Basiscircuits voor het aansluiten van bipolaire transistors. Diode elektronische sleutels. Bedrijfsmodus bipolaire transistor

Transistors zijn onderverdeeld in bipolair en veldeffect. Elk van deze typen heeft zijn eigen werkingsprincipe en ontwerp Wat ze echter gemeen hebben, is de aanwezigheid halfgeleider p-n structuren.

Voorwaardelijk grafische symbolen(UGO) transistors worden gegeven in de tabel:

Apparaattype
Bipolair	Bipolair pnp-type
Bipolair	Bipolair n-p-n-type
Veld	Met de beheerder p-n-overgang	Met p-type kanaal
	Met de beheerder p-n-overgang	Met n-type kanaal
	Met geïsoleerd sluiter MOSFET-transistoren	Met ingebouwd kanaal	Ingebouwd kanaal p-type
		Met ingebouwd kanaal	Ingebouwd kanaal n-type
		Met geïnduceerd kanaal	Geïnduceerd kanaal p-type
		Met geïnduceerd kanaal	Geïnduceerd kanaal n-type

Bipolaire transistoren

De definitie van "bipolair" geeft aan dat de werking van een transistor verband houdt met processen waarin ladingsdragers van twee typen deelnemen: elektronen en gaten.

Een transistor is een halfgeleiderapparaat met twee elektron-gatovergangen, ontworpen om te versterken en te genereren elektrische signalen. Een transistor gebruikt beide soorten dragers: groot en klein, daarom wordt hij bipolair genoemd.

Een bipolaire transistor bestaat uit drie gebieden van een monokristallijne halfgeleider met verschillende soorten geleidbaarheid: emitter, basis en collector.

E - zender,
B-basis,
K - verzamelaar,
EP - emitterovergang,
KP - verzamelpunt,
W - basisdikte.

Elk van de overgangen van de transistor kan zowel direct als in worden ingeschakeld omgekeerde richting. Afhankelijk hiervan zijn er drie bedrijfsmodi van de transistor:

Cut-off-modus - beide pn-overgangen zijn gesloten, terwijl er doorgaans een relatief kleine stroom door de transistor vloeit
Verzadigingsmodus - beide pn-overgangen zijn open
De actieve modus is er één van p-n-verbindingen is open en de andere is gesloten

In de afsnijmodus en de verzadigingsmodus kan de transistor niet worden bestuurd. Effectieve regeling van de transistor wordt alleen in de actieve modus uitgevoerd. Deze modus is de belangrijkste. Als de spanning op de emitterovergang direct is en op de collectorovergang omgekeerd, wordt het inschakelen van de transistor als normaal beschouwd als de polariteit tegengesteld is, deze is omgekeerd.

IN normale modus De pn-overgang van de collector is gesloten, de emitterovergang is open. De collectorstroom is evenredig met de basisstroom.

De beweging van ladingsdragers in een npn-transistor wordt weergegeven in de figuur:

Wanneer de emitter is aangesloten op de negatieve pool van de stroombron, treedt er een emitterstroom Ie op. Omdat er in voorwaartse richting een externe spanning op de emitterovergang wordt aangelegd, passeren de elektronen de kruising en komen het basisgebied binnen. De basis is gemaakt van een p-halfgeleider, dus elektronen zijn er minderheidsladingsdragers voor.

Elektronen die het basisgebied binnenkomen, recombineren gedeeltelijk met gaten in de basis. De basis is echter meestal gemaakt van een zeer dunne p-geleider met een grote weerstand(laag gehalte aan onzuiverheden), daarom is de concentratie van gaten in de basis laag en slechts een paar elektronen die de basis binnenkomen, recombineren met de gaten en vormen een basisstroom Ib. De meeste elektronen bereiken door thermische beweging (diffusie) en onder invloed van het collectorveld (drift) de collector en vormen een onderdeel van de collectorstroom Ik.

De relatie tussen de toenamen van emitter- en collectorstromen wordt gekenmerkt door de stroomoverdrachtscoëfficiënt

Zoals volgt uit een kwalitatieve beschouwing van de processen die plaatsvinden in een bipolaire transistor, is de stroomoverdrachtscoëfficiënt altijd kleiner dan één. Voor moderne bipolaire transistors is α = 0,9 ÷ 0,95

Wanneer Ie ≠ 0 is de transistorcollectorstroom gelijk aan:

In het beschouwde verbindingscircuit is de basiselektrode gemeenschappelijk voor de emitter- en collectorcircuits. Zo'n aansluitschema bipolaire transistor wordt een common-base-circuit genoemd, waarbij het emittercircuit het ingangscircuit wordt genoemd en het collectorcircuit het uitgangscircuit. Een dergelijk circuit voor het inschakelen van een bipolaire transistor wordt echter zeer zelden gebruikt.

