt, mis määrab kollektori voolu IC ja pinge V CE, nihkub piki koormusjoont alt üles, kui baasvool IV suureneb.

V CE telje ja esimese väljundkarakteristiku (varjutatud) vaheline ala, kus I B = 0, iseloomustab lõikerežiimi. Sel juhul on pöördvool I C tühine ja transistor on suletud.

Kõige ülemine karakteristik punktis A lõikub otsekoormusega, mille järel IB edasise suurenemisega kollektori vool enam ei muutu. Graafiku küllastusvöönd on varjutatud ala I C telje ja kõige järsema karakteristiku vahel.

Kuidas käitub transistor erinevates režiimides?

Transistor töötab muutuvate või konstantsete signaalidega, mis sisenevad sisendahelasse.

Bipolaarne transistor: lülitusahelad, võimendi

Enamasti toimib transistor võimendina. Vahelduv signaal sisendis põhjustab selle väljundvoolu muutumise. Siin saate kasutada skeeme OK või OE-ga. Signaal nõuab väljundahelas koormust. Tavaliselt kasutatakse väljundkollektori ahelas takistit. Kui see on õigesti valitud, on väljundpinge sisendist oluliselt kõrgem.

Ajastusskeemidelt on võimendi töö selgelt näha.

Impulsssignaalide teisendamisel jääb režiim samaks, mis siinussignaalide puhul. Nende harmooniliste komponentide muundamise kvaliteedi määravad transistoride sagedusomadused.

Töö lülitusrežiimis

Mõeldud elektriahelate ühenduste kontaktivabaks lülitamiseks. Põhimõte on muuta transistori takistust astmeliselt. Bipolaarne tüüp on võtmeseadme nõuete jaoks üsna sobiv.

Järeldus

Pooljuhtelemente kasutatakse elektriliste signaalide muundamise ahelates. Universaalsed võimalused ja suur klassifikatsioon võimaldavad bipolaarseid transistore laialdaselt kasutada. Lülitusahelad määravad nende funktsioonid ja töörežiimid. Palju oleneb ka omadustest.

Bipolaarsete transistoride põhilised lülitusahelad võimendavad, genereerivad ja teisendavad sisendsignaale ning lülitavad ka elektriahelaid.

Transistori kui kolme elektroodiga (emitter, alus, kollektor) pooljuhtseadet saab sisse lülitada põhiliselt kolmel viisil (joon. 3.1 - 3.6). Nagu teate, siseneb sisendsignaal võimendisse kahe juhtme kaudu; Väljundsignaal suunatakse samuti läbi kahe juhtme. Järelikult on kolmeelektroodilise võimendusseadme puhul, kui sisendsignaal antakse ja väljundsignaal võetakse vastu kahe juhtme kaudu, üks elektroodidest on kindlasti tavaline. Vastavalt sellele, millised transistori lülitusahela elektroodid on ühised, eristatakse kolme peamist lülitusahelat: ühise emitteriga (CE), ühise kollektoriga (CC) ja ühise alusega (CB).

Riis. 3.1. Ühise emitteri (CE) ahel

Riis. 3.2. Ahel ühise kollektoriga (OK)

Praktilised võimalused p-p-p ja p-p-p struktuuriga transistoride ühendamiseks on näidatud joonisel fig. 3,1 - 3,6. Nagu jooniste võrdlusest järeldub, on need ahelad identsed ja erinevad ainult toitepinge polaarsuse poolest.

Iga lülitusahela sisendi (RBX.) ja väljundi (RBbix.) takistuse, samuti voolu (K,), pinge (Ki) ja võimsuse (KR=K|ХKi) võimendustegurite määramiseks arvutatakse ja katseväärtused ja valemid on toodud tabelites 3.1 ja 3.2.

Tabel valemitega on toodud ligikaudsete arvutuste jaoks ning transistoride ühendamise põhiahelate omaduste esialgseks, esmaseks hindamiseks ja võrdlemiseks on ette nähtud teine ​​tabel numbriliste hinnangutega.

Riis. 3.3. Ühine baas (CB) skeem

Tabelis olevad tähistused on järgmised: RH - koormustakistus; R3 on emitteri takistus või emitteri ristmiku pinge muutuse ja emitteri voolu muutuse suhe vahelduvvoolu väljundahela lühise režiimis; RB - baastakistus või emitteri ja aluse vahelise pinge muutuse ja kollektori voolu muutuse suhe sisendahela tühirežiimis vahelduvvoolus; a on ühise alusega vooluahela vooluvõimendus; p on voolu võimendus ühise emitteriga ahela jaoks.

Riis. 3.4. Ühise emitteri (CE) ahel

Riis. 3.5. Ahel ühise kollektoriga (OK)

Riis. 3.6. Ühine baas (CB) skeem

Kõige sagedamini kasutatakse praktilistes ahelates ühise emitteriga transistori lülitusrežiimi (kuna sellel on suurim võimsusvõimendus).

Emitter järgijaid (tavalisi kollektoriahelaid) kasutatakse signaaliallika kõrge väljundtakistuse ja koormuse väikese sisendtakistuse sobitamiseks. Kõrgsagedusvõimendite (madala sisendtakistusega) ehitamiseks kasutatakse ühise alusega ahelaid.

Sõltuvalt transistoride elektroodide potentsiaalide olemasolust, polaarsusest ja suurusest eristatakse mitut selle töörežiimi. Küllastus - transistor on avatud, pinge K-E ristmikul on minimaalne, vool läbi ristmike on maksimaalne. Katkestus - transistor on suletud, pinge K-E ristmikul on maksimaalne, üleminekuid läbiv vool on minimaalne. Aktiivne – vahepealne küllastus- ja väljalülitusrežiimide vahel. Pöördvõrdeline – mida iseloomustab transistori elektroodidele vastupidise (pöörd) tööpinge polaarsuse rakendamine.

Lülitusahelates, millel on ainult kaks olekut: sees (võtmeelemendi takistus on nullilähedane) ja väljas (võtmeelemendi takistus kipub lõpmatuseni), kasutatakse küllastus- ja väljalülitusrežiime. Aktiivset režiimi kasutatakse laialdaselt signaalide võimendamiseks. Pöördrežiimi kasutatakse üsna harva, kuna transistori sel viisil sisselülitamisel pole vooluahela jõudlust võimalik parandada.

Selleks, et algselt hinnata ahelates sisalduvate RC-elementide väärtusi ilma arvutusteta (joonis 3.1, 3.2, 3.4, 3.5), võime võtta kollektori (emitteri) ahela takistuse väärtuseks mitu kOhmi. , ja takistuse väärtus baasahelas olema 30 ...50 korda suurem. Sel juhul peaks kollektori (emitteri) pinge olema võrdne poolega toitepingest. Ühise alusega vooluringi puhul (joon. 3.3, 3.6) ei ületa takistuse R3 väärtus tavaliselt 0,1... 1 kOhm, takistuse R2 väärtus on mitu kOhm.

Kondensaatorite C1 - SZ reaktantsi väärtused madalaimate sageduste jaoks, mida tuleb võimendada, peaksid olema ligikaudu suurusjärgu võrra väiksemad kui nendega ühendatud aktiivtakistused R1 - R3 (joonis 3.1 - 3.6). Põhimõtteliselt saaks nende kondensaatorite väärtusi valida märkimisväärse varuga, kuid sel juhul suurenevad siirdekondensaatorite mõõtmed, nende maksumus, lekkevoolud, siirdeprotsesside kestus jne.

Näitena kasutame tabelit 3.3, et kiiresti määrata mitme sageduse kondensaatorite reaktantsi väärtus.

