Istilah "transistor bipolar" disebabkan oleh fakta bahawa transistor ini menggunakan dua jenis pembawa cas: elektron dan lubang. Untuk pembuatan transistor, bahan semikonduktor yang sama digunakan seperti untuk.

Dalam transistor bipolar, menggunakan struktur semikonduktor tiga lapisan, dua persimpangan p–n dengan jenis kekonduksian elektrik berselang-seli (p–n–p atau n–p–n) dicipta daripada semikonduktor.

Transistor bipolar boleh dibongkar secara struktur (Rajah 1, a) (untuk digunakan, sebagai contoh, sebagai sebahagian daripada litar bersepadu) dan disertakan dalam perumah standard (Rajah 1, b). Tiga terminal transistor bipolar dipanggil asas, pengumpul dan pemancar.

nasi. 1. Transistor bipolar: a) struktur p–n–p tanpa perumah, b) struktur n–p–n dalam perumah

Bergantung pada kesimpulan umum, anda boleh mendapatkan tiga rajah sambungan transistor bipolar: dengan asas sepunya (CB), pengumpul sepunya (OC) dan pemancar sepunya (CE). Mari kita pertimbangkan operasi transistor dalam litar dengan asas yang sama (Rajah 2).

nasi. 2. Skim pengendalian transistor bipolar

Pemancar menyuntik (membekalkan) pembawa utama ke dalam pangkalan; dalam contoh kita, untuk peranti semikonduktor jenis-n ia akan menjadi elektron. Sumber dipilih supaya E2 >> E1. Resistor Re mengehadkan arus simpang p–n terbuka.

Apabila E1 = 0, arus melalui persimpangan pengumpul adalah kecil (disebabkan oleh pembawa minoriti), ia dipanggil arus pengumpul awal Iк0. Jika E1 > 0, elektron mengatasi simpang p–n pemancar (E1 dihidupkan ke arah hadapan) dan memasuki kawasan tapak.

Tapak dibuat dengan kerintangan tinggi (kepekatan kekotoran rendah), jadi kepekatan lubang di tapak adalah rendah. Akibatnya, beberapa elektron yang memasuki tapak bergabung semula dengan lubangnya, membentuk arus asas Ib. Pada masa yang sama, dalam simpang p–n pengumpul dari sisi E2 terdapat medan yang jauh lebih besar daripada di simpang pemancar, yang memasukkan elektron ke dalam pengumpul. Oleh itu, sebahagian besar elektron mencapai pengumpul.

Arus pemancar dan pengumpul adalah berkaitan pekali pemindahan arus pemancar

di Ukb = const.

Sentiasa ∆ Iк ∆ Iaitu, dan a = 0.9 - 0.999 untuk transistor moden.

Dalam skema yang dipertimbangkan Ik = Ik0 + aIe » Ie. Oleh itu, litar transistor bipolar asas biasa mempunyai pekali pemindahan arus yang rendah. Oleh sebab itu, ia jarang digunakan, terutamanya dalam peranti frekuensi tinggi, di mana ia lebih disukai daripada yang lain dari segi penguatan voltan.

Litar utama untuk menghidupkan transistor bipolar ialah litar dengan pemancar sepunya (Rajah 3).

nasi. 3. Menghidupkan transistor bipolar mengikut litar pemancar sepunya

Untuk itu kita boleh menulis Ib = Ie – Ik = (1 – a)Ie – Ik0.

Memandangkan 1 – a = 0.001 - 0.1, kita mempunyai Ib<< Iэ » Iк.

Mari kita cari nisbah arus pengumpul kepada arus asas:

Hubungan ini dipanggil pekali pemindahan arus asas. Pada a = 0.99 kita memperoleh b = 100. Jika sumber isyarat dimasukkan dalam litar asas, maka isyarat yang sama, tetapi dikuatkan dalam arus b kali, akan mengalir dalam litar pengumpul, membentuk voltan pada perintang Rk lebih besar daripada voltan punca isyarat .

Untuk menilai operasi transistor bipolar dalam pelbagai arus berdenyut dan terus, kuasa dan voltan, serta mengira litar pincang dan penstabilan mod, keluarga ciri-ciri voltan arus input dan output (ciri volt-ampere).

Keluarga ciri-ciri voltan arus input wujudkan pergantungan arus masukan (asas atau pemancar) pada voltan masukan Ube pada Uk = const, Rajah. 4, a. Ciri-ciri voltan arus input transistor adalah serupa dengan ciri voltan semasa diod dalam sambungan terus.

Keluarga ciri keluaran I-V menetapkan pergantungan arus pengumpul pada voltan merentasinya pada tapak atau arus pemancar tertentu (bergantung pada litar dengan pemancar sepunya atau tapak sepunya), Rajah. 4, b.

nasi. 4. Ciri-ciri voltan semasa transistor bipolar: a – input, b – output

Sebagai tambahan kepada persimpangan elektrik n–p, persimpangan berdasarkan sesentuh semikonduktor logam—penghalang Schottky—digunakan secara meluas dalam litar berkelajuan tinggi. Dalam peralihan sedemikian, tiada masa dibelanjakan untuk pengumpulan dan pembubaran caj di pangkalan, dan prestasi transistor hanya bergantung pada kadar pengecasan semula kapasitans penghalang.

nasi. 5. Transistor bipolar

Parameter transistor bipolar

Untuk menilai mod operasi maksimum transistor yang dibenarkan, parameter asas berikut digunakan:

1) voltan pengumpul-pemancar maksimum yang dibenarkan(untuk pelbagai transistor Uke max = 10 - 2000 V),

2) pelesapan kuasa pengumpul maksimum yang dibenarkan Pk maks– menurutnya, transistor dibahagikan kepada transistor kuasa rendah (sehingga 0.3 W), kuasa sederhana (0.3 - 1.5 W) dan kuasa tinggi (lebih daripada 1.5 W); transistor kuasa sederhana dan tinggi sering dilengkapi dengan sink haba khas peranti – radiator,

3) arus pengumpul maksimum yang dibenarkan Ik max – sehingga 100 A dan lebih,

4) mengehadkan kekerapan penghantaran arus fgr(kekerapan di mana h21 menjadi sama dengan kesatuan), transistor bipolar membahagikannya:

• untuk frekuensi rendah – sehingga 3 MHz,

• frekuensi pertengahan - dari 3 hingga 30 MHz,

• frekuensi tinggi - dari 30 hingga 300 MHz,

• frekuensi ultra tinggi – lebih daripada 300 MHz.
  

Doktor Sains Teknikal, Profesor L. A. Potapov

Salam, kawan-kawan yang dikasihi! Hari ini kita akan bercakap tentang transistor bipolar dan maklumat itu akan berguna terutamanya kepada pemula. Oleh itu, jika anda berminat dengan apa itu transistor, prinsip operasinya dan secara umum untuk kegunaannya, maka ambil kerusi yang lebih selesa dan mendekat.

Mari teruskan, dan kami mempunyai kandungan di sini, lebih mudah untuk menavigasi artikel :)

Jenis-jenis transistor

Transistor terutamanya terdiri daripada dua jenis: transistor bipolar dan transistor kesan medan. Sudah tentu, adalah mungkin untuk mempertimbangkan semua jenis transistor dalam satu artikel, tetapi saya tidak mahu memasak bubur di kepala anda. Oleh itu, dalam artikel ini kita akan melihat secara eksklusif pada transistor bipolar, dan saya akan bercakap tentang transistor kesan medan dalam salah satu artikel berikut. Jangan kita kumpulkan semuanya, tetapi perhatikan setiap satu secara individu.

Transistor bipolar

Transistor bipolar adalah keturunan triod tiub, yang terdapat dalam televisyen abad ke-20. Triode menjadi terlupa dan memberi laluan kepada saudara yang lebih berfungsi - transistor, atau lebih tepatnya transistor bipolar.

Dengan pengecualian yang jarang berlaku, triod digunakan dalam peralatan untuk pencinta muzik.

Transistor bipolar mungkin kelihatan seperti ini.

Seperti yang anda lihat, transistor bipolar mempunyai tiga terminal dan secara struktur ia boleh kelihatan berbeza sama sekali. Tetapi pada rajah elektrik ia kelihatan mudah dan sentiasa sama. Dan semua kemegahan grafik ini kelihatan seperti ini.

Imej transistor ini juga dipanggil UGO (simbol grafik konvensional).

Selain itu, transistor bipolar boleh mempunyai pelbagai jenis kekonduksian. Terdapat transistor jenis NPN dan PNP.

Perbezaan antara transistor n-p-n dan transistor p-n-p hanyalah bahawa ia adalah "pembawa" cas elektrik (elektron atau "lubang"). Itu. Untuk transistor pnp, elektron bergerak dari pemancar ke pengumpul dan didorong oleh pangkalan. Untuk transistor n-p-n, elektron pergi dari pengumpul ke pemancar dan dikawal oleh asas. Akibatnya, kami sampai pada kesimpulan bahawa untuk menggantikan transistor satu jenis kekonduksian dengan yang lain dalam litar, sudah cukup untuk menukar kekutuban voltan yang digunakan. Atau dengan bodoh mengubah polariti sumber kuasa.

Transistor bipolar mempunyai tiga terminal: pengumpul, pemancar dan asas. Saya fikir sukar untuk dikelirukan dengan UGO, tetapi dalam transistor sebenar, lebih mudah untuk dikelirukan.

Biasanya di mana output yang ditentukan adalah dari buku rujukan, tetapi anda boleh. Terminal transistor berbunyi seperti dua diod yang disambungkan pada satu titik yang sama (di kawasan pangkalan transistor).

Di sebelah kiri adalah gambar untuk transistor jenis p-n-p; apabila menguji, anda mendapat perasaan (melalui bacaan multimeter) bahawa di hadapan anda terdapat dua diod yang disambungkan pada satu titik oleh katodnya. Untuk transistor n-p-n, diod pada titik asas disambungkan oleh anodnya. Saya fikir selepas bereksperimen dengan multimeter ia akan menjadi lebih jelas.

Prinsip operasi transistor bipolar

Sekarang kita akan cuba memikirkan bagaimana transistor berfungsi. Saya tidak akan menerangkan secara terperinci struktur dalaman transistor kerana maklumat ini hanya akan mengelirukan. Lebih baik lihat lukisan ini.

Imej ini menerangkan dengan terbaik prinsip kerja transistor. Dalam imej ini, seseorang mengawal arus pengumpul menggunakan reostat. Dia melihat arus asas; jika arus asas meningkat, maka orang itu juga meningkatkan arus pengumpul, dengan mengambil kira keuntungan transistor h21E. Jika arus asas jatuh, maka arus pengumpul juga akan berkurangan - orang itu akan membetulkannya menggunakan reostat.

Analogi ini tiada kaitan dengan operasi sebenar transistor, tetapi ia memudahkan untuk memahami prinsip operasinya.

Untuk transistor, peraturan boleh diambil perhatian untuk membantu memudahkan perkara difahami. (Peraturan ini diambil dari buku).

1. Pengumpul mempunyai potensi yang lebih positif daripada pemancar
2. Seperti yang telah saya katakan, litar pengumpul asas dan pemancar asas berfungsi seperti diod
3. Setiap transistor dicirikan dengan mengehadkan nilai seperti arus pengumpul, arus asas dan voltan pemancar pengumpul.
4. Jika peraturan 1-3 diikuti, maka arus pengumpul Ik adalah berkadar terus dengan arus tapak Ib. Hubungan ini boleh ditulis sebagai formula.