Drie circuits voor het inschakelen van een bipolaire transistor

Er zijn schakelcircuits met een gemeenschappelijke basis, een gemeenschappelijke emitter, gemeenschappelijke verzamelaar. Schakelingen voor een pnp-transistor worden getoond in figuren a, b, c:

In een circuit met een gemeenschappelijke basis (figuur a) is de basiselektrode gemeenschappelijk voor de ingangs- en uitgangscircuits; in een circuit met een gemeenschappelijke emitter (figuur b) is de emitter gemeenschappelijk; (Fig. c), de collector is gebruikelijk.

De figuur toont: E1 – voeding van het ingangscircuit, E2 – voeding van het uitgangscircuit, Uin – bron van het versterkte signaal.

Het hoofdschakelcircuit is er een waarin de gemeenschappelijke elektrode voor de ingangs- en uitgangscircuits de emitter is (schakelcircuit voor een bipolaire transistor met een gemeenschappelijke emitter). Voor een dergelijk circuit passeert het ingangscircuit de basis-emitterovergang en ontstaat daarin een basisstroom:

De lage waarde van de basisstroom in het ingangscircuit heeft geleid tot het wijdverbreide gebruik van een circuit met een gemeenschappelijke emitter.

Bipolaire transistor in een gemeenschappelijk emittercircuit (CE).

In een transistor die is aangesloten volgens het OE-circuit, wordt de relatie tussen stroom en spanning in het ingangscircuit van de transistor Ib = f1 (Ube) de ingangs- of basisstroom-spanningskarakteristiek (VC) van de transistor genoemd. De afhankelijkheid van de collectorstroom van de spanning tussen de collector en de emitter bij vaste waarden van de basisstroom Iк = f2 (Uke), Ib – const wordt de familie van uitgangs- (collector)karakteristieken van de transistor genoemd.

Ingangs- en uitgangsstroom-spanningskarakteristieken van een bipolaire transistor met gemiddeld vermogen n-p-n-type worden weergegeven in de figuur:

Zoals uit de figuur blijkt, ingangskarakteristiek vrijwel onafhankelijk van spanning Uke. De uitgangskarakteristieken liggen ongeveer op gelijke afstand van elkaar en zijn vrijwel lineair breed bereik spanningsveranderingen Uke.

De afhankelijkheid Ib = f(Ube) is een exponentiële afhankelijkheidskarakteristiek van de stroom van een voorwaarts voorgespannen pn-overgang. Omdat de basisstroom recombinatie is, is de waarde Ib β maal kleiner dan de geïnjecteerde emitterstroom Ie. Naarmate de collectorspanning Uк toeneemt, verschuift de ingangskarakteristiek naar het gebied met hogere spanningen Ub. Dit komt door het feit dat als gevolg van modulatie van de basisbreedte (Early-effect) het aandeel van de recombinatiestroom in de basis van de bipolaire transistor afneemt. De spanning Ube overschrijdt 0,6...0,8 V niet. Het overschrijden van deze waarde zal leiden tot een scherpe toename van de stroom die door de open emitterovergang vloeit.

De afhankelijkheid Ik = f(Uke) laat zien dat de collectorstroom recht evenredig is met de basisstroom: Ik = B Ib

Bipolaire transistorparameters

Weergave van een transistor in een klein-signaalmodus als een netwerk met vier aansluitingen

In een bedrijfsmodus met een klein signaal kan de transistor worden weergegeven door een netwerk met vier aansluitingen. Wanneer spanningen u1, u2 en stromen i1, i2 sinusoïdaal variëren, wordt de relatie tussen spanningen en stromen vastgesteld met behulp van Z-, Y-, h-parameters.

Potentialen 1", 2", 3 zijn hetzelfde. Het is handig om een transistor te beschrijven met behulp van h-parameters.

De elektrische toestand van een transistor die is aangesloten in een circuit met een gemeenschappelijke emitter wordt gekenmerkt door vier grootheden: Ib, Ube, Ik en Uke. Twee van deze grootheden kunnen als onafhankelijk worden beschouwd, en de andere twee kunnen in termen daarvan worden uitgedrukt. Om praktische redenen is het handig om de hoeveelheden Ib en Uke als onafhankelijke hoeveelheden te kiezen. Dan Ube = f1 (Ib, Uke) en Ik = f2 (Ib, Uke).

IN versterkingsapparaten ingangssignalen zijn stappen van ingangsspanningen en -stromen. Binnen het lineaire deel van de kenmerken gelden de volgende gelijkheden voor de stappen Ube en Ik:

Fysische betekenis van de parameters:

Voor een circuit met OE worden de coëfficiënten geschreven met de index E: h11e, h12e, h21e, h22e.

De paspoortgegevens geven h21е = β, h21b = α aan. Deze parameters karakteriseren de kwaliteit van de transistor. Om de waarde van h21 te vergroten, moet je óf de basisbreedte W verkleinen, óf de diffusielengte vergroten, wat behoorlijk moeilijk is.

Composiet transistoren

Om de waarde van h21 te vergroten, zijn bipolaire transistors verbonden met behulp van een Darlington-circuit:

In een samengestelde transistor die dezelfde kenmerken heeft als één transistor, is de basis VT1 verbonden met de emitter VT2 en ΔIе2 = ΔIb1. De collectoren van beide transistoren zijn verbonden en deze aansluiting is de aansluiting van de samengestelde transistor. De basis VT2 speelt de rol van de basis van de samengestelde transistor ΔIb = ΔIb2, en de emitter VT1 speelt de rol van de emitter van de samengestelde transistor ΔIe = ΔI1.