Tuletame meelde, et kondensaatori Xc reaktantsi, Ohm, saab arvutada järgmise valemi abil:

Alalisvoolu korral kipub kondensaatorite reaktants lõpmatuseni. Seetõttu ei ole alalisvooluvõimendite puhul (võimenduse alumine piirsagedus null) ühenduskondensaatoreid vaja ja astmete eraldamiseks tuleb võtta erimeetmeid. Alalisvooluahelates olevad kondensaatorid on samaväärsed avatud vooluahelaga. Seetõttu kasutatakse alalisvooluvõimendi ahelate ehitamisel ahelaid, millel on astmetevahelised otseühendused. Loomulikult on sel juhul vaja koordineerida astmetevaheliste pingete tasemeid.

Vahelduvvoolu võimendamisel võimendusastmete koormusahelas kasutatakse sageli induktiivseid elemente. Pange tähele, et induktiivsuste reaktants suureneb sageduse suurenedes. Vastavalt sellele, kui koormustakistus muutub sagedusega, suureneb ka sellise kaskaadi võimendus.

Lisaks bipolaarsetele transistoridele on laialt levinud moodsamad elemendid - väljatransistorid (joon. 3.7 - 3.9).

Riis. 3.7. Ühine allikaahel (CS)

Riis. 3.8. Ühine äravooluahel (OS)

Analoogiliselt bipolaarsete transistoride lülitusahelatega lülitatakse väljatransistorid sisse ühise allika, ühise äravoolu ja ühise väravaga.

Riis. 3.9. Ühine väravaahel (03)

Nende väljatransistoride lülitamise ahelate peamised arvutatud seosed on toodud tabelis 3.4, kus S on väljatransistori karakteristiku kalle, mA/V; R on transistori sisetakistus.

R1 ligikaudne väärtus (joonis 3.7 - 3.9) võib olla mitmest oomist kuni mitme MOhmini R2 - mitu kOhmit. Pange tähele, et nagu bipolaarsete transistoride puhul, võimaldavad väljatransistorid töötada ka väljalülituse ja küllastusega; aktiivsed ja pöördrežiimid.

Bipolaarse transistori voolu ülekandeteguri suurendamiseks kasutatakse “komposiit” transistore, mis on ühendatud Darlingtoni vooluahela järgi (joonis 3.10 - 3.13). Nende üldine võimendus erineb mõnevõrra iga transistori võimenduse korrutisest. Samal ajal halveneb ahela temperatuuri stabiilsus.

Kirjandus: Shustov M.A. Praktiline vooluringi projekteerimine (1. raamat), 2003.a

Võimendi on neljaklemmiline võrk, mille kaks terminali on mõeldud sisendsignaali ühendamiseks ja ülejäänud kahte klemmi kasutatakse võimendatud signaali (pinge või voolu) eemaldamiseks. Transistoril on ainult kolm terminali, nii et nelja terminali võrgu realiseerimiseks tuleb üks klemmidest ühendada nii võimendi sisendisse kui väljundisse. Sõltuvalt sellest, milline transistori klemm on ühine nii võimendi sisendile kui ka väljundile, nimetatakse transistori lülitusahelaid:

• Ühine emitteri ahel
• Ühise alusega skeem
• Ühine kollektori ahel

Tuleb märkida, et neid lülitusahelaid ei kasutata mitte ainult bipolaarsete transistoride, vaid ka igat tüüpi väljatransistoride jaoks. Nendes nimetatakse neid ahelaid vastavalt ühiseks allikaks, ühiseks väravaks ja ühisteks äravooluahelateks. Kõigil järgnevatel diagrammidel on võimendi kvadrupoolvõrgu piirid näidatud punktiirjoonega. Signaaliallika ja koormuse ühendamiseks on neil mõlemal kaks väljundit.

Ühine emitteri ahel

Kõige tavalisem transistori ühendusahel on (OE). Selle põhjuseks on selle vooluahela suurim võimsuse suurenemine. Ühises emitteri ahelas on nii pinge kui ka voolu võimendus. Transistori ühise emitteriga ühendamise funktsionaalne skeem on näidatud joonisel 1.

Joonis 1. Ühise emitteriga transistori talitlusskeem

Sellel diagrammil ei ole näidatud transistori kollektori ja aluse toiteahelaid. Vaatleme neid hiljem üksikasjalikuma uuringu käigus ühise emitteriga. Ühise emitteriga transistori ahela sisendtakistus määratakse transistori sisendkarakteristikuga. See sõltub alusest ja järelikult ka transistori kollektori voolust. Enamiku väikese võimsusega võimendite puhul on see umbes 2,5 kOhm.

Ühise alusega skeem

Ühine kollektori ahel

Tavaliselt kasutatakse suure sisendtakistuse saavutamiseks. Selle transistori ahela võimsuse võimendus on ühisemitteri ahelaga võrreldes väiksem ja võrreldav ühisbaasahela võimendusega. See on tingitud asjaolust, et ühise kollektoriga transistori ahel pinget ei võimenda. Selles vooluringis toimub ainult voolu võimendamine. Transistori ühise kollektoriga ühendamise funktsionaalne skeem on näidatud joonisel 3.

Joonis 3. Ühise kollektoriga transistori sisselülitamise talitlusskeem

Joonisel 5 näidatud diagrammil ei ole näidatud kollektori ja baasi toiteahelaid. Ühise kollektoriga transistori sisselülitamise ahela sisendtakistus on transistori aluse (nagu ühise emitteriga ahelas) takistuse ja sisendiks teisendatud takistuse summa emitteri ahelas, seega ühise kollektoriga ahela sisendtakistus on väga suur. Selle sisendtakistus on kõigist transistorahelatest suurim.

Kirjandus:

Lugege koos artikliga "Transistori ühendusahelad":

http://site/Sxemoteh/ShTrzKask/KollStab/

http://site/Sxemoteh/ShTrzKask/EmitStab/

Transistor on vooluringis kaasatud nii, et üks selle klemmidest on sisend, teine ​​väljund ja kolmas on ühine sisend- ja väljundahelatele. Sõltuvalt sellest, milline elektrood on levinud, on kolm transistori lülitusahelat: OB, OE ja OK. Lülitusahelates oleva n-p-n transistori puhul muutub ainult pingete polaarsus ja voolude suund. Iga transistori lülitusahela puhul tuleb toiteallikate polaarsus valida selline, et emitteri ristmik oleks sisse lülitatud edasisuunas ja kollektori ristmik vastupidises suunas.

Bipolaarsete transistoride staatilised omadused

Transistori staatiline töörežiim on režiim, kui väljundahelas pole koormust.

Transistoride staatilised karakteristikud on graafiliselt väljendatud sõltuvused sisendahela pingest ja voolust (sisendvool-pinge karakteristikud) ja väljundahela (väljundvoolu-pinge karakteristikud). Karakteristikute tüüp sõltub transistori sisselülitamise meetodist.

Skeemi järgi ühendatud transistori omadused

IE = f(UEB) koos UKB = const (a).

IK = f(UKB), kus IE = const (b).

OB-ahela järgi ühendatud bipolaarse transistori staatilised omadused. Väljundvoolu-pinge karakteristikutel on kolm iseloomulikku piirkonda: 1 – Ik tugev sõltuvus UCB-st; 2 – Ik nõrk sõltuvus UKB-st; 3 – kollektori ristmiku rike. Piirkonna 2 karakteristikute eripäraks on nende kerge suurenemine pinge UCB suurenemisega.

OE-ahela järgi ühendatud transistori omadused:

Sisendkarakteristikuks on sõltuvus:

IB = f(UBE), kus UKE = const (b).

Väljundkarakteristikuks on sõltuvus:

IK = f(UKE), kus IB = const (a).