Daripada formula ini kita boleh menyatakan sifat utama transistor - arus asas kecil mengawal arus pengumpul yang besar.

Keuntungan semasa.

Ia juga dilambangkan sebagai

Berdasarkan perkara di atas, transistor boleh beroperasi dalam empat mod:

1. Mod pemotongan transistor— dalam mod ini simpang pemancar asas ditutup, ini boleh berlaku apabila voltan pemancar asas tidak mencukupi. Akibatnya, tiada arus asas dan oleh itu tidak akan ada arus pengumpul sama ada.
2. Mod aktif transistor- ini adalah mod operasi biasa transistor. Dalam mod ini, voltan pemancar asas adalah mencukupi untuk menyebabkan persimpangan pemancar asas terbuka. Arus asas adalah mencukupi dan arus pengumpul juga tersedia. Arus pengumpul adalah sama dengan arus asas didarab dengan keuntungan.
3. Mod ketepuan transistor - Transistor bertukar kepada mod ini apabila arus asas menjadi begitu besar sehingga kuasa sumber kuasa tidak mencukupi untuk meningkatkan lagi arus pengumpul. Dalam mod ini, arus pengumpul tidak boleh meningkat berikutan peningkatan arus asas.
4. Mod transistor songsang— mod ini sangat jarang digunakan. Dalam mod ini, pengumpul dan pemancar transistor ditukar. Akibat manipulasi sedemikian, keuntungan transistor sangat menderita. Transistor pada asalnya tidak direka untuk beroperasi dalam mod khas sedemikian.

Untuk memahami cara transistor berfungsi, anda perlu melihat contoh litar tertentu, jadi mari kita lihat sebahagian daripadanya.

Transistor dalam mod suis

Transistor dalam mod suis adalah salah satu kes litar transistor dengan pemancar sepunya. Litar transistor dalam mod pensuisan digunakan dengan kerap. Litar transistor ini digunakan, sebagai contoh, apabila perlu untuk mengawal beban yang kuat menggunakan mikropengawal. Kaki pengawal tidak mampu menarik beban yang kuat, tetapi transistor boleh. Ternyata pengawal mengawal transistor, dan transistor mengawal beban yang kuat. Nah, perkara pertama dahulu.

Idea utama mod ini ialah arus asas mengawal arus pengumpul. Selain itu, arus pengumpul jauh lebih besar daripada arus asas. Di sini anda boleh melihat dengan mata kasar bahawa isyarat semasa dikuatkan. Penguatan ini dijalankan menggunakan tenaga sumber kuasa.

Rajah menunjukkan gambar rajah operasi transistor dalam mod pensuisan.

Untuk litar transistor, voltan tidak memainkan peranan yang besar, hanya arus yang penting. Oleh itu, jika nisbah arus pengumpul kepada arus asas adalah kurang daripada keuntungan transistor, maka semuanya baik-baik saja.

Dalam kes ini, walaupun kita mempunyai voltan 5 volt digunakan pada asas dan 500 volt dalam litar pengumpul, maka tiada perkara buruk akan berlaku, transistor akan menukar beban voltan tinggi dengan patuh.

Perkara utama ialah voltan ini tidak melebihi nilai had untuk transistor tertentu (ditetapkan dalam ciri transistor).

Setakat yang kita tahu, nilai semasa adalah ciri beban.

Kami tidak tahu rintangan mentol lampu, tetapi kami tahu arus operasi mentol lampu ialah 100 mA. Untuk membolehkan transistor membuka dan membenarkan arus sedemikian mengalir, anda perlu memilih arus asas yang sesuai. Kita boleh melaraskan arus asas dengan menukar nilai perintang asas.

Oleh kerana nilai minimum keuntungan transistor ialah 10, maka untuk transistor dibuka, arus asas mesti menjadi 10 mA.

Arus yang kita perlukan diketahui. Voltan merentasi perintang asas akan menjadi Nilai voltan merentasi perintang ini disebabkan oleh fakta bahawa 0.6V-0.7V dijatuhkan di persimpangan pemancar asas dan kita tidak boleh lupa untuk mengambil kira perkara ini.

Akibatnya, kita boleh mencari rintangan perintang dengan mudah

Apa yang tinggal ialah memilih nilai tertentu daripada beberapa perintang dan ia selesai.

Sekarang anda mungkin berfikir bahawa suis transistor akan berfungsi sebagaimana mestinya? Bahawa apabila perintang asas disambungkan kepada +5 V mentol lampu menyala, apabila ia dimatikan mentol lampu padam? Jawapannya mungkin ya atau tidak.

Masalahnya ialah terdapat nuansa kecil di sini.

Mentol lampu akan padam apabila potensi perintang sama dengan potensi tanah. Sekiranya perintang hanya diputuskan dari sumber voltan, maka semuanya tidak begitu mudah. Voltan pada perintang asas secara ajaib boleh timbul akibat gangguan atau beberapa roh jahat dunia lain :)

Untuk mengelakkan kesan ini berlaku, lakukan perkara berikut. Satu lagi perintang Rbe disambungkan antara tapak dan pemancar. Perintang ini dipilih dengan nilai sekurang-kurangnya 10 kali lebih besar daripada perintang asas Rb (Dalam kes kami, kami mengambil perintang 4.3 kOhm).

Apabila pangkalan disambungkan kepada mana-mana voltan, transistor berfungsi sebagaimana mestinya, perintang Rbe tidak mengganggunya. Perintang ini menggunakan hanya sebahagian kecil daripada arus asas.

Dalam kes apabila voltan tidak digunakan pada tapak, tapak ditarik ke atas ke potensi tanah, yang menyelamatkan kita daripada semua jenis gangguan.

Jadi, pada dasarnya, kami telah mengetahui operasi transistor dalam mod utama, dan seperti yang anda lihat, mod operasi utama adalah sejenis penguatan voltan isyarat. Lagipun, kami mengawal voltan 12 V menggunakan voltan rendah 5V.

Pengikut pemancar

Pengikut pemancar ialah kes khas litar transistor pengumpul sepunya.

Satu ciri tersendiri litar dengan pengumpul sepunya daripada litar dengan pemancar sepunya (pilihan dengan suis transistor) ialah litar ini tidak menguatkan isyarat voltan. Apa yang masuk melalui pangkalan keluar melalui pemancar, dengan voltan yang sama.

Malah, katakan kita menggunakan 10 volt pada pangkalan, sementara kita tahu bahawa di persimpangan pemancar asas di suatu tempat sekitar 0.6-0.7V dijatuhkan. Ternyata pada output (pada pemancar, pada beban Rн) akan ada voltan asas tolak 0.6V.

Ia ternyata 9.4V, dalam satu perkataan, hampir sama dengan keluar masuk. Kami memastikan bahawa litar ini tidak akan meningkatkan voltan untuk kami.

"Apa gunanya menghidupkan transistor seperti ini?" anda bertanya. Tetapi ternyata skim ini mempunyai satu lagi harta yang sangat penting. Litar untuk menyambungkan transistor dengan pengumpul biasa menguatkan isyarat dari segi kuasa. Kuasa adalah hasil daripada arus dan voltan, tetapi kerana voltan tidak berubah, kuasa meningkat hanya disebabkan oleh arus! Arus beban ialah jumlah arus asas ditambah arus pengumpul. Tetapi jika anda membandingkan arus asas dan arus pengumpul, arus tapak adalah sangat kecil jika dibandingkan dengan arus pengumpul. Ternyata arus beban adalah sama dengan arus pengumpul. Dan hasilnya adalah formula ini.

Sekarang saya fikir ia adalah jelas apa intipati litar pengikut pemancar, tetapi bukan itu sahaja.

Pengikut pemancar mempunyai kualiti lain yang sangat berharga - impedans input yang tinggi. Ini bermakna litar transistor ini hampir tidak menggunakan arus input dan tidak menimbulkan beban pada litar sumber isyarat.

Untuk memahami prinsip operasi transistor, kedua-dua litar transistor ini akan mencukupi. Dan jika anda bereksperimen dengan besi pematerian di tangan anda, pencerahan itu tidak akan membuatkan anda menunggu, kerana teori adalah teori, dan amalan serta pengalaman peribadi adalah ratusan kali lebih berharga!

Di mana saya boleh membeli transistor?

Seperti semua komponen radio lain, transistor boleh dibeli di mana-mana kedai alat ganti radio berdekatan. Jika anda tinggal di suatu tempat di pinggir bandar dan tidak pernah mendengar tentang kedai sedemikian (seperti yang saya lakukan sebelum ini), maka pilihan terakhir kekal - pesan transistor dari kedai dalam talian. Saya sendiri sering memesan komponen radio melalui kedai dalam talian, kerana sesuatu mungkin tidak tersedia di kedai luar talian biasa.

Walau bagaimanapun, jika anda memasang peranti semata-mata untuk diri anda sendiri, maka anda tidak boleh bimbang tentangnya, tetapi mengekstraknya dari yang lama, dan, boleh dikatakan, memberi nafas baru kepada komponen radio lama.

Baiklah kawan, itu sahaja untuk saya. Saya memberitahu anda semua yang saya rancang hari ini. Jika anda mempunyai sebarang soalan, kemudian tanya mereka dalam komen, jika anda tidak mempunyai sebarang soalan, kemudian tulis komen juga, pendapat anda sentiasa penting bagi saya. Ngomong-ngomong, jangan lupa bahawa setiap orang yang meninggalkan komen buat kali pertama akan menerima hadiah.

Juga, pastikan anda melanggan artikel baharu, kerana banyak perkara menarik dan berguna menanti anda selanjutnya.

Saya mengucapkan selamat maju jaya, kejayaan dan suasana yang cerah!

Daripada n/a Vladimir Vasiliev

P.S. Rakan-rakan, pastikan anda melanggan kemas kini! Dengan melanggan, anda akan menerima bahan baharu terus ke e-mel anda! Dan dengan cara ini, semua orang yang mendaftar akan menerima hadiah yang berguna!

TOPIK 4. TRANSISTOR BIPOLAR

4.1 Reka bentuk dan prinsip operasi

Transistor bipolar ialah peranti semikonduktor yang terdiri daripada tiga kawasan dengan jenis kekonduksian elektrik berselang-seli dan sesuai untuk penguatan kuasa.

Transistor bipolar yang dihasilkan pada masa ini boleh dikelaskan mengikut kriteria berikut:

Mengikut bahan: germanium dan silikon;

Mengikut jenis kekonduksian kawasan: jenis p-n-p dan n-p-n;

Mengikut kuasa: rendah (Pmaks £ 0.3 W), sederhana (Pmaks £ 1.5 W) dan kuasa tinggi (Pmaks > 1.5 W);

Mengikut kekerapan: frekuensi rendah, frekuensi pertengahan, frekuensi tinggi dan gelombang mikro.

Dalam transistor bipolar, arus ditentukan oleh pergerakan pembawa cas dua jenis: elektron dan lubang (atau majoriti dan minoriti). Oleh itu nama mereka - bipolar.

Pada masa ini, hanya transistor dengan simpang p-n planar yang dihasilkan dan digunakan.

Struktur transistor bipolar planar ditunjukkan secara skematik dalam Rajah. 4.1.

Ia adalah plat germanium atau silikon di mana tiga kawasan dengan kekonduksian elektrik berbeza dicipta. Dalam transistor n-p-n, kawasan tengah mempunyai lubang, dan kawasan luar mempunyai kekonduksian elektronik.

Transistor jenis pnp mempunyai kawasan tengah dengan kekonduksian elektronik, dan kawasan luar dengan kekonduksian elektrik lubang.