Laten we een uitdrukking verkrijgen voor de huidige versterking β voor het Darlington-circuit. Laten we de relatie tussen de verandering in de basisstroom dIb en de resulterende verandering in de collectorstroom dIk van de samengestelde transistor als volgt uitdrukken:

Omdat voor bipolaire transistors de stroomversterking gewoonlijk enkele tientallen bedraagt (β1, β2 >> 1), zal de totale versterking van de samengestelde transistor worden bepaald door het product van de versterkingen van elke transistor βΣ = β1 · β2 en kan behoorlijk groot zijn in waarde.

Laten we de kenmerken van de bedrijfsmodus van dergelijke transistors noteren. Omdat de emitterstroom VT2 Ie2 de basisstroom VT1 dIb1 is, zou transistor VT2 daarom in de micropower-modus moeten werken, en transistor VT1 - in hoge injectiemodus, verschillen hun emitterstromen met 1-2 ordes van grootte. Met een dergelijke suboptimale keuze van de bedrijfskarakteristieken van de bipolaire transistoren VT1 en VT2 is het niet mogelijk om in elk van hen hoge stroomversterkingswaarden te bereiken. Niettemin zal, zelfs met versterkingswaarden β1, β2 ≈ 30, de totale versterking βΣ βΣ ≈ 1000 zijn.

Hoge versterkingswaarden in samengestelde transistors worden alleen in de statistische modus gerealiseerd, daarom worden samengestelde transistors veel gebruikt in ingangstrappen operationele versterkers. In de diagrammen op hoge frequenties samengestelde transistors hebben niet langer dergelijke voordelen; integendeel, zowel de afsnijfrequentie van de stroomversterking als de werkingssnelheid van samengestelde transistors zijn minder dan dezelfde parameters voor elk van de transistoren VT1, VT2 afzonderlijk.

Frequentie-eigenschappen van bipolaire transistors

Het proces van voortplanting van minderheidsladingsdragers die vanuit de emitter naar de collectorovergang in de basis worden geïnjecteerd, verloopt door diffusie. Dit proces is vrij langzaam en de door de emitter geïnjecteerde dragers zullen de collector niet eerder bereiken dan tijdens de diffusie van dragers door de basis. Een dergelijke vertraging zal leiden tot een faseverschuiving tussen de huidige Ie en de huidige Ik. Bij lage frequenties de fasen van de stromen Ie, Ik en Ib vallen samen.

De frequentie van het ingangssignaal waarbij de versterkingsmodulus met een factor afneemt in vergelijking met de statische waarde β0, wordt de grensfrequentie van de stroomversterking van een bipolaire transistor in een gemeenschappelijke emitterschakeling genoemd.

Fβ – grensfrequentie (afsnijfrequentie)
fgr - afsnijfrequentie (eenheidsversterkingsfrequentie)

Veldeffecttransistoren

Veldeffect- of unipolaire transistors als belangrijkste fysieke principe gebruik het veldeffect. In tegenstelling tot bipolaire transistors, waarbij beide typen dragers, zowel grote als kleine, verantwoordelijk zijn voor het transistoreffect, kunnen veldeffecttransistors worden geïmplementeerd transistoreffect Er wordt slechts één mediatype gebruikt. Om deze reden veldeffecttransistors worden unipolair genoemd. Afhankelijk van de omstandigheden voor het implementeren van het veldeffect, worden veldeffecttransistors in twee klassen verdeeld: veldeffecttransistors met een geïsoleerde poort en veldeffecttransistors met beheerder p-n overgang.

Veldeffecttransistors met controle-pn-overgang

Schematisch kan een veldeffecttransistor met een pn-besturingsovergang worden weergegeven als een plaat, aan de uiteinden waarvan elektroden, een source en een drain zijn aangesloten. In afb. toont de structuur en het aansluitschema van een veldeffecttransistor met een n-type kanaal:

In een n-kanaaltransistor zijn de meeste ladingsdragers in het kanaal elektronen, die langs het kanaal bewegen van een bron met een lage potentiaal naar een afvoer met een hogere potentiaal, waardoor een afvoerstroom Ic ontstaat. Er wordt een spanning aangelegd tussen de poort en de bron, waardoor de p-n-overgang wordt geblokkeerd die wordt gevormd door het n-gebied van het kanaal en het p-gebied van de poort.

Wanneer een sperspanning wordt aangelegd op de pn-overgang Uzi, verschijnt er een uniforme laag aan de kanaalgrenzen, ontdaan van ladingsdragers en met een hoge soortelijke weerstand. Dit leidt tot een afname van de geleidende breedte van het kanaal.