Bipolaarse transistori töörežiim

Transistor võib töötada kolmes režiimis sõltuvalt pingest selle ristmikel. Aktiivses režiimis töötades on pinge emitteri ristmikul otsene ja kollektori ristmikul vastupidine.

Lõike- ehk blokeerimisrežiim saavutatakse mõlemale ristmikule vastupidise pinge rakendamisega (mõlemad p-n ristmikud on suletud).

Kui mõlema ristmiku pinge on otsene (mõlemad p-n ristmikud on avatud), siis töötab transistor küllastusrežiimis. Väljalülitusrežiimis ja küllastusrežiimis pole transistori juhtimist peaaegu üldse võimalik. Aktiivses režiimis toimub selline juhtimine kõige tõhusamalt ja transistor saab täita elektriahela aktiivse elemendi funktsioone - võimendamine, genereerimine.

Bipolaarse transistori võimendi aste

Kõige laialdasemalt kasutatav lülitus on ühise emitteriga transistori lülitusahel. Vooluahela põhielemendid on toiteallikas Ek, juhitav element - transistor VT ja takisti Rk. Need elemendid moodustavad võimendiastme väljundahela, milles juhitava voolu voolu tõttu tekib ahela väljundis võimendatud vahelduvpinge. Teised vooluringi elemendid mängivad toetavat rolli. Kondensaator Cp on eralduskondensaator. Selle kondensaatori puudumisel sisendsignaali allika ahelas tekiks alalisvool toiteallikast Ek.

Baasahelasse kuuluv takisti RB tagab transistori töö sisendsignaali puudumisel. Puhkerežiimi tagab puhkeoleku baasvool IB = Ek/RB. Takisti Rk abil luuakse väljundpinge. Rк täidab väljundahelas muutuva pinge loomise funktsiooni selles oleva voolu tõttu, mida juhitakse baasahela kaudu.

Võimendi astme kollektoriahela jaoks saame kirjutada järgmise elektrilise oleku võrrandi:

Ek = Uke + IkRk,

takisti Rk pingelanguse ja transistori kollektor-emitteri pinge Uke summa on alati võrdne konstantse väärtusega - toiteallika Ek emf-ga.

Võimendusprotsess põhineb konstantse pingeallika Ek energia muundamisel väljundahelas vahelduvpinge energiaks, muutes juhitava elemendi (transistori) takistust vastavalt sisendsignaaliga määratud seadusele.

5) Mis on väljatransistor? Mis tüübid on olemas?

Väljatransistor (FET) on pooljuhtseade, milles

voolu reguleerimine toimub juhtivuse juhtivuse muutmise teel

kanal põikisuunalise elektrivälja abil. Erinevalt bipolaarsest

Väljatransistori voolu määrab põhikandjate vool.

Väljatransistori elektroode nimetatakse allikaks (I), äravooluks (C) ja

katik (Z). Juhtpinge rakendatakse paisu ja värava vahele

elektrilöök Kanali juhtivus sõltub paisu ja allika vahelisest pingest.

la seega voolu suurus. Seega võib väljatransistor olla

pidada seda vooluallikaks, mida juhib paisuallika pinge. EL-

kas juhtsignaali muutuse amplituud on piisavalt suur, takistus

Kanali asukoht võib varieeruda väga suurtes piirides. Sel juhul põld

Transistori saab kasutada elektroonilise võtmena.

Disaini järgi võib väljatransistorid jagada kahte rühma:

Juhtimisega p–n ristmikuga;

Kanalist dielektrikuga eraldatud metallväravaga.

Teist tüüpi transistore nimetatakse MOS-transistorideks (metall -

dielektrik - pooljuht). Enamikul juhtudel on dielektrik

ränidioksiid SiO2, mistõttu kasutatakse tavaliselt nimetust MOS

transistorid (metall - oksiid - pooljuht). Kaasaegses MOS-is

Transistorides kasutatakse värava valmistamiseks sageli polükristalli.

räni. Kuid selliste seadmete kohta kasutatakse ka nimetust MOS transistor.

Väljatransistori kanali juhtivus võib olla elektrooniline

või auk. Kui kanalil on elektrooniline juhtivus, siis transistor

nimetatakse n-kanaliks. Transistorid, mille kanalitel on auk pro-

juhtivust nimetatakse p-kanaliks. MOS-transistorides võib kanal olla

kandjatest tühjendatud või nendega rikastatud. Seega mõiste „väli

transistor" ühendab kuus erinevat tüüpi pooljuhtseadet -

MOSFETe kasutatakse laialdaselt kaasaegses elektritööstuses

hüüdnimi. Paljudes valdkondades, sealhulgas digitaalelektroonikas, on need peaaegu täielikult olemas

Need on asendatud bipolaarsete transistoritega. Seda selgitab järgmine at-229

auastmed. Esiteks on väljatransistoridel suur sisendtakistus

ja tagada madal energiatarbimine. Teiseks MOSFETid

hõivavad integraallülituskiibil oluliselt väiksema ala,

kui bipolaarne. Seetõttu on elementide paigutuse tihedus MOS-is

integraallülitused on palju kõrgem. Kolmandaks tootmistehnoloogia

MOS-transistoridel põhinevad integraallülitused nõuavad vähem operatsioone,

kui bipolaarsetel transistoridel põhinevad IC tootmistehnoloogiad.

6) Mis on zeneri diood? Selgitage, kuidas see töötab. Joonistage selle voolu-pinge karakteristikud.

Zenerdioodid on pooljuhtdioodid, mis kasutavad läbilöögipiirkonnas voolu-pinge karakteristiku pöördharu omadust, et varieeruda voolumuutuste laias vahemikus suhteliselt väikese pingehälbega. Seda omadust kasutatakse laialdaselt spetsiaalsete seadmete - pinge stabilisaatorite - loomisel.

Zeneri dioodi läbilöögipinge sõltub laiusest р-n-üleminek, mille määrab pooljuhtmaterjali eritakistus. Seetõttu on läbilöögipinge (st stabiliseerimispinge) teatav sõltuvus lisandite kontsentratsioonist.

Madalpinge zeneri dioodid on valmistatud tugevalt legeeritud räni baasil. Laius р-n-üleminek osutub sel juhul väga väikeseks ja potentsiaalse barjääri elektrivälja tugevus on väga kõrge, mis loob tingimused tunneli purunemiseks. Suure laiusega р-n-ülemineku purunemine on laviini laadi.

Zeneri dioodi voolu-pinge karakteristikud on näidatud joonisel fig. 6.1 Zeneri dioodi töövool (selle pöördvool) ei tohiks ületada maksimaalset lubatud väärtust, et vältida pooljuhtstruktuuri ülekuumenemist ja selle rikkeid.

Riis. 6.1. Korpuse kujundus (a), voolu-pinge karakteristikud ja zeneri dioodi sümboolne graafiline tähistus

Zeneri dioodi oluline omadus on selle stabiliseerimispinge sõltuvus temperatuurist. Tugevalt legeeritud pooljuhtides suureneb tunneli purunemise tõenäosus temperatuuri tõustes. Seetõttu väheneb selliste zeneri dioodide stabiliseerimispinge kuumutamisel, st neil on negatiivne stabiliseerimispinge temperatuuritegur (TCV).

.

Kergelt legeeritud pooljuhtides väheneb temperatuuri tõustes kandja keskmine vaba tee, mis toob kaasa lävipinge tõusu, mille juures laviini purunemine algab. Sellistel zeneri dioodidel on positiivne TKN. (joonis 6.2).