Kawasan tengah transistor dipanggil asas, satu kawasan ekstrem adalah pemancar, dan satu lagi adalah pengumpul. Oleh itu, transistor mempunyai dua persimpangan p-n: pemancar - antara pemancar dan pangkalan dan pengumpul - antara pangkalan dan pengumpul. Luas persimpangan pemancar adalah lebih kecil daripada luas persimpangan pengumpul.

Pemancar ialah kawasan transistor yang tujuannya adalah untuk menyuntik pembawa cas ke dalam pangkalan. Pengumpul ialah kawasan yang tujuannya adalah untuk mengekstrak pembawa caj dari pangkalan. Pangkalan ialah rantau di mana pemancar menyuntik pembawa caj yang bukan majoriti untuk rantau ini.

Kepekatan pembawa cas utama dalam pemancar adalah berkali-kali lebih besar daripada kepekatan pembawa cas utama dalam pangkalan, dan kepekatannya dalam pengumpul agak kurang daripada kepekatan dalam pemancar. Oleh itu, kekonduksian pemancar adalah beberapa susunan magnitud lebih tinggi daripada kekonduksian asas, dan kekonduksian pengumpul agak kurang daripada kekonduksian pemancar.

Kesimpulan diambil dari pangkalan, pemancar dan pengumpul. Bergantung pada terminal mana yang biasa untuk litar input dan output, terdapat tiga litar untuk menyambungkan transistor: dengan tapak sepunya (CB), pemancar sepunya (CE), dan pengumpul sepunya (CC).

Litar input, atau kawalan, berfungsi untuk mengawal operasi transistor. Dalam litar keluaran, atau terkawal, ayunan diperkuat diperolehi. Sumber ayunan yang diperkuatkan dimasukkan ke dalam litar input, dan beban disambungkan ke litar keluaran.

Mari kita pertimbangkan prinsip operasi transistor menggunakan contoh transistor jenis pnp yang disambungkan mengikut litar dengan tapak sepunya (Rajah 4.2).

Rajah 4.2 – Prinsip pengendalian transistor bipolar (jenis pnp)

Voltan luaran dua sumber kuasa EE dan Ek disambungkan kepada transistor sedemikian rupa sehingga simpang pemancar P1 dipincang ke arah hadapan (voltan hadapan), dan simpang pengumpul P2 dipincang ke arah belakang (voltan terbalik). .

Jika voltan songsang dikenakan pada simpang pengumpul dan litar pemancar terbuka, maka arus songsang kecil Iko (unit mikroamp) mengalir dalam litar pengumpul. Arus ini timbul di bawah pengaruh voltan terbalik dan dicipta oleh pergerakan arah pembawa cas minoriti, lubang tapak dan elektron pengumpul melalui simpang pengumpul. Arus balikan mengalir melalui litar: +Ek, pengumpul tapak, -Ek. Magnitud arus pengumpul terbalik tidak bergantung pada voltan pengumpul, tetapi bergantung pada suhu semikonduktor.

Apabila voltan malar EE disambungkan ke litar pemancar ke arah hadapan, halangan potensi persimpangan pemancar berkurangan. Suntikan lubang ke pangkalan bermula.

Voltan luaran yang digunakan pada transistor ternyata digunakan terutamanya pada peralihan P1 dan P2, kerana mereka mempunyai rintangan yang tinggi berbanding dengan rintangan kawasan asas, pemancar dan pengumpul. Oleh itu, lubang yang disuntik ke dalam pangkalan bergerak melaluinya melalui resapan. Dalam kes ini, lubang bergabung semula dengan elektron asas. Oleh kerana kepekatan pembawa dalam pangkalan adalah jauh lebih rendah daripada pemancar, sangat sedikit lubang yang bergabung semula. Dengan ketebalan asas yang kecil, hampir semua lubang akan sampai ke simpang pengumpul P2. Sebagai ganti elektron yang digabungkan semula, elektron dari sumber kuasa Ek memasuki pangkalan. Lubang yang bergabung semula dengan elektron di tapak menghasilkan arus asas IB.

Di bawah pengaruh voltan terbalik Ek, halangan potensi simpang pengumpul meningkat, dan ketebalan simpang P2 meningkat. Tetapi halangan potensi persimpangan pengumpul tidak menghalang lubang daripada melaluinya. Lubang-lubang yang memasuki kawasan persimpangan pengumpul jatuh ke dalam medan pecutan yang kuat yang dicipta di persimpangan oleh voltan pengumpul, dan diekstrak (ditarik balik) oleh pemungut, mencipta arus pengumpul Ik. Arus pengumpul mengalir melalui litar: +Ek, pengumpul tapak, -Ek.

Oleh itu, tiga arus mengalir dalam transistor: pemancar, pengumpul dan arus asas.

Dalam wayar, yang merupakan terminal asas, arus pemancar dan pengumpul diarahkan ke arah yang bertentangan. Oleh itu, arus asas adalah sama dengan perbezaan antara arus pemancar dan pengumpul: IB = IE - IK.

Proses fizikal dalam transistor n-p-n berjalan sama dengan proses dalam transistor p-n-p.

Jumlah arus pemancar IE ditentukan oleh bilangan pembawa cas utama yang disuntik oleh pemancar. Bahagian utama pembawa caj ini mencapai pemungut mencipta Ik semasa pengumpul. Sebahagian kecil pembawa cas yang disuntik ke dalam pangkalan bergabung semula dalam pangkalan, mewujudkan IB semasa asas. Akibatnya, arus pemancar akan dibahagikan kepada arus asas dan pengumpul, i.e. IE = IB + Ik.

Arus pemancar ialah arus masukan, arus pengumpul ialah arus keluaran. Arus keluaran adalah sebahagian daripada arus masukan, i.e.

di mana a ialah pekali pemindahan semasa untuk litar OB;

Oleh kerana arus keluaran kurang daripada arus masukan, pekali a<1. Он показывает, какая часть инжектированных в базу носителей заряда достигает коллектора. Обычно величина a составляет 0,95¸0,995.

Dalam litar pemancar sepunya, arus keluaran ialah arus pengumpul dan arus masukan ialah arus asas. Keuntungan semasa untuk litar OE:

(4.3)

Akibatnya, keuntungan semasa untuk litar OE ialah berpuluh-puluh unit.

Arus keluaran transistor bergantung kepada arus masukan. Oleh itu, transistor ialah peranti yang dikawal semasa.

Perubahan arus pemancar yang disebabkan oleh perubahan voltan simpang pemancar dihantar sepenuhnya ke litar pengumpul, menyebabkan perubahan arus pengumpul. Dan kerana Voltan sumber kuasa pemungut Ek adalah jauh lebih besar daripada pemancar Ee, maka kuasa yang digunakan dalam litar pemungut Pk akan jauh lebih besar daripada kuasa dalam litar pemancar Re. Oleh itu, adalah mungkin untuk mengawal kuasa tinggi dalam litar pengumpul transistor dengan kuasa rendah yang dibelanjakan dalam litar pemancar, i.e. terdapat peningkatan kuasa.

4.2 Litar untuk menyambung transistor bipolar

Transistor disambungkan ke litar elektrik sedemikian rupa sehingga salah satu terminalnya (elektrod) adalah input, yang kedua ialah output, dan yang ketiga adalah biasa kepada litar input dan output. Bergantung pada elektrod mana yang biasa, terdapat tiga litar pensuisan transistor: OB, OE dan OK. Litar ini untuk transistor pnp ditunjukkan dalam Rajah. 4.3. Untuk transistor n-p-n dalam litar pensuisan, hanya kekutuban voltan dan arah arus berubah. Untuk mana-mana litar pensuisan transistor (dalam mod aktif), kekutuban bekalan kuasa mesti dipilih supaya simpang pemancar dihidupkan ke arah hadapan, dan simpang pengumpul dalam arah songsang.

Rajah 4.3 – Litar sambungan untuk transistor bipolar: a) OB; b) OE; c) OK

4.3 Ciri statik transistor bipolar

Mod statik operasi transistor ialah mod apabila tiada beban dalam litar keluaran.

Ciri statik transistor ialah kebergantungan voltan dan arus litar input (ciri voltan arus input) dan litar keluaran (ciri voltan arus keluaran). Jenis ciri bergantung pada kaedah menghidupkan transistor.

4.3.1 Ciri-ciri transistor yang disambungkan mengikut litar OB

IE = f(UEB) dengan UKB = const (Rajah 4.4, a).

IK = f(UKB) dengan IE = const (Rajah 4.4, b).

Rajah 4.4 – Ciri statik transistor bipolar yang disambungkan mengikut litar OB

Ciri-ciri voltan arus keluaran mempunyai tiga kawasan ciri: 1 – pergantungan kuat Ik pada UKB (rantau awal bukan linear); 2 – pergantungan lemah Ik pada UKB (rantau linear); 3 – pecahan simpang pengumpul.

Satu ciri ciri di rantau 2 ialah peningkatan sedikit dengan peningkatan voltan UCB.

4.3.2 Ciri-ciri transistor yang disambungkan mengikut litar OE:

Ciri input ialah pergantungan:

IB = f(UBE) dengan UKE = const (Rajah 4.5, b).

Ciri keluaran ialah pergantungan:

IK = f(UKE) dengan IB = const (Rajah 4.5, a).

Rajah 4.5 – Ciri statik transistor bipolar yang disambungkan mengikut litar OE

Transistor dalam litar OE menyediakan penguatan arus. Keuntungan semasa dalam litar OE: Jika pekali a untuk transistor ialah a = 0.9¸0.99, maka pekali b = 9¸99. Ini adalah kelebihan paling penting untuk menukar transistor mengikut litar OE, yang, khususnya, menentukan aplikasi praktikal yang lebih luas bagi litar pensuisan ini berbanding dengan litar OB.

Daripada prinsip operasi transistor, diketahui bahawa dua komponen arus mengalir melalui terminal asas dalam arah yang bertentangan (Rajah 4.6): arus terbalik simpang pengumpul IKO dan sebahagian daripada arus pemancar (1 - a) IE. Dalam hal ini, nilai sifar arus asas (IB = 0) ditentukan oleh kesamaan komponen arus yang ditentukan, i.e. (1 − a)IE = IKO. Arus input sifar sepadan dengan arus pemancar IE=IKO/(1−a)=(1+b)IKO dan arus pengumpul. Dalam erti kata lain, pada arus asas sifar (IB = 0), arus mengalir melalui transistor dalam litar OE, dipanggil awal atau melalui arus IKO(E) dan bersamaan dengan (1+ b) IKO.

Rajah 4.6 – Litar sambungan untuk transistor dengan pemancar sepunya (litar OE)

4.4 Parameter asas

Untuk menganalisis dan mengira litar dengan transistor bipolar, apa yang dipanggil h - parameter transistor yang disambungkan mengikut litar OE digunakan.

Keadaan elektrik transistor yang disambungkan mengikut litar OE dicirikan oleh nilai IB, IBE, IK, UKE.

Sistem parameter h − merangkumi kuantiti berikut:

1. Galangan input

h11 = DU1/DI1 pada U2 = const. (4.4)

mewakili rintangan transistor terhadap arus masukan berselang-seli di mana litar pintas berlaku pada output, i.e. jika tiada voltan keluaran AC.

2. Pekali maklum balas voltan:

h12 = DU1/DU2at I1= const. (4.5)

menunjukkan berapa bahagian voltan AC input yang dipindahkan ke input transistor disebabkan oleh maklum balas di dalamnya.