Door de waarde van deze spanning te veranderen, is het mogelijk om de dwarsdoorsnede van het kanaal te veranderen en dientengevolge de waarde van de elektrische weerstand van het kanaal te veranderen. Voor een n-kanaal veldeffecttransistor is de drainpotentiaal positief ten opzichte van de sourcepotentiaal. Wanneer de poort geaard is, vloeit er stroom van drain naar source. Om de stroom te stoppen moet daarom een sperspanning van enkele volts op de poort worden aangelegd.

De spanningswaarde Uzi waarbij de stroom door het kanaal praktisch wordt gelijk aan nul, heet afsnijspanning Uzap

Een veldeffecttransistor met een poort in de vorm van een pn-overgang vertegenwoordigt dus een weerstand waarvan de waarde wordt geregeld door een externe spanning.

De veldeffecttransistor wordt gekenmerkt door de volgende stroom-spanningskarakteristiek:

Hier is de afhankelijkheid van de afvoerstroom Ic van de spanning bij constante spanning bij de Uzi-poort worden de uitgangs- of drain-karakteristieken van de veldeffecttransistor bepaald. Bij het eerste gedeelte van de kenmerken 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 werkgebied uitgangskarakteristieken van de veldeffecttransistor. Een verdere verhoging van de spanning Uс leidt tot het doorbreken van de pn-overgang tussen de poort en het kanaal en schakelt de transistor uit.

De stroom-spanningskarakteristiek Ic = f(Uzi) toont de spanning Uzap. Omdat Uzi ≤ 0 is de pn-overgang gesloten en is de poortstroom erg klein, ongeveer 10 -8…10-9 A Daarom omvatten de belangrijkste voordelen van een veldeffecttransistor, vergeleken met een bipolaire transistor, een hoge ingangsweerstand, ongeveer 10 10…1013 Ohm. Bovendien onderscheiden ze zich door een laag geluidsniveau en produceerbaarheid.

Er zijn twee belangrijke schakelschema's die praktische toepassing hebben. Een circuit met een gemeenschappelijke bron (Fig. a) en een circuit met een gemeenschappelijke afvoer (Fig. b), die worden weergegeven in de figuur:

Veldeffecttransistoren met geïsoleerde poort
(MOS-transistors)

De term "MOS-transistor" wordt gebruikt om te verwijzen naar veldeffecttransistors waarin de stuurelektrode - de poort - gescheiden is van het actieve gebied van de veldeffecttransistor door een diëlektrische laag - een isolator. Het basiselement voor deze transistors is de metaal-isolator-halfgeleiderstructuur (M-D-S).

De technologie van een MOS-transistor met een ingebouwde poort wordt weergegeven in de figuur:

De originele halfgeleider waarop de MOS-transistor is gemaakt, wordt het substraat (pin P) genoemd. De twee zwaar gedoteerde n+-gebieden worden source (I) en drain (C) genoemd. Het gebied van het substraat onder de poort (3) wordt het ingebedde kanaal (n-kanaal) genoemd.

De fysieke basis voor de werking van een veldeffecttransistor met een metaal-isolator-halfgeleiderstructuur is het veldeffect. Het veldeffect is dat onder invloed van een extern elektrisch veld de concentratie van vrije ladingsdragers in het nabije oppervlak van de halfgeleider verandert. Bij veldapparaten met een MIS-structuur wordt het externe veld veroorzaakt door de aangelegde spanning op de metalen poortelektrode. Afhankelijk van het teken en de grootte van de aangelegde spanning kunnen er twee toestanden van het ruimteladingsgebied (SCR) in het kanaal zijn: verrijking en uitputting.

De uitputtingsmodus komt overeen met een negatieve spanning Uzi, waarbij de elektronenconcentratie in het kanaal afneemt, wat leidt tot een afname van de afvoerstroom. De verrijkingsmodus komt overeen met een positieve spanning Uzi en een toename van de afvoerstroom.

De stroom-spanningskarakteristiek wordt weergegeven in de figuur:

De topologie van een MOS-transistor met een geïnduceerd (geïnduceerd) p-type kanaal wordt weergegeven in de figuur:

Wanneer Uzi = 0 is er geen kanaal en Ic = 0. De transistor kan alleen werken in de Uzi-verrijkingsmodus< 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 .

De stroom-spanningskarakteristiek wordt weergegeven in de figuur:

Bij MOS-transistoren is de poort gescheiden van de halfgeleider door een laag SiO2-oxide. Daarom is de ingangsweerstand van dergelijke transistors ongeveer 1013 ... 1015 Ohm.