Riis. 6.2. Zeneri dioodi voolu-pinge karakteristiku sõltuvus temperatuurist

Selle puuduse kõrvaldamiseks ja temperatuuriga kompenseeritud zeneri dioodide loomiseks ühendatakse tavalised dioodid edasisuunas jadamisi zeneri dioodi ahelaga. Nagu on teada, on tavaliste dioodide puhul ettepoole suunatud pingelangus р-n-üleminek väheneb kuumutamisel. Ja kui Zener-dioodiga järjestikku (joonis 6.3) lülitate dioodid sisse edasisuunas, kus , (on dioodi päripinge languse muutus dioodi kuumutamisel), siis saate peaaegu täielikult kompenseerida Zeneri dioodi temperatuuriviga.

Riis. 6.3. Zeneri dioodi termiline kompensatsioon

Zeneri dioodide peamised parameetrid:

Zeneri dioodide piirparameetrid:

Transistorid jagunevad bipolaarseteks ja väljaefektilisteks. Igal neist tüüpidest on oma tööpõhimõte ja konstruktsioon, kuid ühine on pooljuht-p-n struktuuride olemasolu.

Transistoride sümbolid on toodud tabelis:

Seadme tüüp				Tavapärane graafiline sümbol (UGO)
Bipolaarne	Bipolaarne pnp tüüp
	Bipolaarne n-p-n tüüp
Väli	Koos juhatajaga p-n ristmik	P-tüüpi kanaliga
		N-tüüpi kanaliga
	Koos isoleeritud katik MOSFET-transistorid	Sisseehitatud kanal	Sisseehitatud kanal p-tüüpi
			Sisseehitatud kanal n-tüüpi
		Koos indutseeritud kanal	Indutseeritud kanal p-tüüpi
			Indutseeritud kanal n-tüüpi

Bipolaarsed transistorid

"Bipolaarse" määratlus näitab, et transistori töö on seotud protsessidega, milles osalevad kahte tüüpi laengukandjad - elektronid ja augud.

Transistor on kahe elektron-augu ristmikuga pooljuhtseade, mis on ette nähtud elektriliste signaalide võimendamiseks ja genereerimiseks. Transistor kasutab mõlemat tüüpi kandjaid – peamist ja väiksemat, mistõttu seda nimetatakse bipolaarseks.

Bipolaarne transistor koosneb erinevat tüüpi juhtivusega monokristallilise pooljuhi kolmest piirkonnast: emitter, alus ja kollektor.

• E - emitter,
• B - alus,
• K - koguja,
• EP - emitteri ristmik,
• KP - kollektori ristmik,
• W - aluse paksus.

Iga transistori üleminekut saab sisse lülitada kas edasi- või tagasisuunas. Sõltuvalt sellest on transistoril kolm töörežiimi:

1. Väljalülitusrežiim - mõlemad p-n-siirded on suletud, samas kui transistori kaudu liigub tavaliselt suhteliselt väike vool
2. Küllastusrežiim – mõlemad p-n ristmikud on avatud
3. Aktiivne režiim - üks p-n ristmik on avatud ja teine ​​on suletud

Väljalülitusrežiimis ja küllastusrežiimis ei saa transistorit juhtida. Transistori efektiivne juhtimine toimub ainult aktiivses režiimis. See režiim on peamine. Kui pinge emitteri ristmikul on otsene ja kollektori ristmikul vastupidine, peetakse transistori sisselülitamist normaalseks, kui polaarsus on vastupidine.

Tavarežiimis on kollektori p-n ristmik suletud, emitteri ristmik avatud. Kollektori vool on võrdeline baasvooluga.

Laengukandjate liikumine n-p-n transistoris on näidatud joonisel:

Kui emitter on ühendatud toiteallika negatiivse klemmiga, tekib emitteri vool Ie. Kuna emitteri ristmikule rakendatakse edasisuunas välist pinget, siis elektronid ületavad üleminekut ja sisenevad baaspiirkonda. Alus on valmistatud p-pooljuhist, seega on elektronid selle jaoks vähemuslaengukandjad.

Aluspiirkonda sisenevad elektronid rekombineeruvad osaliselt aluses olevate aukudega. Alus on aga tavaliselt valmistatud väga õhukesest suure eritakistusega (vähe lisandisisaldusega) p-juhist, mistõttu on aukude kontsentratsioon aluses madal ja vaid üksikud alusesse sisenevad elektronid rekombineeruvad selle aukudega, moodustades aluse. praegune Ib. Enamik elektrone jõuab termilise liikumise (difusiooni) ja kollektorvälja (triivi) mõjul kollektorisse, moodustades kollektorivoolu Ik komponendi.

Emitteri ja kollektori voolude juurdekasvu vahelist suhet iseloomustab voolu ülekandetegur

Nagu ilmneb bipolaarses transistoris toimuvate protsesside kvalitatiivsest uurimisest, on voolu ülekandetegur alati väiksem kui ühtsus. Kaasaegsete bipolaarsete transistoride puhul α = 0,9 ÷ 0,95

Kui Ie ≠ 0, on transistori kollektori vool võrdne:

Vaadeldavas ühendusahelas on baaselektrood ühine emitteri ja kollektori ahelatele. Seda bipolaarse transistori ühendamise ahelat nimetatakse ühise alusega vooluringiks, emitteri ahelat aga sisendahelaks ja kollektori ahelat väljundahelaks. Sellist bipolaarse transistori sisselülitamise ahelat kasutatakse aga väga harva.

Kolm ahelat bipolaarse transistori sisselülitamiseks

Seal on ühise baasi, ühise emitteri ja ühise kollektoriga lülitusahelad. Pnp-transistori vooluringid on näidatud joonistel a, b, c:

Ühise alusega vooluringis (joonis a) on aluselektrood ühine sisend- ja väljundahelaga, ühise emitteriga ahelas (joonis b) on emitter ühine, ühise kollektoriga ahelas (joonis c), kollektor on ühine.

Joonisel on kujutatud: E1 – sisendahela toide, E2 – väljundahela toide, Uin – võimendatud signaali allikas.

Peamine lülitusahel on selline, milles sisend- ja väljundahelate ühine elektrood on emitter (ühise emitteriga bipolaarse transistori lülitusahel). Sellise vooluahela korral läbib sisendvooluahel baas-emitteri ristmiku ja selles tekib baasvool:

Alusvoolu madal väärtus sisendahelas on kaasa toonud ühise emitteriga ahela laialdase kasutamise.

Bipolaarne transistor ühise emitteri (CE) ahelas

OE-ahela järgi ühendatud transistoris nimetatakse voolu ja pinge suhet transistori Ib = f1 (Ube) sisendahelas transistori sisend- ehk voolu-pinge põhikarakteristikuks (VC). Kollektori voolu sõltuvust kollektori ja emitteri vahelisest pingest baasvoolu fikseeritud väärtustel Iк = f2 (Uke), Ib – const nimetatakse transistori väljundi (kollektori) omaduste perekonnaks.

Keskmise võimsusega n-p-n tüüpi bipolaarse transistori sisend- ja väljundvoolu-pinge omadused on näidatud joonisel:

Nagu jooniselt näha, on sisendkarakteristikud praktiliselt sõltumatud pingest Uke. Väljundomadused on üksteisest ligikaudu võrdsel kaugusel ja peaaegu lineaarsed paljude pingemuutuste Uke vahemikus.

Sõltuvus Ib = f(Ube) on eksponentsiaalne sõltuvus, mis on iseloomulik päripingestusega p-n-siirde voolule. Kuna baasvool on rekombinatsioon, on selle väärtus Ib β korda väiksem kui sisestatud emitteri vool Ie. Kollektori pinge Uк suurenedes nihkub sisendkarakteristikud kõrgemate pingete Ub piirkonda. See on tingitud asjaolust, et aluse laiuse modulatsiooni tõttu (Early Effect) väheneb rekombinatsioonivoolu osakaal bipolaarse transistori baasis. Pinge Ube ei ületa 0,6...0,8 V. Selle väärtuse ületamine toob kaasa avatud emitteri ristmikku läbiva voolu järsu suurenemise.