3. Pekali daya semasa (pekali pemindahan semasa):

h21 = DI2/DI1at U2= const. (4.6)

menunjukkan penguatan arus ulang alik oleh transistor dalam mod tanpa beban.

4. Kekonduksian output:

h22 = DI2/DU2 pada I1 = const. (4.7)

mewakili kekonduksian untuk arus ulang alik antara terminal keluaran transistor.

Rintangan keluaran Rout = 1/j22.

Untuk litar pemancar sepunya, persamaan berikut digunakan:

(4.8)

Untuk mengelakkan terlalu panas simpang pengumpul, kuasa yang dikeluarkan di dalamnya semasa laluan arus pengumpul tidak melebihi nilai maksimum tertentu:

(4.9)

Di samping itu, terdapat had pada voltan pengumpul:

dan arus pengumpul:

4.5 Mod pengendalian transistor bipolar

Transistor boleh beroperasi dalam tiga mod bergantung kepada voltan di persimpangannya. Apabila beroperasi dalam mod aktif, voltan di persimpangan pemancar adalah terus, dan di persimpangan pengumpul ia adalah terbalik.

Mod pemotongan, atau penyekatan, dicapai dengan menggunakan voltan terbalik pada kedua-dua simpang (kedua-dua simpang p-n ditutup).

Jika voltan di kedua-dua simpang adalah terus (kedua-dua simpang p-n terbuka), maka transistor beroperasi dalam mod tepu.

Dalam mod cutoff dan mod tepu, hampir tiada kawalan transistor. Dalam mod aktif, kawalan sedemikian dijalankan dengan paling cekap, dan transistor boleh melaksanakan fungsi elemen aktif litar elektrik (penguatan, penjanaan, dll.).

4.6 Skop permohonan

Transistor bipolar ialah peranti semikonduktor untuk tujuan universal dan digunakan secara meluas dalam pelbagai penguat, penjana, nadi dan peranti pensuisan.

4.7 Peringkat penguat termudah menggunakan transistor bipolar

Litar yang paling banyak digunakan ialah menghidupkan transistor mengikut litar dengan pemancar sepunya (Gamb. 4.7)

Elemen utama litar ialah bekalan kuasa Ek, elemen terkawal - transistor VT dan perintang Rk. Unsur-unsur ini membentuk litar (output) utama peringkat penguat, di mana, disebabkan oleh aliran arus terkawal, voltan ulang-alik yang dikuatkan dicipta pada output litar.

Elemen selebihnya memainkan peranan sokongan. Kapasitor Cp ialah kapasitor pemisah. Sekiranya ketiadaan kapasitor ini dalam litar sumber isyarat input, arus terus akan terhasil daripada sumber kuasa Ek.

Rajah 4.7 – Gambar rajah peringkat penguat termudah pada transistor bipolar mengikut litar pemancar sepunya

Perintang RB, disambungkan ke litar asas, memastikan operasi transistor dalam mod rehat, i.e. jika tiada isyarat masukan. Mod senyap dipastikan oleh arus asas senyap IB » Ek/RB.

Dengan bantuan perintang Rk, voltan keluaran dicipta, i.e. Rк melaksanakan fungsi mencipta voltan yang berbeza-beza dalam litar keluaran disebabkan oleh aliran arus di dalamnya, dikawal melalui litar asas.

Untuk litar pengumpul peringkat penguat, kita boleh menulis persamaan keadaan elektrik berikut:

Ek = Uke + IkRk, (4.10)

iaitu, jumlah penurunan voltan merentasi perintang Rk dan voltan pengumpul-pemancar Uke transistor sentiasa sama dengan nilai malar - emf punca kuasa Ek.

Proses penguatan adalah berdasarkan penukaran tenaga sumber voltan malar Ek kepada tenaga voltan ulang-alik dalam litar keluaran dengan menukar rintangan elemen terkawal (transistor) mengikut undang-undang yang ditentukan oleh isyarat input.

Apabila uin voltan ulang-alik digunakan pada input peringkat penguat, komponen arus ulang-alik IB~ dicipta dalam litar asas transistor, yang bermaksud arus asas akan berubah. Perubahan dalam arus asas membawa kepada perubahan dalam nilai arus pengumpul (IK = bIB), dan oleh itu kepada perubahan dalam nilai voltan merentasi rintangan Rk dan Uke. Kebolehan menguatkan adalah disebabkan oleh fakta bahawa perubahan dalam nilai arus pengumpul adalah b kali lebih besar daripada arus asas.

4.8 Pengiraan litar elektrik dengan transistor bipolar

Untuk litar pengumpul peringkat penguat (Rajah 4.7), selaras dengan undang-undang kedua Kirchhoff, persamaan (4.10) adalah sah.

Ciri volt-ampere bagi perintang pengumpul RK adalah linear, dan ciri-ciri volt-ampere transistor ialah ciri-ciri pengumpul bukan linear bagi transistor (Rajah 4.5, a) yang disambungkan mengikut litar OE.

Pengiraan litar tak linear sedemikian, iaitu, penentuan IK, URK dan UKE untuk pelbagai nilai arus asas IB dan rintangan perintang RK, boleh dilakukan secara grafik. Untuk melakukan ini, pada keluarga ciri pengumpul (Rajah 4.5, a) adalah perlu untuk menarik dari titik EK pada paksi absis ciri volt-ampere perintang RK, memenuhi persamaan:

Uke = Ek − RkIk. (4.11)

Ciri ini dibina pada dua titik:

Uke = Ek dengan Ik = 0 pada absis dan Ik = Ek/Rk dengan Uke = 0 pada ordinat. Ciri I-V perintang pengumpul Rk yang dibina dengan cara ini dipanggil garis beban. Titik di mana ia bersilang dengan ciri pengumpul memberikan penyelesaian grafik kepada persamaan (4.11) untuk rintangan Rк tertentu dan pelbagai nilai arus asas IB. Dari titik ini anda boleh menentukan Ik semasa pengumpul, yang sama untuk transistor dan perintang Rk, serta voltan UKE dan URK.

Titik persilangan garis beban dengan salah satu ciri voltan arus statik dipanggil titik operasi transistor. Dengan menukar IB, anda boleh mengalihkannya sepanjang garis beban. Kedudukan awal titik ini jika tiada isyarat masukan berselang-seli dipanggil titik rehat - T0.

a) b)

Rajah 4.8 – Pengiraan grafik-analitik mod pengendalian transistor menggunakan ciri output dan input.

Titik rehat (titik operasi) T0 menentukan ICP semasa dan voltan UCP dalam mod rehat. Menggunakan nilai ini, anda boleh mencari kuasa RKP yang dikeluarkan dalam transistor dalam mod rehat, yang tidak boleh melebihi maksimum kuasa RK maksimum, yang merupakan salah satu parameter transistor:

RKP = IKP ×UKEP £ RK maks. (4.12)

Buku rujukan biasanya tidak menyediakan keluarga ciri input, tetapi hanya ciri untuk UKE = 0 dan untuk beberapa UKE > 0.

Ciri-ciri input untuk pelbagai UCE melebihi 1V terletak sangat dekat antara satu sama lain. Oleh itu, pengiraan arus dan voltan masukan boleh dibuat lebih kurang menggunakan ciri input untuk UCE > 0, diambil dari buku rujukan.

Titik A, Kepada dan B bagi ciri pengendalian output dipindahkan ke lengkung ini, dan titik A1, T1 dan B1 diperolehi (Rajah 4.8, b). Titik kendalian T1 menentukan voltan asas malar UBES dan IUPS semasa asas malar.

Rintangan perintang RB (memastikan operasi transistor dalam mod rehat), di mana voltan malar akan dibekalkan dari sumber EK ke pangkalan:

(4.13)

Dalam mod aktif (menguatkan), titik rehat transistor To terletak kira-kira di tengah-tengah bahagian garis beban AB, dan titik operasi tidak melepasi bahagian AB.

Transistor dibahagikan kepada bipolar dan kesan medan. Setiap jenis ini mempunyai prinsip operasi dan reka bentuknya sendiri, bagaimanapun, persamaan mereka ialah kehadiran struktur p-n semikonduktor.

Simbol transistor diberikan dalam jadual:

Jenis peranti				Simbol grafik konvensional (UGO)
bipolar	Jenis pnp bipolar
	Jenis n-p-n bipolar
Padang	Bersama pengurus simpang p-n	Dengan saluran jenis-p
		Dengan saluran jenis-n
	Dengan terpencil pengatup transistor MOSFET	Dengan terbina dalam saluran	Saluran terbina dalam jenis-p
			Saluran terbina dalam jenis-n
		Dengan teraruh saluran	Saluran teraruh jenis-p
			Saluran teraruh jenis-n

Transistor bipolar

Takrifan "bipolar" menunjukkan bahawa operasi transistor dikaitkan dengan proses di mana pembawa caj dua jenis mengambil bahagian - elektron dan lubang.

Transistor ialah peranti semikonduktor dengan dua persimpangan lubang elektron, direka untuk menguatkan dan menjana isyarat elektrik. Transistor menggunakan kedua-dua jenis pembawa - major dan minor, itulah sebabnya ia dipanggil bipolar.

Transistor bipolar terdiri daripada tiga kawasan semikonduktor monohabluran dengan pelbagai jenis kekonduksian: pemancar, tapak dan pengumpul.

• E - pemancar,
• B - asas,
• K - pengumpul,
• EP - persimpangan pemancar,
• KP - persimpangan pengumpul,
• W - ketebalan asas.

Setiap peralihan transistor boleh dihidupkan sama ada dalam arah hadapan atau belakang. Bergantung pada ini, terdapat tiga mod operasi transistor:

1. Mod pemotongan - kedua-dua simpang p-n ditutup, manakala arus yang agak kecil biasanya mengalir melalui transistor
2. Mod ketepuan - kedua-dua simpang p-n terbuka
3. Mod aktif - salah satu persimpangan p-n terbuka dan satu lagi ditutup

Dalam mod cutoff dan mod tepu, transistor tidak boleh dikawal. Kawalan berkesan transistor dijalankan hanya dalam mod aktif. Mod ini adalah yang utama. Jika voltan di persimpangan pemancar adalah terus, dan di persimpangan pengumpul ia adalah terbalik, maka pensuisan transistor dianggap normal; jika kekutuban adalah bertentangan, ia adalah songsang.

Dalam mod biasa, simpang p-n pengumpul ditutup, simpang pemancar dibuka. Arus pengumpul adalah berkadar dengan arus asas.

Pergerakan pembawa cas dalam transistor n-p-n ditunjukkan dalam rajah:

Apabila pemancar disambungkan ke terminal negatif sumber kuasa, arus pemancar Ie berlaku. Oleh kerana voltan luaran dikenakan pada persimpangan pemancar ke arah hadapan, elektron melintasi persimpangan dan memasuki kawasan tapak. Pangkalan diperbuat daripada semikonduktor p, jadi elektron adalah pembawa cas minoriti untuknya.

Elektron yang memasuki kawasan asas sebahagiannya bergabung semula dengan lubang di pangkalan. Walau bagaimanapun, asas biasanya diperbuat daripada konduktor p yang sangat nipis dengan kerintangan yang tinggi (kandungan kekotoran rendah), jadi kepekatan lubang dalam tapak adalah rendah dan hanya beberapa elektron yang memasuki tapak bergabung semula dengan lubangnya, membentuk tapak. semasa Ib. Kebanyakan elektron, disebabkan oleh gerakan terma (penyebaran) dan di bawah pengaruh medan pengumpul (hanyut), mencapai pengumpul, membentuk komponen arus pengumpul Ik.