De belangrijkste parameters van veldeffecttransistors zijn onder meer:

De helling van de karakteristiek bij Usp = const, Upi = const. Typische waarden parameter (0,1...500) mA/V;
De helling van de karakteristiek langs het substraat bij Usp = const, Uzi = const. Typische parameterwaarden (0,1...1) mA/V;
Initiële afvoerstroom Is.init. – afvoerstroom bij nul waarde spanning Uzi. Typische parameterwaarden: (0,2...600) mA – voor transistors met regeling p-n-kanaal
overgang; (0,1...100) mA – voor transistors met ingebouwd kanaal; (0,01...0,5) µA – voor transistors met een geïnduceerd kanaal;
Uitschakelspanning Uzi.ots. . Typische waarden (0,2...10) V; drempelspanning omhoog. Typische waarden (1...6) V;
Afvoer-bronweerstand in open toestand. Typische waarden (2..300) Ohm
Differentiële weerstand (intern): bij Uzi = const;

Statistische winst: μ = S ri

Thyristoren Een thyristor is een halfgeleiderapparaat met drie of meer pn-overgangen tussen elektronen en gaten. Ze worden voornamelijk gebruikt als elektronische sleutels. Afhankelijk van het aantal externe terminals zijn ze verdeeld in thyristors met twee externe terminals

– dinistoren en thyristors met drie aansluitingen – thyristors. Het lettersymbool VS wordt gebruikt om thyristors aan te duiden.

De structuur, UGO en stroom-spanningskarakteristieken van de dinistor worden getoond in de figuur:

Het buitenste p-gebied wordt de anode (A) genoemd, het buitenste n-gebied wordt de kathode (K) genoemd. Drie p-n-overgangen worden aangegeven met de nummers 1, 2, 3. De structuur van de dinistor is 4-laags - p-n-p-n.

De voedingsspanning E wordt op een zodanige manier aan de dinistor geleverd dat 1 van de 3 knooppunten open is en hun weerstand onbeduidend is, en overgang 2 gesloten is en alle voedingsspanning Upr erop wordt toegepast. Er stroomt een kleine tegenstroom door de dinistor, de belasting R is losgekoppeld van de stroombron E.

Wanneer een kritische spanning wordt bereikt die gelijk is aan de inschakelspanning Uon, gaat transitie 2 open, terwijl alle drie de transities 1, 2, 3 zich in de open (aan) toestand bevinden. De weerstand van de dinistor daalt tot tienden van een ohm.

De inschakelspanning bedraagt enkele honderden volts. De dinistor gaat open en er stromen aanzienlijke stromen doorheen. De spanningsval over de dinistor in open toestand is 1-2 volt en hangt weinig af van de grootte van de vloeistroom, waarvan de waarde τa ≈ E / R is, en UR ≈ E, d.w.z. de belasting is aangesloten op de stroombron E. De spanning over de dinistor die overeenkomt met het maximaal toegestane punt Iopen.max wordt de open-toestandsspanning Uokr genoemd. Beperken toegestane stroom varieert van honderden mA tot honderden A. De dinistor bevindt zich in de open toestand totdat de stroom die er doorheen vloeit kleiner wordt dan de houdstroom Isp. De dinistor sluit wanneer de externe spanning daalt tot een waarde in de orde van 1V of wanneer de polariteit verandert externe bron. Daarom wordt een dergelijk apparaat gebruikt in transiënte stroomcircuits. Punten B en D komen overeen met de grenswaarden van dinistorstromen en -spanningen. De hersteltijd van de weerstand van overgang 2 na het wegnemen van de voedingsspanning bedraagt ongeveer 10-30 μs.

Door hun principe zijn dinistoren belangrijke actiemiddelen. In de aan-status (BV-sectie) is het vergelijkbaar met een gesloten sleutel, en in de uit-status (EG-sectie) is het als een open sleutel.

Het ontwerp en werkingsprincipe van een thyristor (thyristor)

De thyristor is een bestuurd apparaat. Het bevat een stuurelektrode (CE) verbonden met een p-type halfgeleider of een n-type halfgeleider van de middelste junctie 2.

De structuur, UGO en stroom-spanningskarakteristieken van een trinistor (meestal een thyristor genoemd) worden weergegeven in de figuur:

De spanning Uoff, waarbij een lawine-achtige stroomtoename begint, kan worden verminderd door minderheidsladingsdragers te introduceren in een van de lagen grenzend aan knooppunt 2. De mate waarin Uon afneemt, wordt weergegeven op de stroom-spanningskarakteristiek. Een belangrijke parameter is de ontgrendelingsstuurstroom Iу.оt, die ervoor zorgt dat de thyristor naar de open toestand schakelt bij spanningen lager dan de spanning Uon. De figuur toont drie waarden van schakelspanning UI aan< Un вкл < Um вкл соответствует трем значениям управляющего тока UI у.от >Un u.ot > Um u.ot .

Laten we eens overwegen het eenvoudigste schema met een thyristor geladen op een weerstandsbelasting Rн

Ia – anodestroom ( kracht stroom in het anode-kathodecircuit van een thyristor);
Uak – spanning tussen anode en kathode;
Iу – stuurelektrodestroom (in echte circuits gebruik stroompulsen);
Uuk is de spanning tussen de stuurelektrode en de kathode;
Upit – voedingsspanning.

Om de thyristor naar de open toestand over te brengen, wordt de niet-stuurelektrode door het pulsopwekkingscircuit gevoed met een kortetermijn (in de orde van enkele microseconden) stuurpuls.

Kenmerkend voor de betreffende niet-vergrendelbare thyristor, die in de praktijk zeer veel wordt toegepast, is dat deze niet met behulp van de stuurstroom kan worden uitgeschakeld.