Sõltuvus Ik = f(Uke) näitab, et kollektori vool on otseselt võrdeline baasvooluga: Ik = B Ib

Bipolaarse transistori parameetrid

Transistori kujutamine väikese signaali töörežiimis nelja terminali võrguna

Väikese signaaliga töörežiimis saab transistori esindada nelja terminali võrguga. Kui pinged u1, u2 ja voolud i1, i2 muutuvad siinusseaduse järgi, luuakse ühendus pingete ja voolude vahel parameetrite Z, Y, h abil.

Potentsiaalid 1", 2", 3 on samad. Transistorit on mugav kirjeldada h-parameetrite abil.

Ühise emitteriga ahela järgi ühendatud transistori elektrilist olekut iseloomustavad neli suurust: Ib, Ube, Ik ja Uke. Kahte neist suurustest võib pidada sõltumatuks ja ülejäänud kahte saab väljendada nende kaudu. Praktilistel kaalutlustel on mugav valida kogused Ib ja Uke iseseisvatena. Siis Ube = f1 (Ib, Uke) ja Ik = f2 (Ib, Uke).

Võimendiseadmetes on sisendsignaalid sisendpingete ja voolude sammud. Karakteristikute lineaarses osas kehtivad sammude Ube ja Ik kohta järgmised võrdsused:

Parameetrite füüsiline tähendus:

OE-ga vooluringi puhul kirjutatakse koefitsiendid indeksiga E: h11e, h12e, h21e, h22e.

Passi andmed näitavad h21е = β, h21b = α. Need parameetrid iseloomustavad transistori kvaliteeti. H21 väärtuse suurendamiseks peate kas vähendama aluse laiust W või suurendama difusiooni pikkust, mis on üsna keeruline.

Komposiittransistorid

H21 väärtuse suurendamiseks ühendatakse bipolaarsed transistorid Darlingtoni vooluahela abil:

Komposiittransistoris, millel on samad omadused kui ühel, on baas VT1 ühendatud emitteriga VT2 ja ΔIе2 = ΔIb1. Mõlema transistori kollektorid on ühendatud ja see klemm on komposiittransistori klemm. Alus VT2 mängib komposiittransistori ΔIb = ΔIb2 aluse rolli ja emitter VT1 mängib komposiittransistori ΔIe = ΔI1 emitteri rolli.

Saadame Darlingtoni ahela voolu võimenduse β avaldis. Avaldame seost komposiittransistori baasvoolu dIb muutuse ja sellest tuleneva muutuse kollektorivoolu dIk vahel järgmiselt:

Kuna bipolaarsete transistoride puhul on voolu võimendus tavaliselt mitukümmend (β1, β2 >> 1), määratakse liittransistori koguvõimendus iga transistori võimenduse korrutisega βΣ = β1 · β2 ja see võib olla üsna suur väärtus.

Märgime selliste transistoride töörežiimi tunnuseid. Kuna emitteri vool VT2 Ie2 on baasvool VT1 dIb1, peaks transistor VT2 töötama mikrovõimsuse režiimis ja transistor VT1 suure sissepritse režiimis, erinevad nende emitteri voolud 1-2 suurusjärku. Bipolaarsete transistoride VT1 ja VT2 tööomaduste sellise suboptimaalse valiku korral ei ole võimalik saavutada mõlemas neist kõrgeid voolutugevuse väärtusi. Sellegipoolest, isegi võimendusväärtuste β1, β2 ≈ 30 korral on koguvõimendus βΣ βΣ ≈ 1000.

Komposiittransistoride kõrgeid võimendusväärtusi realiseeritakse ainult statistilises režiimis, seega kasutatakse komposiittransistore laialdaselt operatiivvõimendite sisendastmetes. Kõrge sagedusega ahelates pole komposiittransistoridel enam selliseid eeliseid, vastupidi, nii voolu võimenduse piirsagedus kui ka komposiittransistoride töökiirus on väiksemad kui samad parameetrid iga transistori VT1, VT2 puhul eraldi.

Bipolaarsete transistoride sagedusomadused

Alusesse süstitud vähemuslaengukandjate levimisprotsess emitterist kollektori ristmikuni kulgeb difusiooni teel. See protsess on üsna aeglane ja emitterist süstitud kandjad jõuavad kollektorisse mitte varem kui kandjate difusiooni ajal läbi aluse. Selline viivitus toob kaasa faasinihke voolu Ie ja voolu Ik vahel. Madalatel sagedustel langevad voolude Ie, Ik ja Ib faasid kokku.

Sisendsignaali sagedust, mille korral võimenduse moodul väheneb staatilise väärtusega β0 võrreldes teguri võrra, nimetatakse bipolaarse transistori vooluvõimenduse piirsageduseks ühisemitteri ahelas.

Fβ – piirsagedus (läbisagedus)
fgr – piirsagedus (ühtsusvõimenduse sagedus)

Väljatransistorid

Väljaefektiga ehk unipolaarsed transistorid kasutavad väljaefekti peamise füüsikalise printsiibina. Erinevalt bipolaarsetest transistoridest, milles transistoriefekti eest vastutavad mõlemat tüüpi kandjad, nii suured kui ka väikesed, kasutavad väljatransistorid transistoriefekti realiseerimiseks ainult ühte tüüpi kandjat. Sel põhjusel nimetatakse väljatransistore unipolaarseid. Sõltuvalt väljaefekti realiseerimise tingimustest jagatakse väljatransistorid kahte klassi: isoleeritud paisuga väljatransistorid ja juht-p-n-siirdega väljatransistorid.

Kontroll-p-n-siirdega väljatransistorid

Skemaatiliselt saab juht-pn-siirdega väljatransistori kujutada plaadina, mille otstesse on ühendatud elektroodid, allikas ja äravool. Joonisel fig. näitab n-tüüpi kanaliga väljatransistori struktuuri ja ühendusskeemi:

N-kanaliga transistoris on kanali enamuse laengukandjateks elektronid, mis liiguvad mööda kanalit madala potentsiaaliga allikast kõrgema potentsiaaliga äravoolu, tekitades äravooluvoolu Ic. Värava ja allika vahele rakendatakse pinge, mis blokeerib p-n-siirde, mis on moodustatud kanali n-piirkonnast ja paisu p-piirkonnast.

Kui p-n-siirdele Uzi rakendatakse blokeerivat pinget, ilmub kanali piiridele ühtlane kiht, millel on laengukandjad ja millel on suur takistus. See viib kanali juhtiva laiuse vähenemiseni.

Selle pinge väärtust muutes on võimalik muuta kanali ristlõiget ja sellest tulenevalt ka kanali elektritakistuse väärtust. N-kanaliga väljatransistori puhul on äravoolupotentsiaal lähtepotentsiaali suhtes positiivne. Kui värav on maandatud, voolab vool äravoolust allikasse. Seetõttu tuleb voolu peatamiseks anda väravale mitmevoldine vastupidine pinge.

Pinge väärtust Uzi, mille juures kanalit läbiv vool muutub peaaegu võrdseks nulliga, nimetatakse katkestuspingeks Uzap

Seega kujutab väljatransistor, mille pais on p-n-siirde kujul, takistust, mille väärtust reguleerib välispinge.

Väljatransistori iseloomustab järgmine voolu-pinge karakteristik:

Siin määrab äravooluvoolu Ic sõltuvus pingest konstantse pinge juures paisulis Uzi väljatransistori väljundi ehk äravoolu omadused. Karakteristikute algosas Usi + |Uzi |< Uзап ток стока Iс возрастает с увеличением Uси . При повышении напряжения сток - исток до Uси = Uзап - |Uзи | происходит перекрытие канала и дальнейший рост тока Iс прекращается (участок насыщения). Отрицательное напряжение Uзи между затвором и истоком смещает момент перекрытия канала в сторону меньших значений напряжения Uси и тока стока Iс . Участок насыщения является рабочей областью выходных характеристик полевого транзистора. Дальнейшее увеличение напряжения Uси приводит к пробою р-n-перехода между затвором и каналом и выводит транзистор из строя.