Hubungan antara kenaikan arus pemancar dan pengumpul dicirikan oleh pekali pemindahan semasa

Seperti berikut daripada pemeriksaan kualitatif proses yang berlaku dalam transistor bipolar, pekali pemindahan semasa sentiasa kurang daripada perpaduan. Untuk transistor bipolar moden α = 0.9 ÷ 0.95

Apabila Ie ≠ 0, arus pengumpul transistor adalah sama dengan:

Dalam litar sambungan yang dipertimbangkan, elektrod asas adalah biasa kepada litar pemancar dan pengumpul. Litar untuk menyambungkan transistor bipolar ini dipanggil litar dengan tapak sepunya, manakala litar pemancar dipanggil litar input, dan litar pengumpul dipanggil litar keluaran. Walau bagaimanapun, litar sedemikian untuk menghidupkan transistor bipolar digunakan sangat jarang.

Tiga litar untuk menghidupkan transistor bipolar

Terdapat litar pensuisan dengan tapak sepunya, pemancar sepunya dan pengumpul sepunya. Litar untuk transistor pnp ditunjukkan dalam rajah a, b, c:

Dalam litar dengan tapak sepunya (Gamb. a), elektrod tapak adalah lazim kepada litar masukan dan keluaran; dalam litar dengan pemancar sepunya (Rajah b), pemancar adalah sepunya; dalam litar dengan pengumpul sepunya. (Gamb. c), pengumpul adalah biasa.

Rajah menunjukkan: E1 – bekalan kuasa litar input, E2 – bekalan kuasa litar keluaran, Uin – punca isyarat yang dikuatkan.

Litar pensuisan utama ialah satu di mana elektrod biasa untuk litar input dan output ialah pemancar (litar pensuisan untuk transistor bipolar dengan pemancar biasa). Untuk litar sedemikian, litar input melalui persimpangan pemancar asas dan arus asas timbul di dalamnya:

Nilai rendah arus asas dalam litar input telah menyebabkan penggunaan meluas litar pemancar biasa.

Transistor bipolar dalam litar pemancar sepunya (CE).

Dalam transistor yang disambungkan mengikut litar OE, hubungan antara arus dan voltan dalam litar input transistor Ib = f1 (Ube) dipanggil input atau ciri voltan arus asas (VC) transistor. Kebergantungan arus pengumpul pada voltan antara pengumpul dan pemancar pada nilai tetap arus asas Ik = f2 (Uke), Ib – const dipanggil keluarga ciri keluaran (pengumpul) transistor.

Ciri-ciri voltan arus input dan output bagi transistor bipolar kuasa sederhana jenis n-p-n ditunjukkan dalam rajah:

Seperti yang dapat dilihat dari rajah, ciri input boleh dikatakan bebas daripada voltan Uke. Ciri-ciri keluaran adalah lebih kurang sama jarak antara satu sama lain dan hampir linear pada pelbagai perubahan voltan Uke.

Kebergantungan Ib = f(Ube) ialah ciri kebergantungan eksponen bagi arus simpang p-n pincang ke hadapan. Oleh kerana arus asas adalah penggabungan semula, nilai Ibnya adalah β kali kurang daripada arus pemancar yang disuntik Ie. Apabila voltan pengumpul Uк meningkat, ciri input beralih ke kawasan Ub voltan lebih tinggi. Ini disebabkan oleh fakta bahawa disebabkan oleh modulasi lebar asas (Kesan awal), perkadaran arus penggabungan semula dalam pangkalan transistor bipolar berkurangan. Voltan Ube tidak melebihi 0.6...0.8 V. Melebihi nilai ini akan membawa kepada peningkatan mendadak dalam arus yang mengalir melalui persimpangan pemancar terbuka.

Kebergantungan Ik = f(Uke) menunjukkan bahawa arus pengumpul adalah berkadar terus dengan arus tapak: Ik = B Ib

Parameter transistor bipolar

Perwakilan transistor dalam mod operasi isyarat kecil sebagai rangkaian empat terminal

Dalam mod operasi isyarat kecil, transistor boleh diwakili oleh rangkaian empat terminal. Apabila voltan u1, u2 dan arus i1, i2 berubah mengikut undang-undang sinusoidal, sambungan antara voltan dan arus diwujudkan menggunakan parameter Z, Y, h.

Potensi 1", 2", 3 adalah sama. Ia adalah mudah untuk menerangkan transistor menggunakan h-parameter.

Keadaan elektrik transistor yang disambungkan mengikut litar dengan pemancar sepunya dicirikan oleh empat kuantiti: Ib, Ube, Ik dan Uke. Dua daripada kuantiti ini boleh dianggap bebas, dan dua lagi boleh dinyatakan dalam sebutan mereka. Atas sebab praktikal, adalah mudah untuk memilih kuantiti Ib dan Uke sebagai kuantiti bebas. Kemudian Ube = f1 (Ib, Uke) dan Ik = f2 (Ib, Uke).

Dalam peranti penguat, isyarat input ialah kenaikan voltan dan arus input. Dalam bahagian linear ciri, kesamaan berikut adalah benar untuk kenaikan Ube dan Ik:

Makna fizikal parameter:

Untuk litar dengan OE, pekali ditulis dengan indeks E: h11e, h12e, h21e, h22e.

Data pasport menunjukkan h21е = β, h21b = α. Parameter ini mencirikan kualiti transistor. Untuk meningkatkan nilai h21, anda perlu sama ada mengurangkan lebar asas W atau meningkatkan panjang resapan, yang agak sukar.

Transistor komposit

Untuk meningkatkan nilai h21, transistor bipolar disambungkan menggunakan litar Darlington:

Dalam transistor komposit yang mempunyai ciri yang sama seperti satu, pangkalan VT1 disambungkan kepada pemancar VT2 dan ΔIе2 = ΔIb1. Pengumpul kedua-dua transistor disambungkan dan terminal ini adalah terminal bagi transistor komposit. Pangkalan VT2 memainkan peranan sebagai asas transistor komposit ΔIb = ΔIb2, dan pemancar VT1 memainkan peranan sebagai pemancar transistor komposit ΔIe = ΔI1.

Mari kita dapatkan ungkapan untuk keuntungan semasa β untuk litar Darlington. Mari kita nyatakan hubungan antara perubahan dalam dIb arus asas dan perubahan yang terhasil dalam dIk arus pengumpul transistor komposit seperti berikut:

Oleh kerana untuk transistor bipolar, keuntungan semasa biasanya beberapa puluh (β1, β2 >> 1), jumlah keuntungan transistor komposit akan ditentukan oleh hasil darab keuntungan setiap transistor βΣ = β1 · β2 dan boleh menjadi agak besar dalam nilai.

Mari kita perhatikan ciri-ciri mod pengendalian transistor tersebut. Oleh kerana arus pemancar VT2 Ie2 ialah arus asas VT1 dIb1, maka, oleh itu, transistor VT2 harus beroperasi dalam mod kuasa mikro, dan transistor VT1 - dalam mod suntikan tinggi, arus pemancar mereka berbeza dengan 1-2 susunan magnitud. Dengan pilihan suboptimum ciri operasi transistor bipolar VT1 dan VT2, adalah tidak mungkin untuk mencapai nilai keuntungan semasa yang tinggi dalam setiap daripada mereka. Namun begitu, walaupun dengan nilai keuntungan β1, β2 ≈ 30, jumlah keuntungan βΣ akan menjadi βΣ ≈ 1000.

Nilai keuntungan tinggi dalam transistor komposit direalisasikan hanya dalam mod statistik, jadi transistor komposit digunakan secara meluas dalam peringkat input penguat operasi. Dalam litar pada frekuensi tinggi, transistor komposit tidak lagi mempunyai kelebihan sedemikian; sebaliknya, kedua-dua kekerapan penguatan arus yang mengehadkan dan kelajuan operasi transistor komposit adalah kurang daripada parameter yang sama untuk setiap transistor VT1, VT2 secara berasingan.

Sifat frekuensi transistor bipolar

Proses penyebaran pembawa cas minoriti yang disuntik ke dalam pangkalan dari pemancar ke persimpangan pengumpul diteruskan melalui penyebaran. Proses ini agak perlahan, dan pembawa yang disuntik dari pemancar akan sampai ke pengumpul tidak lebih awal daripada semasa penyebaran pembawa melalui pangkalan. Kelewatan sedemikian akan membawa kepada peralihan fasa antara Ie semasa dan Ik semasa. Pada frekuensi rendah, fasa arus Ie, Ik dan Ib bertepatan.

Kekerapan isyarat input di mana modulus keuntungan berkurangan dengan faktor berbanding dengan nilai statik β0 dipanggil kekerapan mengehadkan penguatan arus transistor bipolar dalam litar pemancar sepunya.

Fβ – mengehadkan kekerapan (kekerapan cutoff)
fgr - kekerapan potong (frekuensi perolehan perpaduan)

Transistor kesan medan

Kesan medan, atau unipolar, transistor menggunakan kesan medan sebagai prinsip fizikal utama. Tidak seperti transistor bipolar, di mana kedua-dua jenis pembawa, kedua-dua besar dan kecil, bertanggungjawab untuk kesan transistor, transistor kesan medan hanya menggunakan satu jenis pembawa untuk merealisasikan kesan transistor. Atas sebab ini, transistor kesan medan dipanggil unipolar. Bergantung kepada syarat-syarat untuk melaksanakan kesan medan, transistor kesan medan dibahagikan kepada dua kelas: transistor kesan medan dengan pintu terlindung dan transistor kesan medan dengan persimpangan p-n kawalan.

Transistor kesan medan dengan persimpangan p-n kawalan

Secara skematik, transistor kesan medan dengan persimpangan pn kawalan boleh diwakili sebagai plat, ke hujung elektrod, sumber dan longkang disambungkan. Dalam Rajah. menunjukkan struktur dan gambar rajah sambungan transistor kesan medan dengan saluran jenis-n:

Dalam transistor saluran-n, pembawa cas majoriti dalam saluran adalah elektron, yang bergerak sepanjang saluran daripada sumber berpotensi rendah ke longkang berpotensi lebih tinggi, menghasilkan arus longkang Ic. Voltan dikenakan di antara get dan punca, menyekat persimpangan p-n yang dibentuk oleh kawasan-n saluran dan kawasan p pintu.

Apabila voltan penyekat dikenakan pada simpang p-n Uzi, lapisan seragam muncul di sempadan saluran, kehabisan pembawa cas dan mempunyai kerintangan yang tinggi. Ini membawa kepada pengurangan lebar konduktif saluran.

Dengan menukar nilai voltan ini, adalah mungkin untuk menukar keratan rentas saluran dan, akibatnya, menukar nilai rintangan elektrik saluran. Untuk transistor kesan medan saluran-n, potensi longkang adalah positif berkenaan dengan potensi punca. Apabila pintu pagar dibumikan, arus mengalir dari longkang ke punca. Oleh itu, untuk menghentikan arus, voltan terbalik beberapa volt mesti digunakan pada pintu masuk.

Nilai voltan Uzi, di mana arus melalui saluran menjadi hampir sama dengan sifar, dipanggil voltan potong Uzap

Oleh itu, transistor kesan medan dengan pintu dalam bentuk persimpangan p-n mewakili rintangan, yang nilainya dikawal oleh voltan luaran.