Om de thyristor in de praktijk uit te schakelen, wordt er sperspanning Uac op toegepast< 0 и поддерживают это напряжение в течении времени, большего так называемого времени выключения tвыкл . Оно обычно составляет единицы или десятки микросекунд.

Het ontwerp en werkingsprincipe van een triac

Zogenaamde symmetrische thyristors (triacs, triacs) worden veel gebruikt. Elke triac is vergelijkbaar met het beschouwde paar thyristors, back-to-back parallel geschakeld. Symmetrische thyristors zijn een bestuurd apparaat met een symmetrische stroom-spanningskarakteristiek. Om een symmetrische karakteristiek te verkrijgen worden dubbelzijdige p-n-p-n-p halfgeleiderstructuren gebruikt.

De structuur van de triac, de UGO- en stroom-spanningskarakteristieken worden weergegeven in de figuur:

Een triac (triac) bevat twee thyristors p1-n1-p2-n2 en p2-n2-p1-n4 die rug aan rug zijn aangesloten. De triac bevat 5 overgangen P1-P2-P3-P4-P5. Bij afwezigheid van een controle-elektron wordt de UE-triac een diac genoemd.

Bij positieve polariteit op elektrode E1 treedt een thyristoreffect op in p1-n1-p2-n2, en bij tegengestelde polariteit in p2-n1-p1-n4.

Wanneer er een stuurspanning op de UE wordt gezet, verandert afhankelijk van de polariteit en waarde de schakelspanning Uon

Thyristors (dinistors, thyristors, triacs) zijn de belangrijkste elementen in vermogenselektronica-apparaten. Er zijn thyristors waarvoor de schakelspanning groter is dan 1 kV en de maximaal toegestane stroom groter is dan 1 kA

Elektronische sleutels

Om de coëfficiënt te verhogen nuttige actie apparaten vermogenselektronica De pulsmodus van diodes, transistors en thyristors wordt veel gebruikt. De pulsmodus wordt gekenmerkt door plotselinge veranderingen in stromen en spanningen. IN pulsmodus diodes, transistors en thyristors worden gebruikt als schakelaars.

Met behulp van elektronische sleutels worden elektronische circuits geschakeld: een circuit aansluiten/loskoppelen van/naar bron(nen) van elektrische energie of signaal, circuitelementen aansluiten of loskoppelen, de parameters van circuitelementen wijzigen, het type van de beïnvloedende signaalbron wijzigen.

Ideale UGO-sleutels worden weergegeven in de afbeelding:

Sleutels die respectievelijk openen en sluiten.

De sleutelmodus wordt gekenmerkt door twee toestanden: “aan”/“uit”.

Ideale sleutels worden gekenmerkt door een onmiddellijke verandering in weerstand, die de waarde 0 of ∞ kan aannemen. De spanningsval over een ideale gesloten schakelaar is 0. Als de schakelaar open is, is de stroom 0.

Echte sleutels kenmerken zich ook door twee extreme weerstandswaarden Rmax en Rmin. Overgang van de ene weerstandswaarde naar de andere in echte sleutels gebeurt in een eindige tijd. De spanningsval over een echte gesloten schakelaar is niet nul.

De schakelaars zijn onderverdeeld in toetsen die worden gebruikt in circuits met laag vermogen en toetsen die worden gebruikt in circuits met hoog vermogen. Elk van deze klassen heeft zijn eigen kenmerken.

De toetsen die worden gebruikt in circuits met laag vermogen worden gekenmerkt door:

Belangrijkste weerstanden in open en gesloten staten;
Prestatie – de tijd die een sleutel nodig heeft om van de ene toestand naar de andere over te gaan;
Spanningsval bij een gesloten schakelaar en lekstroom bij een open schakelaar;
Ruisimmuniteit – het vermogen van een sleutel om in een van de toestanden te blijven wanneer hij wordt blootgesteld aan interferentie;
De gevoeligheid van de sleutel is de grootte van het stuursignaal dat de sleutel van de ene toestand naar de andere overbrengt;
Drempelspanning - de waarde van de stuurspanning, in de buurt waarvan er een scherpe verandering is in de weerstand van de elektronische sleutel.

Diode elektronische sleutels

Het eenvoudigste type elektronische sleutels zijn diodeschakelaars. Het diodeschakelaarcircuit, de statische overdrachtskarakteristiek, de stroom-spanningskarakteristiek en de afhankelijkheid van de differentiële weerstand van de diodespanning worden weergegeven in de figuur:

Het werkingsprincipe van een elektronische diodeschakelaar is gebaseerd op het veranderen van de waarde van de differentiële weerstand van een halfgeleiderdiode in de buurt van de drempelspanningswaarde op de diode Uthr. Figuur "c" toont de stroom-spanningskarakteristiek van een halfgeleiderdiode, die de waarde van Uthr toont. Deze waarde bevindt zich op het snijpunt van de spanningsas met de raaklijn aan het stijgende deel van de stroom-spanningskarakteristiek.