Voolu-pinge karakteristik Ic = f(Uzi) näitab pinget Uzap. Kuna Uzi ≤ 0, on p-n üleminek suletud ja paisuvool on väga väike, umbes 10 -8…10-9 A Seetõttu on väljatransistori peamised eelised võrreldes bipolaarse transistoriga suur sisendtakistus, umbes 10 10…1013 oomi. Lisaks eristab neid madal müratase ja valmistatavus.

Praktilise rakendusega on kaks peamist lülitusskeemi. Ühise allikaga vooluahel (joonis a) ja ühise äravooluga vooluahel (joonis b), mis on näidatud joonisel:

Isoleeritud paisuga väljatransistorid
(MOS-transistorid)

Mõistet "MOS-transistor" kasutatakse väljatransistoride tähistamiseks, mille juhtelektrood - värav - on eraldatud väljatransistori aktiivsest piirkonnast dielektrilise kihi - isolaatoriga. Nende transistoride põhielemendiks on metall-isolaator-pooljuht (M-D-S) struktuur.

Sisseehitatud väravaga MOS-transistori tehnoloogia on näidatud joonisel:

Algset pooljuhti, millele MOS-transistor on valmistatud, nimetatakse substraadiks (pin P). Kahte tugevalt legeeritud n+ piirkonda nimetatakse allikaks (I) ja äravooluks (C). Värava (3) all olevat substraadi pindala nimetatakse sisseehitatud kanaliks (n-kanaliks).

Metall-isolaator-pooljuhtstruktuuriga väljatransistori töö füüsikaliseks aluseks on väljaefekt. Väljaefekt seisneb selles, et välise elektrivälja mõjul muutub vabade laengukandjate kontsentratsioon pooljuhi pinnalähedases piirkonnas. MIS-struktuuriga väliseadmetes põhjustab välisvälja metallvärava elektroodile rakendatud pinge. Sõltuvalt rakendatud pinge märgist ja suurusest võib kanalis olla ruumi laengupiirkonna (SCR) kaks olekut - rikastamine, ammendumine.

Tühjendusrežiim vastab negatiivsele pingele Uzi, mille juures elektronide kontsentratsioon kanalis väheneb, mis viib äravooluvoolu vähenemiseni. Rikastusrežiim vastab positiivsele pingele Uzi ja äravooluvoolu suurenemisele.

Voolu-pinge karakteristik on näidatud joonisel:

Indutseeritud (indutseeritud) p-tüüpi kanaliga MOS-transistori topoloogia on näidatud joonisel:

Kui Uzi = 0, siis kanalit pole ja Ic = 0. Transistor saab töötada ainult Uzi rikastusrežiimis< 0. Если отрицательное напряжение Uзи превысит пороговое Uзи.пор , то происходит формирование инверсионного канала. Изменяя величину напряжения на затворе Uзи в области выше порогового Uзи.пор , можно менять концентрацию свободных носителей в инверсионном канале и сопротивление канала. Источник напряжения в стоковой цепи Uси вызовет ток стока Iс .

Voolu-pinge karakteristik on näidatud joonisel:

MOS-transistorides eraldab pais pooljuhist SiO2 oksiidikihiga. Seetõttu on selliste transistoride sisendtakistus umbes 1013 ... 1015 oomi.

Väljatransistoride peamised parameetrid on järgmised:

• Karakteristiku kalle juures Usp = const, Upi = const. Tüüpilised parameetrite väärtused on (0,1...500) mA/V;
• Karakteristiku kalle piki substraati Usp = const, Uzi = const. Tüüpilised parameetrite väärtused (0,1...1) mA/V;
• Algne äravooluvool Is.init.
• – äravooluvool nullpinge väärtusel Uzi. Tüüpilised parameetrite väärtused: (0,2...600) mA – juhtkanali p-n üleminekuga transistoridele; (0,1...100) mA – sisseehitatud kanaliga transistoridele; (0,01...0,5) µA – indutseeritud kanaliga transistoridele;
• Katkestuspinge Uzi.ots. . Tüüpilised väärtused (0,2...10) V; lävipinge Üles. Tüüpilised väärtused (1...6) V;
• Äravooluallika takistus avatud olekus. Tüüpilised väärtused (2...300) Ohm
• Diferentsiaaltakistus (sisemine): at Uzi = const;

Statistiline võimendus: μ = S ri

Türistorid

Türistor on pooljuhtseade, millel on kolm või enam elektron-augu p-n-siirdeid. Neid kasutatakse peamiselt elektrooniliste võtmetena. Sõltuvalt väliste klemmide arvust jagatakse need kahe välise klemmiga türistoriteks - dinistoriteks ja kolme klemmiga türistoriteks - türistoriteks. Türistorite tähistamiseks kasutatakse tähesümbolit VS.

Dinistori konstruktsioon ja tööpõhimõte



Dinistori struktuur, UGO ja voolu-pinge omadused on näidatud joonisel:

Välist p-piirkonda nimetatakse anoodiks (A), välimist n-piirkonda nimetatakse katoodiks (K). Kolm p-n-siirdekohta on tähistatud numbritega 1, 2, 3. Dinistori struktuur on 4-kihiline - p-n-p-n.

Toitepinge E antakse dinistorile selliselt, et 3-st ristmikust 1 on avatud ja nende takistus on ebaoluline ning üleminek 2 on suletud ja sellele on rakendatud kogu toitepinge Upr. Dinistori kaudu voolab väike pöördvool, koormus R on toiteallikast E lahti ühendatud.

Sisselülituspinge on mitusada volti. Dinistor avaneb ja selle kaudu voolavad märkimisväärsed voolud. Pingelang dinistoril avatud olekus on 1-2 volti ja sõltub vähe voolava voolu suurusest, mille väärtus on τa ≈ E / R ja UR ≈ E, s.o. koormus on ühendatud toiteallikaga E. Dinistori ületavat pinget, mis vastab maksimaalsele lubatud punktile Iopen.max, nimetatakse avatud oleku pingeks Uokr. Maksimaalne lubatud vool on sadadest mA kuni sadade A. Dinistor on avatud olekus seni, kuni seda läbiv vool muutub väiksemaks hoidevoolust Iud. Dinistor sulgub, kui välispinge langeb 1 V suurusjärku või kui välise allika polaarsus muutub. Seetõttu kasutatakse sellist seadet siirdevooluahelates. Punktid B ja D vastavad dinistori voolude ja pingete piirväärtustele. Ülemineku 2 takistuse taastumisaeg pärast toitepinge eemaldamist on umbes 10-30 μs.

Põhimõtteliselt on dinistorid peamised tegevusseadmed. Sisselülitatud olekus (BV sektsioon) sarnaneb see suletud võtmega ja väljalülitatud olekus (EG sektsioon) on see nagu avatud võti.

Türistori (türistori) konstruktsioon ja tööpõhimõte

Türistor on juhitav seade. See sisaldab juhtelektroodi (CE), mis on ühendatud keskmise ristmiku 2 p-tüüpi pooljuhiga või n-tüüpi pooljuhiga.