Transistor kesan medan dicirikan oleh ciri voltan arus berikut:

Di sini, pergantungan Ic arus longkang pada voltan pada voltan malar di pintu Uzi menentukan ciri keluaran, atau longkang, transistor kesan medan. Pada bahagian awal ciri 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.

Ciri voltan semasa Ic = f(Uzi) menunjukkan voltan Uzap. Oleh kerana Uzi ≤ 0 simpang p-n ditutup dan arus get adalah sangat kecil, kira-kira 10 -8…10-9 A, oleh itu, kelebihan utama transistor kesan medan, berbanding dengan transistor bipolar, termasuk rintangan input yang tinggi, kira-kira 10 10…1013 Ohm. Di samping itu, mereka dibezakan oleh bunyi bising yang rendah dan kebolehkilangan.

Terdapat dua skim pensuisan utama yang mempunyai aplikasi praktikal. Litar dengan sumber sepunya (Gamb. a) dan litar dengan longkang sepunya (Gamb. b), yang ditunjukkan dalam rajah:

Transistor kesan medan get terlindung
(transistor MOS)

Istilah "transistor MOS" digunakan untuk merujuk kepada transistor kesan medan di mana elektrod kawalan - pintu - dipisahkan daripada kawasan aktif transistor kesan medan oleh lapisan dielektrik - penebat. Unsur asas untuk transistor ini ialah struktur logam-penebat-semikonduktor (M-D-S).

Teknologi transistor MOS dengan pintu terbina dalam ditunjukkan dalam rajah:

Semikonduktor asal di mana transistor MOS dibuat dipanggil substrat (pin P). Dua kawasan n+ yang didopkan berat dipanggil sumber (I) dan longkang (C). Kawasan substrat di bawah pintu (3) dipanggil saluran terbenam (n-saluran).

Asas fizikal untuk pengendalian transistor kesan medan dengan struktur semikonduktor penebat logam ialah kesan medan. Kesan medan ialah di bawah pengaruh medan elektrik luaran kepekatan pembawa cas bebas di kawasan hampir permukaan semikonduktor berubah. Dalam peranti medan dengan struktur MIS, medan luaran disebabkan oleh voltan yang digunakan pada elektrod pintu logam. Bergantung pada tanda dan magnitud voltan yang digunakan, boleh terdapat dua keadaan kawasan caj ruang (SCR) dalam saluran - pengayaan, penyusutan.

Mod penyusutan sepadan dengan voltan negatif Uzi, di mana kepekatan elektron dalam saluran berkurangan, yang membawa kepada penurunan arus longkang. Mod pengayaan sepadan dengan voltan positif Uzi dan peningkatan arus longkang.

Ciri voltan semasa ditunjukkan dalam rajah:

Topologi transistor MOS dengan saluran jenis p teraruh (aruh) ditunjukkan dalam rajah:

Apabila Uzi = 0 tiada saluran dan Ic = 0. Transistor hanya boleh beroperasi dalam mod pengayaan Uzi< 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 .

Ciri voltan semasa ditunjukkan dalam rajah:

Dalam transistor MOS, pintu dipisahkan daripada semikonduktor oleh lapisan SiO2 oksida. Oleh itu, rintangan input transistor tersebut adalah kira-kira 1013 ... 1015 Ohms.

Parameter utama transistor kesan medan termasuk:

• Kecerunan ciri pada Usp = const, Upi = const. Nilai parameter biasa ialah (0.1...500) mA/V;
• Kecerunan ciri sepanjang substrat di Usp = const, Uzi = const. Nilai parameter biasa (0.1...1) mA/V;
• Arus longkang awal Is.init. – mengalirkan arus pada nilai voltan sifar Uzi. Nilai parameter biasa: (0.2...600) mA – untuk transistor dengan persimpangan p-n saluran kawalan; (0.1...100) mA – untuk transistor dengan saluran terbina dalam; (0.01...0.5) µA – untuk transistor dengan saluran teraruh;
• Voltan terputus Uzi.ots. . Nilai biasa (0.2...10) V; voltan ambang Naik. Nilai biasa (1...6) V;
• Rintangan sumber longkang dalam keadaan terbuka. Nilai biasa (2..300) Ohm
• Rintangan pembezaan (dalaman): di Uzi = const;
• Keuntungan statistik: μ = S ri

Thyristor

Tiristor ialah peranti semikonduktor dengan tiga atau lebih persimpangan p-n lubang elektron. Mereka digunakan terutamanya sebagai kunci elektronik. Bergantung kepada bilangan terminal luaran, ia dibahagikan kepada thyristor dengan dua terminal luaran - dinistor dan thyristor dengan tiga terminal - thyristor. Simbol huruf VS digunakan untuk menunjuk thyristor.

Reka bentuk dan prinsip operasi dinistor

Struktur, UGO dan ciri voltan arus dinistor ditunjukkan dalam rajah:



Kawasan p luar dipanggil anod (A), kawasan n luar dipanggil katod (K). Tiga simpang p-n ditetapkan oleh nombor 1, 2, 3. Struktur dinistor ialah 4 lapisan - p-n-p-n.

Voltan bekalan E dibekalkan kepada dinistor sedemikian rupa sehingga 1 daripada 3 persimpangan terbuka dan rintangannya tidak ketara, dan peralihan 2 ditutup dan semua voltan bekalan Upr digunakan padanya. Arus terbalik yang kecil mengalir melalui dinistor, beban R diputuskan dari sumber kuasa E.

Apabila voltan kritikal dicapai sama dengan voltan suis hidup Uon, peralihan 2 terbuka, manakala ketiga-tiga peralihan 1, 2, 3 akan berada dalam keadaan terbuka (hidup). Rintangan dinistor turun kepada persepuluh ohm.

Voltan hidupkan ialah beberapa ratus volt. Dinistor terbuka dan arus ketara mengalir melaluinya. Penurunan voltan merentasi dinistor dalam keadaan terbuka ialah 1-2 volt dan bergantung sedikit pada magnitud arus yang mengalir, nilainya ialah τa ≈ E / R, dan UR ≈ E, i.e. beban disambungkan ke sumber kuasa E. Voltan merentasi dinistor, sepadan dengan titik maksimum yang dibenarkan Iopen.max, dipanggil voltan keadaan terbuka Uokr. Arus maksimum yang dibenarkan berjulat dari ratusan mA hingga ratusan A. Dinistor berada dalam keadaan terbuka sehingga arus yang mengalir melaluinya menjadi kurang daripada Iud arus pegangan. Dinistor ditutup apabila voltan luaran berkurangan kepada nilai tertib 1V atau apabila kekutuban punca luaran berubah. Oleh itu, peranti sedemikian digunakan dalam litar arus sementara. Titik B dan D sepadan dengan nilai had arus dan voltan dinistor. Masa pemulihan rintangan peralihan 2 selepas mengeluarkan voltan bekalan adalah kira-kira 10-30 μs.

Mengikut prinsip mereka, dinistor adalah peranti tindakan utama. Dalam keadaan hidup (bahagian BV) ia serupa dengan kunci tertutup, dan dalam keadaan mati (bahagian EG) ia seperti kunci terbuka.

Reka bentuk dan prinsip operasi thyristor (thyristor)

Thyristor ialah peranti terkawal. Ia mengandungi elektrod kawalan (CE) yang disambungkan kepada semikonduktor jenis-p atau semikonduktor jenis-n simpang tengah 2.

Struktur, UGO dan ciri voltan arus trinistor (biasanya dipanggil thyristor) ditunjukkan dalam rajah:



Voltan Uoff, di mana peningkatan arus seperti longsoran bermula, boleh dikurangkan dengan memasukkan pembawa cas minoriti ke dalam mana-mana lapisan bersebelahan dengan simpang 2. Setakat mana Uon berkurangan ditunjukkan pada ciri voltan arus. Parameter penting ialah arus kawalan buka kunci Iу.оt, yang memastikan bahawa thyristor bertukar kepada keadaan terbuka pada voltan yang lebih rendah daripada voltan Uon. Angka tersebut menunjukkan tiga nilai untuk menghidupkan UI voltan< Un вкл < Um вкл соответствует трем значениям управляющего тока UI у.от >Un u.ot > Um u.ot .

Mari kita pertimbangkan litar paling mudah dengan thyristor yang dimuatkan pada beban perintang Rн






• Ia – arus anod (arus kuasa dalam litar anod-katod thyristor);
• Uak – voltan antara anod dan katod;
• Iу – mengawal arus elektrod (dalam litar sebenar denyutan arus digunakan);
• Uuk ialah voltan antara elektrod kawalan dan katod;
• Upit – bekalan voltan.

Untuk memindahkan thyristor ke keadaan terbuka, elektrod bukan kawalan dibekalkan daripada litar penjanaan nadi dengan nadi kawalan jangka pendek (mengikut urutan beberapa mikrosaat).

Ciri ciri thyristor tidak boleh dikunci yang dimaksudkan, yang digunakan secara meluas dalam amalan, ialah ia tidak boleh dimatikan menggunakan arus kawalan.

Untuk mematikan thyristor dalam amalan, voltan terbalik Uac digunakan padanya< 0 и поддерживают это напряжение в течении времени, большего так называемого времени выключения tвыкл . Оно обычно составляет единицы или десятки микросекунд.

Reka bentuk dan prinsip operasi triac

Apa yang dipanggil thyristor simetri (triacs, triacs) digunakan secara meluas. Setiap triac adalah serupa dengan sepasang thyristor yang dipertimbangkan, disambungkan secara bersambungan ke belakang. Thyristor simetri ialah peranti terkawal dengan ciri voltan arus simetri. Untuk mendapatkan ciri simetri, struktur semikonduktor p-n-p-n-p bermuka dua digunakan.

Struktur triac, UGO dan ciri voltan semasa ditunjukkan dalam rajah:



Triac (triac) mengandungi dua thyristor p1-n1-p2-n2 dan p2-n2-p1-n4 yang disambungkan dari belakang ke belakang. Triac mengandungi 5 peralihan P1-P2-P3-P4-P5. Dengan ketiadaan elektron kawalan, triak UE dipanggil diac.

Dengan kekutuban positif pada elektrod E1, kesan thyristor berlaku dalam p1-n1-p2-n2, dan dengan kekutuban bertentangan dalam p2-n1-p1-n4.

Apabila voltan kawalan digunakan pada UE, bergantung pada kekutuban dan nilainya, voltan suis Uon berubah

Thyristor (dinistor, thyristor, triac) ialah elemen utama dalam peranti elektronik kuasa. Terdapat thyristor dengan voltan pensuisan lebih besar daripada 1 kV, dan arus maksimum yang dibenarkan adalah lebih besar daripada 1 kA

Kekunci elektronik

Untuk meningkatkan kecekapan peranti elektronik kuasa, mod operasi berdenyut diod, transistor dan thyristor digunakan secara meluas. Mod nadi dicirikan oleh perubahan mendadak dalam arus dan voltan. Dalam mod nadi, diod, transistor dan thyristor digunakan sebagai suis.

Menggunakan kekunci elektronik, litar elektronik ditukar: menyambung/memutuskan litar ke/daripada sumber tenaga atau isyarat elektrik, menyambung atau memutuskan elemen litar, menukar parameter elemen litar, menukar jenis sumber isyarat yang mempengaruhi.

Kunci ideal UGO ditunjukkan dalam rajah:

Kekunci yang beroperasi untuk membuka dan menutup, masing-masing.




Mod kunci dicirikan oleh dua keadaan: "hidup" / "mati".