Figuur "d" toont de afhankelijkheid van de differentiële weerstand van de spanning over de diode. Uit de figuur volgt dat in de omgeving drempelspanning 0,3 V is er een scherpe verandering in de differentiële weerstand van de diode met extreme waarden van 900 en 35 Ohm (Rmin = 35 Ohm, Rmax = 900 Ohm).

In de “aan”-status is de diode open en Uout ≈ Uin.

In de “uit”-status is de diode gesloten en Uout ≈ Uin · Rн / Rmax<

Om de schakeltijd te verkorten, worden diodes met een lage overgangscapaciteit in de orde van 0,5-2 pF gebruikt, terwijl ze een uitschakeltijd in de orde van 0,5-0,05 μs bieden.

Diodeschakelaars maken geen elektrische scheiding mogelijk tussen de besturings- en geregelde circuits, wat vaak vereist is in praktische circuits.

Transistorschakelaars

De meeste circuits die worden gebruikt in computers, afstandsbedieningen, automatische besturingssystemen, enz. zijn gebaseerd op transistorschakelaars.

De schakelcircuits op de bipolaire transistor en de stroom-spanningskarakteristieken worden weergegeven in de figuur:

De eerste toestand “uit” (transistor gesloten) wordt bepaald door punt A1 op de uitgangskarakteristieken van de transistor; dit wordt de cutoff-modus genoemd. In de uitschakelmodus is de basisstroom Ib = 0, de collectorstroom Ik1 is gelijk aan de initiële collectorstroom en de collectorspanning Uk = Uk1 ≈ Ek. De uitschakelmodus wordt geïmplementeerd bij Uin = 0 of bij negatieve basispotentialen. In deze toestand bereikt de schakelweerstand zijn maximale waarde: Rmax = , waarbij RT de weerstand is van de transistor in gesloten toestand, groter dan 1 MOhm.

De tweede toestand "aan" (de transistor is open) wordt bepaald door punt A2 op de stroom-spanningskarakteristiek en wordt de verzadigingsmodus genoemd. Van de afsnijmodus (A1) naar de verzadigingsmodus (A2) wordt de transistor geschakeld door een positieve ingangsspanning Uin. In dit geval neemt de spanning Uout aan minimale waarde Uk2 = Uk.e.us in de orde van 0,2-1,0 V, collectorstroom Ik2 = Ik.us ≈ Ek / Rk. De basisstroom in de verzadigingsmodus wordt bepaald uit de voorwaarde: Ib > Ib.us = Ik.us / h21.

De ingangsspanning die nodig is om de transistor naar de open toestand te schakelen, wordt bepaald op basis van de voorwaarde: U in > Ib.us · Rb + Uk.e.us

Goede ruisimmuniteit en lage vermogensdissipatie in de transistor worden verklaard door het feit dat de transistor meestal verzadigd (A2) of gesloten (A1) is, en dat de overgangstijd van de ene toestand naar de andere slechts een klein deel van de duur bedraagt. van deze staten. De schakeltijd van schakelaars op bipolaire transistors wordt bepaald door de barrièrecapaciteiten van de pn-overgangen en de processen van accumulatie en resorptie van minderheidsladingsdragers in de basis.

Om de snelheid en ingangsweerstand te verhogen, worden veldeffecttransistorschakelaars gebruikt.

Schakelcircuits op veldeffecttransistors met een pn-besturingsovergang en met een geïnduceerd kanaal met een gemeenschappelijke bron en gemeenschappelijke afvoer worden weergegeven in de figuur:

Voor elke schakelaar op een veldeffecttransistor Rн > 10-100 kOhm.

Het stuursignaal Uin aan de poort is ongeveer 10-15 V. De weerstand van de veldeffecttransistor in gesloten toestand is hoog, ongeveer 108 -109 Ohm.

De weerstand van de veldeffecttransistor in open toestand kan 7-30 Ohm zijn. De weerstand van de veldeffecttransistor langs het stuurcircuit kan 108 - 109 Ohm bedragen. (schema's "a" en "b") en 1012 -1014 Ohm (schema's "c" en "d").

Vermogen (vermogen) halfgeleiderapparaten

Vermogenshalfgeleiderapparaten worden gebruikt in de energie-elektronica, het zich snelst ontwikkelende en veelbelovendste technologiegebied. Ze zijn ontworpen om stromen van tientallen en honderden ampères, spanningen van tientallen en honderden volts te regelen.

Vermogenshalfgeleiderapparaten omvatten thyristors (dinistors, thyristors, triacs), transistors (bipolair en veldeffect) en statisch geïnduceerde bipolaire transistors (IGBT). Ze worden gebruikt als elektronische sleutels die elektronische circuits schakelen. Ze proberen hun kenmerken dichter bij de kenmerken van ideale sleutels te brengen.

Volgens het werkingsprincipe, kenmerken en parameters krachtige transistoren zijn vergelijkbaar met die met een laag vermogen, maar er zijn bepaalde kenmerken.