Trinistori (tavaliselt nimetatakse türistoriks) struktuur, UGO ja voolu-pinge omadused on näidatud joonisel:



Pinget Uoff, mille juures algab laviinilaadne voolu suurenemine, saab vähendada vähemuslaengukandjate sisseviimisega mis tahes ristmikuga 2 külgnevasse kihti. Uon vähenemise ulatus on näidatud voolu-pinge karakteristikul. Oluline parameeter on lahtilukustusjuhtvool Iу.оt, mis tagab türistori lülitumise avatud olekusse pingest Uon madalamal pingel. Joonisel on näidatud kolm lülituspinge UI väärtust< Un вкл < Um вкл соответствует трем значениям управляющего тока UI у.от >Un u.ot > Um u.ot .

Vaatleme lihtsaimat vooluahelat türistoriga, mis on laaditud takistikoormusele Rн






• Ia – anoodvool (jõuvool türistori anood-katoodi ahelas);
• Uak – anoodi ja katoodi vaheline pinge;
• Iу – juhtelektroodi vool (reaalsetes ahelates kasutatakse vooluimpulsse);
• Uuk on pinge juhtelektroodi ja katoodi vahel;
• Upit – toitepinge.

Türistori avatud olekusse üleviimiseks toidetakse mittejuhtelektroodi impulsi genereerimise ahelast lühiajalise (suurusjärgus mitu mikrosekundit) juhtimpulssiga.

Vaadeldava praktikas väga laialdaselt kasutatava mittelukustatava türistori iseloomulik tunnus on see, et seda ei saa juhtvoolu abil välja lülitada.

Türistori praktikas väljalülitamiseks rakendatakse sellele pöördpinget Uac< 0 и поддерживают это напряжение в течении времени, большего так называемого времени выключения tвыкл . Оно обычно составляет единицы или десятки микросекунд.

Triaki konstruktsioon ja tööpõhimõte

Laialdaselt on kasutusel nn sümmeetrilised türistorid (triacid, triacid). Iga triac on sarnane vaadeldava türistori paariga, mis on omavahel ühendatud. Sümmeetrilised türistorid on sümmeetrilise voolu-pinge karakteristikuga juhitav seade. Sümmeetrilise karakteristiku saamiseks kasutatakse kahepoolseid p-n-p-n-p pooljuhtstruktuure.

Triaki struktuur, selle UGO ja voolu-pinge omadused on näidatud joonisel:



Triac (triac) sisaldab kahte türistorit p1-n1-p2-n2 ja p2-n2-p1-n4, mis on omavahel ühendatud. Triac sisaldab 5 üleminekut P1-P2-P3-P4-P5. Juhtelektroni puudumisel nimetatakse UE triaki diakiks.

Positiivse polaarsusega elektroodil E1 tekib türistori efekt p1-n1-p2-n2 ja vastupidise polaarsusega p2-n1-p1-n4 puhul.

Kui kasutajaseadmele rakendatakse juhtpinget, muutub lüliti pinge Uon sõltuvalt selle polaarsusest ja suurusest.

Türistorid (dinistorid, türistorid, triacid) on jõuelektroonika seadmete peamised elemendid. On türistoreid, mille lülituspinge on suurem kui 1 kV ja maksimaalne lubatud vool on suurem kui 1 kA

Elektroonilised võtmed

Jõuelektroonika seadmete efektiivsuse tõstmiseks kasutatakse laialdaselt dioodide, transistoride ja türistorite impulsstöörežiimi. Impulssrežiimi iseloomustavad voolude ja pingete järsud muutused. Impulssrežiimis kasutatakse lülititena dioode, transistore ja türistoreid.

Elektrooniliste võtmete abil lülitatakse elektroonikalülitused: vooluahela ühendamine/lahtiühendamine elektrienergia või signaali allika(te)le, vooluahela elementide ühendamine või lahtiühendamine, vooluahela elementide parameetrite muutmine, mõjutava signaaliallika tüübi muutmine.

UGO ideaalsed võtmed on näidatud joonisel:

Klahvid, mis avavad ja sulgevad vastavalt.




Klahvirežiimi iseloomustab kaks olekut: "sees"/"väljas".

Ideaalseid võtmeid iseloomustab takistuse hetkeline muutus, mille väärtus võib olla 0 või ∞. Ideaalse suletud lüliti pingelang on 0. Kui lüliti on avatud, on vool 0.

Pärisvõtmeid iseloomustavad ka kaks äärmist takistuse väärtust Rmax ja Rmin. Üleminek ühelt takistuse väärtuselt teisele reaalsetes lülitites toimub piiratud aja jooksul. Tõelise suletud lüliti pingelang ei ole null.

Lülitid jagunevad väikese võimsusega ahelates kasutatavateks klahvideks ja suure võimsusega ahelates kasutatavateks klahvideks. Igal neist klassidest on oma omadused.

Madala võimsusega ahelates kasutatavaid klahve iseloomustavad:

1. Peamised takistused avatud ja suletud olekus;
2. Performance – aeg, mis kulub võtmel ühest olekust teise üleminekuks;
3. Pingelang suletud lülitil ja lekkevool avatud lülitil;
4. Mürakindlus – võtme võime jääda häiretele sattudes ühte olekusse;
5. Võtme tundlikkus on juhtsignaali suurus, mis viib võtme ühest olekust teise;
6. Lävipinge - juhtpinge väärtus, mille läheduses toimub järsk muutus elektroonilise võtme takistuses.

Dioodiga elektroonilised võtmed

Lihtsaim elektrooniliste võtmete tüüp on dioodlülitid. Dioodi lülitusahel, staatiline ülekandekarakteristik, voolu-pinge karakteristik ja diferentsiaaltakistuse sõltuvus dioodi pingest on näidatud joonisel:

Dioodelektroonilise lüliti tööpõhimõte põhineb pooljuhtdioodi diferentsiaaltakistuse väärtuse muutmisel dioodil Uthr lävipinge väärtuse läheduses. Joonisel "c" on kujutatud pooljuhtdioodi voolu-pinge karakteristikku, mis näitab Uthri väärtust. See väärtus asub pingetelje ristumiskohas voolu-pinge karakteristiku kasvavale elemendile tõmmatud puutujaga.

Joonisel "d" on näidatud erinevuse takistuse sõltuvus dioodi pingest. Jooniselt järeldub, et 0,3 V lävipinge läheduses on dioodi diferentsiaaltakistuse järsk muutus äärmuslike väärtustega 900 ja 35 oomi (Rmin = 35 oomi, Rmax = 900 oomi).

"Sees" olekus on diood avatud ja Uout ≈ Uin.

Väljalülitatud olekus on diood suletud ja , Uout ≈ Uin · Rн / Rmax<

Lülitusaja vähendamiseks kasutatakse dioode, mille üleminekumahtuvus on suurusjärgus 0,5-2 pF, pakkudes samal ajal väljalülitusaega suurusjärgus 0,5-0,05 μs.

Dioodlülitid ei võimalda juht- ja juhitavate ahelate elektrilist eraldamist, mida praktilistes ahelates sageli nõutakse.

Transistor lülitid

Suurem osa arvutites, kaugjuhtimisseadmetes, automaatjuhtimissüsteemides jne kasutatavatest vooluringidest põhinevad transistorlülititel.

Bipolaarse transistori lülitusahelad ja voolu-pinge omadused on näidatud joonisel:

Esimene olek "väljas" (transistor suletud) määratakse transistori väljundkarakteristikute punktiga A1; seda nimetatakse väljalülitusrežiimiks. Väljalülitusrežiimis on baasvool Ib = 0, kollektori vool Ik1 võrdub kollektori algvooluga ja kollektori pinge Uk = Uk1 ≈ Ek. Lõikerežiim rakendatakse Uin = 0 või negatiivse baaspotentsiaali korral. Selles olekus saavutab lüliti takistus maksimaalse väärtuse: Rmax = , kus RT on transistori takistus suletud olekus, üle 1 MOhm.