Kekunci ideal dicirikan oleh perubahan serta-merta dalam rintangan, yang boleh mengambil nilai 0 atau ∞. Penurunan voltan merentasi suis tertutup yang ideal ialah 0. Apabila suis terbuka, arus ialah 0.

Kekunci sebenar juga dicirikan oleh dua nilai rintangan melampau Rmax dan Rmin. Peralihan dari satu nilai rintangan kepada yang lain dalam suis sebenar berlaku dalam masa yang terhad. Penurunan voltan merentasi suis tertutup sebenar bukanlah sifar.

Suis dibahagikan kepada kunci yang digunakan dalam litar kuasa rendah dan kunci yang digunakan dalam litar kuasa tinggi. Setiap kelas ini mempunyai ciri-ciri tersendiri.

Kekunci yang digunakan dalam litar kuasa rendah dicirikan oleh:

1. Rintangan utama dalam keadaan terbuka dan tertutup;
2. Prestasi – masa yang diperlukan untuk kunci untuk beralih dari satu keadaan ke keadaan lain;
3. Penurunan voltan pada suis tertutup dan arus bocor pada suis terbuka;
4. Kekebalan bunyi – keupayaan kunci untuk kekal di salah satu negeri apabila terdedah kepada gangguan;
5. Kepekaan kunci ialah magnitud isyarat kawalan yang memindahkan kunci dari satu keadaan ke keadaan lain;
6. Voltan ambang - nilai voltan kawalan, di sekelilingnya terdapat perubahan mendadak dalam rintangan kunci elektronik.

Kekunci elektronik diod

Jenis kekunci elektronik yang paling mudah ialah suis diod. Litar suis diod, ciri pemindahan statik, ciri voltan arus dan pergantungan rintangan pembezaan pada voltan diod ditunjukkan dalam rajah:

Prinsip operasi suis elektronik diod adalah berdasarkan perubahan nilai rintangan pembezaan diod semikonduktor di sekitar nilai voltan ambang pada diod Uthr. Rajah "c" menunjukkan ciri voltan semasa diod semikonduktor, yang menunjukkan nilai Uthr. Nilai ini terletak di persimpangan paksi voltan dengan tangen yang ditarik ke anggota menaik ciri voltan semasa.

Rajah "d" menunjukkan pergantungan rintangan pembezaan pada voltan merentasi diod. Ia berikutan dari angka bahawa di sekitar voltan ambang 0.3 V terdapat perubahan mendadak dalam rintangan pembezaan diod dengan nilai melampau 900 dan 35 Ohms (Rmin = 35 Ohms, Rmax = 900 Ohms).

Dalam keadaan "hidup", diod terbuka dan Uout ≈ Uin.

Dalam keadaan "mati", diod ditutup dan , Uout ≈ Uin · Rн / Rmax<

Untuk mengurangkan masa pensuisan, diod dengan kapasitansi peralihan rendah dari urutan 0.5-2 pF digunakan, sambil menyediakan masa mematikan urutan 0.5-0.05 μs.

Suis diod tidak membenarkan pemisahan elektrik bagi litar kawalan dan terkawal, yang sering diperlukan dalam litar praktikal.

Suis transistor

Majoriti litar yang digunakan dalam komputer, peranti kawalan jauh, sistem kawalan automatik, dll. adalah berdasarkan suis transistor.

Litar suis pada transistor bipolar dan ciri voltan semasa ditunjukkan dalam rajah:

Keadaan pertama "mati" (transistor ditutup) ditentukan oleh titik A1 pada ciri keluaran transistor; ia dipanggil mod cutoff. Dalam mod potong, arus asas Ib = 0, arus pengumpul Ik1 adalah sama dengan arus pengumpul awal, dan voltan pengumpul Uk = Uk1 ≈ Ek. Mod cutoff dilaksanakan pada Uin = 0 atau pada potensi asas negatif. Dalam keadaan ini, rintangan suis mencapai nilai maksimumnya: Rmax = , di mana RT ialah rintangan transistor dalam keadaan tertutup, lebih daripada 1 MOhm.

Keadaan kedua "hidup" (transistor terbuka) ditentukan oleh titik A2 pada ciri voltan semasa dan dipanggil mod tepu. Daripada mod cutoff (A1) ke mod tepu (A2), transistor ditukar oleh voltan input positif Uin. Dalam kes ini, voltan Uout mengambil nilai minimum Uk2 = Uk.e.us daripada susunan 0.2-1.0 V, arus pengumpul Ik2 = Ik.us ≈ Ek / Rk. Arus asas dalam mod tepu ditentukan daripada keadaan: Ib > Ib.us = Ik.us / h21.

Voltan masukan yang diperlukan untuk menukar transistor kepada keadaan terbuka ditentukan daripada keadaan: U dalam > Ib.us · Rb + Uk.e.us

Imuniti bunyi yang baik dan pelesapan kuasa yang rendah dalam transistor dijelaskan oleh fakta bahawa kebanyakan masa transistor sama ada tepu (A2) atau tertutup (A1), dan masa peralihan dari satu keadaan ke keadaan lain adalah sebahagian kecil daripada tempoh negeri-negeri ini. Masa pensuisan suis pada transistor bipolar ditentukan oleh kapasiti penghalang persimpangan p-n dan proses pengumpulan dan penyerapan pembawa cas minoriti di pangkalan.

Untuk meningkatkan kelajuan dan rintangan input, suis transistor kesan medan digunakan.

Suis litar pada transistor kesan medan dengan persimpangan pn kawalan dan dengan saluran teraruh dengan punca sepunya dan longkang sepunya ditunjukkan dalam rajah:

Untuk sebarang suis pada transistor kesan medan Rн > 10-100 kOhm.

Isyarat kawalan Uin di pintu pagar adalah kira-kira 10-15 V. Rintangan transistor kesan medan dalam keadaan tertutup adalah tinggi, kira-kira 108 -109 Ohm.

Rintangan transistor kesan medan dalam keadaan terbuka boleh menjadi 7-30 Ohms. Rintangan transistor kesan medan di sepanjang litar kawalan boleh menjadi 108 -109 Ohm. (litar “a” dan “b”) dan 1012 -1014 Ohm (litar “c” dan “d”).

Peranti semikonduktor kuasa (kuasa).

Peranti semikonduktor kuasa digunakan dalam elektronik tenaga, bidang teknologi yang paling pesat membangun dan menjanjikan. Ia direka untuk mengawal arus puluhan dan ratusan ampere, voltan puluhan dan ratusan volt.

Peranti semikonduktor kuasa termasuk thyristor (dinistor, thyristor, triac), transistor (bipolar dan kesan medan) dan transistor bipolar teraruh statik (IGBT). Ia digunakan sebagai kunci elektronik yang menukar litar elektronik. Mereka cuba mendekatkan ciri-ciri mereka kepada ciri-ciri kunci yang ideal.

Mengikut prinsip operasi, ciri dan parameter, transistor kuasa tinggi adalah serupa dengan transistor kuasa rendah, tetapi terdapat ciri tertentu.

Transistor kesan medan kuasa

Pada masa ini, transistor kesan medan adalah salah satu peranti kuasa yang paling menjanjikan. Transistor yang paling banyak digunakan ialah get terlindung dan transistor saluran teraruh. Untuk mengurangkan rintangan saluran, panjangnya dikurangkan. Untuk meningkatkan arus longkang, ratusan dan ribuan saluran dibuat dalam transistor, dan saluran disambungkan secara selari. Kebarangkalian pemanasan sendiri transistor kesan medan adalah kecil, kerana Rintangan saluran meningkat dengan peningkatan suhu.

Transistor kesan medan kuasa mempunyai struktur menegak. Saluran boleh diletakkan secara menegak dan mendatar.

transistor DMOS

Transistor MOS ini, yang dihasilkan oleh kaedah resapan berganda, mempunyai saluran mendatar. Rajah menunjukkan elemen struktur yang mengandungi saluran.

transistor VMOS

Transistor MOS berbentuk V ini mempunyai saluran menegak. Rajah menunjukkan satu elemen struktur yang mengandungi dua saluran.

Adalah mudah untuk melihat bahawa struktur transistor VMOS dan transistor DMOS adalah serupa.

transistor IGBT

IGBT ialah peranti semikonduktor hibrid. Ia menggabungkan dua kaedah mengawal arus elektrik, salah satunya adalah tipikal untuk transistor kesan medan (kawalan medan elektrik), dan yang kedua untuk yang bipolar (kawalan suntikan pembawa elektrik).

Biasanya, IGBT menggunakan struktur transistor MOS saluran teraruh-n jenis. Struktur transistor ini berbeza daripada struktur transistor DMIS oleh lapisan tambahan semikonduktor jenis-p.

Sila ambil perhatian bahawa istilah "pemancar", "pengumpul" dan "pintu" biasanya digunakan untuk merujuk kepada elektrod IGBT.

Menambah lapisan jenis-p menghasilkan pembentukan struktur transistor bipolar kedua (jenis pnp). Oleh itu, IGBT mempunyai dua struktur bipolar - jenis n-p-n dan jenis p-n-p.

Litar suis UGO dan IGBT ditunjukkan dalam rajah:

Jenis ciri keluaran tipikal ditunjukkan dalam rajah:

transistor SIT

SIT ialah transistor kesan medan dengan persimpangan p-n kawalan dengan aruhan statik. Ia berbilang saluran dan mempunyai struktur menegak. Perwakilan skematik SIT dan litar sumber biasa ditunjukkan dalam rajah:

Kawasan semikonduktor jenis p mempunyai bentuk silinder, diameternya adalah beberapa mikrometer atau lebih. Sistem silinder ini bertindak sebagai pengatup. Setiap silinder disambungkan kepada elektrod get (dalam rajah "a" elektrod get tidak ditunjukkan).

Garis putus-putus menunjukkan kawasan simpang p-n. Bilangan sebenar saluran boleh beribu-ribu. Biasanya SIT digunakan dalam litar sumber biasa.

Setiap peranti yang dipertimbangkan mempunyai kawasan aplikasinya sendiri. Suis thyristor digunakan dalam peranti yang beroperasi pada frekuensi rendah (kilohertz dan ke bawah). Kelemahan utama kunci tersebut ialah prestasi rendahnya.

Bidang utama penggunaan thyristor ialah peranti frekuensi rendah dengan kuasa pensuisan tinggi sehingga beberapa megawatt, yang tidak mengenakan keperluan prestasi yang serius.

Transistor bipolar berkuasa digunakan sebagai suis voltan tinggi dalam peranti dengan frekuensi pensuisan atau penukaran dalam julat 10-100 kHz, dengan aras kuasa keluaran dari beberapa W hingga beberapa kW. Julat optimum voltan pensuisan ialah 200-2000 V.

Transistor kesan medan (MOSFET) digunakan sebagai suis elektronik untuk menukar peranti voltan rendah dan frekuensi tinggi. Nilai optimum bagi voltan pensuisan tidak melebihi 200 V (nilai maksimum sehingga 1000 V), manakala frekuensi pensuisan boleh berjulat dari beberapa kHz hingga 105 kHz. Julat arus tersuis ialah 1.5-100 A. Sifat positif peranti ini ialah kebolehkawalan oleh voltan berbanding arus, dan kurang pergantungan pada suhu berbanding peranti lain.

Transistor bipolar get terlindung (IGBT) digunakan pada frekuensi di bawah 20 kHz (beberapa jenis peranti digunakan pada frekuensi melebihi 100 kHz) dengan kuasa pensuisan melebihi 1 kW. Voltan tersuis tidak lebih rendah daripada 300-400 V. Nilai optimum voltan tersuis adalah melebihi 2000 V. IGBT dan MOSFET memerlukan voltan tidak lebih tinggi daripada 12-15 V untuk dihidupkan sepenuhnya; voltan negatif tidak diperlukan untuk menutup peranti. Mereka dicirikan oleh kelajuan pensuisan yang tinggi.