Teine olek "sees" (transistor on avatud) määratakse voolu-pinge karakteristiku punktiga A2 ja seda nimetatakse küllastusrežiimiks. Väljalülitusrežiimist (A1) küllastusrežiimi (A2) lülitatakse transistor positiivse sisendpingega Uin. Sel juhul võtab pinge Uout minimaalse väärtuse Uk2 = Uk.e.us suurusjärgus 0,2-1,0 V, kollektori vool Ik2 = Ik.us ≈ Ek / Rk. Baasvool küllastusrežiimis määratakse tingimusest: Ib > Ib.us = Ik.us / h21.

Transistori avatud olekusse lülitamiseks vajalik sisendpinge määratakse tingimusest: U in > Ib.us · Rb + Uk.e.us

Hea mürakindlus ja madal võimsuse hajumine transistoris on seletatav asjaoluga, et enamasti on transistor kas küllastunud (A2) või suletud (A1) ning üleminekuaeg ühest olekust teise moodustab väikese osa kestusest. nendest osariikidest. Bipolaarsete transistoride lülitite lülitusaeg on määratud p-n-siirde barjäärmahtuvustega ning vähemuslaengukandjate akumulatsiooni- ja resorptsiooniprotsessidega aluses.

Kiiruse ja sisendtakistuse suurendamiseks kasutatakse väljatransistorlüliteid.

Juht-pn-siirde ja ühise allika ja ühise äravooluga indutseeritud kanaliga väljatransistoride lülitusahelad on näidatud joonisel:

Väljatransistori Rн > 10-100 kOhm iga sisselülitamise korral.

Juhtsignaal Uin väravas on umbes 10-15 V. Väljatransistori takistus suletud olekus on suur, umbes 108 -109 oomi.

Väljatransistori takistus avatud olekus võib olla 7-30 oomi. Väljatransistori takistus piki juhtahelat võib olla 108–109 oomi. (ahelad "a" ja "b") ja 1012 -1014 oomi (ahelad "c" ja "d").

Võimsus (võimsus) pooljuhtseadmed

Jõupooljuhtseadmeid kasutatakse energiaelektroonikas, mis on kõige kiiremini arenev ja paljutõotav tehnoloogiavaldkond. Need on ette nähtud kümnete ja sadade amprite voolude, kümnete ja sadade voltide pingete juhtimiseks.

Võimsate pooljuhtseadmete hulka kuuluvad türistorid (dinistorid, türistorid, triacid), transistorid (bipolaarsed ja väljaefektilised) ja staatiliselt indutseeritud bipolaarsed transistorid (IGBT). Neid kasutatakse elektrooniliste võtmetena, mis lülitavad elektroonilisi ahelaid. Nad püüavad lähendada oma omadusi ideaalsete võtmete omadustele.

Vastavalt tööpõhimõttele, omadustele ja parameetritele on suure võimsusega transistorid sarnased väikese võimsusega transistoridega, kuid neil on teatud omadused.

Võimsusvälja transistorid

Praegu on väljatransistor üks paljutõotavamaid toiteseadmeid. Enim kasutatavad transistorid on isoleeritud paisu ja indutseeritud kanaliga transistorid. Kanali takistuse vähendamiseks vähendatakse selle pikkust. Äravooluvoolu suurendamiseks tehakse transistoris sadu ja tuhandeid kanaleid ning kanalid ühendatakse paralleelselt. Väljatransistori isekuumenemise tõenäosus on väike, kuna Kanali takistus suureneb temperatuuri tõustes.

Jõuväljatransistoridel on vertikaalne struktuur. Kanalid võivad paikneda nii vertikaalselt kui ka horisontaalselt.

DMOS transistor

Sellel kahekordse difusiooni meetodil toodetud MOS-transistoril on horisontaalne kanal. Joonisel on kujutatud kanalit sisaldavat struktuurielementi.

VMOS transistor

Sellel V-kujulisel MOS-transistoril on vertikaalne kanal. Joonisel on kujutatud ühte struktuurielementi, mis sisaldab kahte kanalit.

On lihtne näha, et VMOS-transistori ja DMIS-transistori struktuurid on sarnased.

IGBT transistor

IGBT on hübriidpooljuhtseade. See ühendab kaks elektrivoolu juhtimise meetodit, millest üks on tüüpiline väljatransistoridele (elektrivälja juhtimine) ja teine ​​​​bipolaarsetele (elektrikandjate sissepritse juhtimine).

Tavaliselt kasutavad IGBT-d n-tüüpi indutseeritud kanali MOS-transistori struktuuri. Selle transistori struktuur erineb DMIS-transistori struktuurist täiendava p-tüüpi pooljuhi kihi poolest.

Pange tähele, et termineid "emitter", "kollektor" ja "värav" kasutatakse tavaliselt IGBT-elektroodide tähistamiseks.

P-tüüpi kihi lisamisel moodustub teine ​​bipolaarne transistori struktuur (pnp tüüpi). Seega on IGBT-l kaks bipolaarset struktuuri – n-p-n tüüpi ja p-n-p tüüpi.

UGO ja IGBT väljalülitusahel on näidatud joonisel:

Tüüpiline väljundomaduste tüüp on näidatud joonisel:

SIT transistor

SIT on väljatransistor, millel on staatilise induktsiooniga p-n-siirdejuht. See on mitme kanaliga ja sellel on vertikaalne struktuur. SIT-i ja ühise allika ahela skemaatiline esitus on näidatud joonisel:

P-tüüpi pooljuhtide piirkonnad on silindrite kujulised, mille läbimõõt on mõni mikromeeter või rohkem. See silindrisüsteem toimib katikuna. Iga silinder on ühendatud paisuelektroodiga (joonisel "a" pole paisuelektroodi näidatud).

Punktiirjoon tähistab p-n ristmike piirkondi. Kanalite tegelik arv võib olla tuhandeid. Tavaliselt kasutatakse SIT-i tavalistes allikaahelates.

Igal vaadeldaval seadmel on oma rakendusala. Türistorlüliteid kasutatakse madalatel sagedustel (kilohertsid ja alla selle) töötavates seadmetes. Selliste võtmete peamine puudus on nende madal jõudlus.

Türistorite peamiseks kasutusalaks on madala sagedusega seadmed suure lülitusvõimsusega kuni mitu megavatti, mis ei sea tõsiseid jõudlusnõudeid.

Võimsaid bipolaarseid transistore kasutatakse kõrgepingelülititena seadmetes, mille lülitus- või muundussagedus jääb vahemikku 10-100 kHz, väljundvõimsusega mõnest W kuni mitme kWni. Lülituspinge optimaalne vahemik on 200-2000 V.

Väljatransistore (MOSFET) kasutatakse elektrooniliste lülititena madalpinge ja kõrge sagedusega seadmete lülitamiseks. Lülituspinge optimaalsed väärtused ei ületa 200 V (maksimaalne väärtus kuni 1000 V), samas kui lülitussagedus võib ulatuda mõnest kHz kuni 105 kHz. Lülitatud voolude vahemik on 1,5-100 A. Selle seadme positiivseteks omadusteks on juhitavus pigem pinge kui voolu abil ja väiksem sõltuvus temperatuurist võrreldes teiste seadmetega.

Isoleeritud paisuga bipolaarseid transistore (IGBT) kasutatakse sagedustel alla 20 kHz (mõnda tüüpi seadmeid kasutatakse sagedustel üle 100 kHz) lülitusvõimsusega üle 1 kW. Lülitatud pinged ei ole madalamad kui 300-400 V. Lülitatud pinge optimaalsed väärtused on üle 2000 V. IGBT ja MOSFET ei nõua täielikuks sisselülitamiseks negatiivset pinget seadmeid. Neid iseloomustab suur lülituskiirus.

Sertifitseerimise ettevalmistamise materjal