Bahan untuk persediaan untuk pensijilan

Transistor bipolar ialah peranti semikonduktor dengan dua interaksi R-n-peralihan dan dengan tiga terminal (Rajah 1.15). Bergantung pada seli kawasan doped, transistor dibezakan n-p-n-jenis (Rajah 1.15, A) Dan R-n-r-jenis (Rajah 1.15, b).

Dalam Rajah. 1.15, V, G simbol transistor diberikan p-p-p- Dan R-n-r- jenis, masing-masing. Terminal transistor ditetapkan: E- pemancar, B- asas, KEPADA– pengumpul.

Kawasan pemancar dan pengumpul berbeza kerana kepekatan kekotoran di kawasan pemancar adalah lebih tinggi daripada di kawasan pengumpul. Peralihan yang berlaku antara pemancar dan asas dipanggil simpang pemancar , dan peralihan yang berlaku antara pengumpul dan tapak ialah pengumpul .

Dalam Rajah. Rajah 1.16 menunjukkan gambar rajah litar untuk menyambungkan transistor dengan punca voltan malar yang disambungkan dan perintang pengumpul. Dalam litar ini, terminal asas transistor disambungkan ke perumah. Oleh itu skim ini dipanggil litar untuk menyambungkan transistor dengan tapak sepunya (CB).

Membezakan empat mod operasi transistor bipolar :

1) mod aktif – simpang pemancar terbuka dan simpang pengumpul ditutup (Rajah 1.16);

2) mod potong - kedua-duanya R-n- persimpangan ditutup, dan tiada arus ketara melalui transistor.

Untuk mendapatkan mod ini, adalah perlu untuk menukar kekutuban sumber dalam litar (lihat Rajah 1.16) E E ke sebaliknya;

1) mod ketepuan - dua R-n-simpang transistor terbuka dan arus terus mengalir melaluinya. Untuk mendapatkan mod ini, adalah perlu untuk menukar kekutuban sumber dalam litar (lihat Rajah 1.16) E K ke sebaliknya;

2) mod songsang – simpang pengumpul terbuka dan simpang pemancar ditutup. Untuk mendapatkan mod ini, adalah perlu untuk menukar kekutuban sumber dalam litar (lihat Rajah 1.16) kepada kekutuban bertentangan E K Dan E E.

Mod operasi aktif digunakan terutamanya untuk menguatkan dan menukar isyarat. Operasi transistor bipolar dalam mod aktif adalah berdasarkan fenomena resapan, serta kesan hanyut pembawa cas dalam medan elektrik.

Operasi transistor dalam mod aktif

Mari kita pertimbangkan pengendalian transistor dalam mod aktif menggunakan contoh transistor jenis pnp (Rajah 1.16). Dalam mod ini, simpang pemancar transistor terbuka. Voltan pembukaan ialah E E= 0.4…0.7 V.

Arus mengalir melalui persimpangan pemancar terbuka i E (i E= 0.1…10 mA untuk transistor kuasa rendah). Sebagai peraturan, di kawasan pemancar transistor kepekatan kekotoran penerima adalah berkali-kali lebih besar daripada kepekatan kekotoran penderma di kawasan asas. n- kawasan transistor. Oleh itu, kepekatan lubang di kawasan pemancar adalah jauh lebih besar daripada kepekatan elektron di kawasan asas, dan hampir keseluruhan arus pemancar adalah arus lubang.

Dalam bujang p-n-peralihan semasa resapan lubang ke P-rantau, penggabungan semula lengkap lubang yang disuntik dengan elektron berlaku P-wilayah Proses yang sama berlaku dalam simpang pemancar transistor. Terima kasih kepada proses ini, arus asas timbul i B(lihat Rajah 1.16). Walau bagaimanapun, proses yang lebih kompleks berlaku dalam transistor.

Ciri utama reka bentuk transistor adalah relatif kawasan asas nipis b. Lebar asas ( W) dalam transistor adalah lebih kurang daripada laluan bebas lubang ( L). Dalam transistor silikon moden W» 1 µm, dan panjang resapan L= 5…10 µm. Akibatnya, sebahagian besar lubang mencapai persimpangan pengumpul tanpa mempunyai masa untuk bergabung semula dengan elektron asas. Apabila berada di persimpangan pengumpul bias songsang, lubang hanyut (dan memecut) dalam medan persimpangan sedia ada.

Setelah melalui persimpangan pengumpul, lubang bergabung semula dengan elektron yang mengalir ke pengumpul dari sumber kuasa ( E K). Ambil perhatian bahawa arus lubang ini berkali-kali lebih besar daripada arus terbalik intrinsik simpang pengumpul tertutup dan hampir sepenuhnya menentukan arus pengumpul ( i K) transistor.

Daripada analisis mod aktif (Rajah 1.16), persamaan untuk arus transistor berikut:

Dalam persamaan ini, arus asas adalah lebih rendah daripada arus pemancar dan arus pengumpul, dan
Arus pengumpul hampir sama dengan arus pemancar transistor.

Hubungan antara arus dalam transistor dicirikan oleh dua parameter:

pekali pemindahan arus pemancar

Dan pekali pemindahan arus asas

Menggunakan formula (1.2), kita memperoleh formula hubungan antara pekali penghantaran :

Nilai pekali α Dan β bergantung pada reka bentuk transistor. Bagi kebanyakan transistor kuasa rendah yang digunakan dalam peranti komunikasi dan komputer, pekali b= 20...200, dan pekali a = 0,95…0,995.

Sifat penguatan transistor

Mari kita pertimbangkan sifat penguatan transistor. Biarkan terdapat voltan pada input transistor E E= 0.5 V. Dan biarkan voltan ini mencipta arus i E= 5 mA. Kuasa yang digunakan untuk mengawal transistor adalah sama dengan:

R VX= E Ei E= 0.5 × 5 ×10 -3 = 2.5 mW.

Biarkan rintangan muatan dalam litar pemungut transistor (Rajah 1.17) sama dengan R K= 1 kOhm. Arus pengumpul mengalir melalui perintang beban, lebih kurang sama dengan arus pemancar transistor: i K» i E. Kuasa keluaran yang dikeluarkan pada beban adalah sama dengan:

R N =i K 2R K = 25 mW .

Akibatnya, litar (lihat Rajah 1.17) menyediakan penguatan kuasa sepuluh kali ganda. Ambil perhatian bahawa untuk menyediakan penguatan sedemikian, voltan penyekat yang besar diperlukan pada persimpangan pengumpul:

E K >U K,

di mana U K = i K RK– penurunan voltan merentasi rintangan beban dalam litar pengumpul.

Tenaga isyarat keluaran yang meningkat disediakan oleh bekalan kuasa dalam litar pengumpul.

Mari kita pertimbangkan mod operasi lain transistor:

· dalam mod ketepuan arus hadapan simpang pengumpul timbul. Arahnya bertentangan dengan arah arus resapan lubang. Arus pengumpul yang terhasil berkurangan dengan mendadak, dan sifat penguat transistor merosot secara mendadak;

Transistor yang jarang digunakan songsang mod, kerana sifat suntikan pengumpul jauh lebih buruk daripada sifat suntikan pemancar;

· V mod keratan semua arus melalui transistor boleh dikatakan sama dengan sifar - kedua-dua persimpangan transistor ditutup, dan sifat penguat transistor tidak muncul.

Sebagai tambahan kepada litar yang dipertimbangkan untuk menyambungkan transistor dengan pangkalan biasa, dua litar lain digunakan:

1) apabila disambungkan ke badan pemancar transistor, kita dapat litar pemancar sepunya (CE). (Gamb. 1.17). Skim OE paling kerap dijumpai dalam amalan;

2) apabila disambungkan ke badan pengumpul transistor kita mendapatkan litar dengan pengumpul biasa (OK) . Dalam litar ini, voltan kawalan digunakan pada terminal asas transistor.

Kebergantungan arus melalui terminal transistor pada voltan yang digunakan pada transistor dipanggil ciri voltan semasa (ciri volt-ampere) transistor.

Untuk litar dengan pemancar sepunya (Rajah 1.17), ciri voltan semasa transistor kelihatan seperti (Rajah 1.18, 1.19). Graf yang serupa boleh diperolehi untuk skema dengan asas yang sama. Lengkung (lihat Rajah 1.18) dipanggil ciri input transistor , kerana ia menunjukkan pergantungan arus masukan pada voltan input kawalan yang dibekalkan antara tapak dan pemancar transistor. Ciri-ciri input transistor adalah hampir dengan ciri-ciri R-n-peralihan.

Kebergantungan ciri input pada voltan pengumpul dijelaskan oleh peningkatan lebar persimpangan pengumpul dan, akibatnya, penurunan ketebalan asas dengan peningkatan voltan terbalik pada pengumpul transistor (Kesan awal).

Lengkung (lihat Rajah 1.19) dipanggil ciri keluaran transistor . Ia digunakan untuk menentukan arus pengumpul transistor. Peningkatan arus pengumpul sepadan dengan peningkatan voltan kawalan di pangkalan transistor:

u BE4 > u BE3 > u BE2 > u BE1..

Pada u FE£ U AS(lihat Rajah 1.19) voltan pada pengumpul transistor menjadi kurang daripada voltan di tapak. Dalam kes ini, persimpangan pengumpul transistor terbuka, dan mod tepu berlaku
iasi, di mana arus pengumpul berkurangan secara mendadak.

Pada voltan tinggi pada pengumpul, arus pengumpul mula meningkat, kerana proses pemecahan longsoran (atau haba) persimpangan pengumpul transistor berlaku.

Daripada analisis ciri-ciri voltan semasa transistor, ia menunjukkan bahawa transistor, seperti diod, tergolong dalam unsur tak linear. Walau bagaimanapun, dalam mod aktif dengan u FE> U AS Arus pengumpul transistor berubah kira-kira dalam perkadaran langsung dengan kenaikan voltan kawalan input pada dasar transistor, i.e. Litar keluaran transistor mempunyai sifat yang hampir dengan sumber arus terkawal yang ideal. Arus pengumpul dalam mod aktif boleh dikatakan bebas daripada beban yang disambungkan kepada pengumpul transistor.

Dalam Rajah. 1.20 menunjukkan yang paling mudah litar transistor setara linear , diperoleh untuk mod pengendalian aktif apabila menggunakan isyarat berselang-seli amplitud kecil kepada transistor ( Um < 0,1 В). Основным элементом этой схемы является источник тока, управляемый входным напряжением:

I K =SU BE,

di mana S– transkonduktans transistor, bersamaan dengan 10...100 mA/V untuk transistor kuasa rendah.

Rintangan r CE mencirikan kehilangan tenaga dalam litar pengumpul. Nilainya untuk transistor berkuasa rendah ialah puluhan dan ratusan kilo-ohm. Rintangan simpang pemancar ( r JADI) adalah bersamaan dengan ratusan ohm atau unit kilo-ohms. Rintangan ini mencirikan tenaga yang hilang untuk mengawal transistor. Nilai parameter litar setara boleh didapati dengan menunjukkan titik operasi pada ciri input dan output I-V transistor dan menentukan derivatif yang sepadan pada titik operasi ini (atau menentukan kenaikan arus dan voltan yang sepadan pada titik operasi).