Vermogensveldeffecttransistors

Momenteel is de veldeffecttransistor een van de meest veelbelovende vermogensapparaten. De meest gebruikte transistors zijn geïsoleerde poort- en geïnduceerde kanalen. Om de weerstand van het kanaal te verminderen, wordt de lengte ervan verkleind. Om de afvoerstroom te vergroten, worden honderden en duizenden kanalen in de transistor gemaakt en worden de kanalen parallel geschakeld. De kans op zelfverhitting van de veldeffecttransistor is klein, omdat De kanaalweerstand neemt toe met toenemende temperatuur.

Vermogensveldeffecttransistoren hebben een verticale structuur. Kanalen kunnen zowel verticaal als horizontaal worden geplaatst.

DMOS-transistor

Deze MOS-transistor, vervaardigd volgens de dubbele diffusiemethode, heeft een horizontaal kanaal. De figuur toont een structuurelement met daarin een kanaal.

VMOS-transistor

Deze V-vormige MOS-transistor heeft verticaal kanaal. De figuur toont één structuurelement met twee kanalen.

Het is gemakkelijk in te zien dat de structuren van een VMOS-transistor en een DMIS-transistor vergelijkbaar zijn.

IGBT-transistor

IGBT is een hybride halfgeleiderapparaat. Het combineert twee controlemethoden elektrische schok, waarvan er één typisch is voor veldeffecttransistors (control elektrisch veld), en de tweede - voor bipolair (controle van de injectie van elektrische dragers).

Typisch gebruiken IGBT's een MOS-transistorstructuur met geïnduceerd kanaal van het n-type. De structuur van deze transistor verschilt van de structuur van een DMIS-transistor door een extra laag p-type halfgeleider.

Houd er rekening mee dat de termen “emitter”, “collector” en “gate” vaak worden gebruikt om naar IGBT-elektroden te verwijzen.

Het toevoegen van een p-type laag resulteert in de vorming van een tweede bipolaire transistorstructuur (pnp-type). IGBT heeft dus twee bipolaire structuren: het n-p-n-type en het p-n-p-type.

Het UGO- en het IGBT-uitschakelcircuit worden weergegeven in de figuur:

Een typisch type uitgangskarakteristieken wordt weergegeven in de figuur:

SIT-transistor

SIT is een veldeffecttransistor met een p-n-besturingsovergang met statische inductie. Het is meerkanaals en heeft een verticale structuur. De schematische weergave van de SIT en het gemeenschappelijke broncircuit worden weergegeven in de figuur:

De gebieden van een p-type halfgeleider hebben de vorm van cilinders, waarvan de diameter enkele micrometers of meer bedraagt. Dit cilindersysteem fungeert als sluiter. Elke cilinder is verbonden met een poortelektrode (in figuur “a” is de poortelektrode niet weergegeven).

De stippellijn geeft de gebieden van p-n-overgangen aan. Het werkelijke aantal kanalen kan duizenden zijn. Meestal wordt SIT gebruikt in gemeenschappelijke broncircuits.

Elk van de beschouwde apparaten heeft zijn eigen toepassingsgebied. Thyristorschakelaars worden gebruikt in apparaten die op lage frequenties werken (kilohertz en lager). Het grootste nadeel van dergelijke sleutels is hun lage prestatie.

Het belangrijkste toepassingsgebied van thyristors zijn laagfrequente apparaten met een hoog schakelvermogen tot enkele megawatt, die geen serieuze prestatie-eisen stellen.

Krachtige bipolaire transistoren worden gebruikt als hoogspanningsschakelaars in apparaten met een schakel- of conversiefrequentie in het bereik van 10-100 kHz, met een uitgangsvermogen van enkele W tot enkele kW. Het optimale bereik van schakelspanningen is 200-2000 V.

Veldeffecttransistors (MOSFET's) worden gebruikt als elektronische schakelaars voor het schakelen van laagspannings- en hoogfrequente apparaten. Optimale waarden geschakelde spanningen zijn niet hoger dan 200 V ( maximale waarde tot 1000 V), terwijl de schakelfrequentie kan variëren van enkele kHz tot 105 kHz. Het bereik van geschakelde stromen is 1,5-100 A. De positieve eigenschappen van dit apparaat zijn regelbaarheid door middel van spanning in plaats van stroom, en minder afhankelijkheid van temperatuur vergeleken met andere apparaten.

Bipolaire transistors met geïsoleerde poort (IGBT's) worden gebruikt bij frequenties onder 20 kHz (sommige typen apparaten worden gebruikt bij frequenties boven 100 kHz) met schakelvermogens van meer dan 1 kW. Schakelspanningen zijn niet lager dan 300-400 V. Optimale waarden van schakelspanningen liggen boven 2000 V. IGBT en MOSFET vereisen volledige insluiting de spanning is niet hoger dan 12-15 V, om de apparaten te sluiten is het niet nodig om een negatieve spanning aan te leggen. Ze worden gekenmerkt door hoge schakelsnelheden.

Materiaal ter voorbereiding op certificering

De nodige uitleg is gegeven, laten we ter zake komen.

Transistoren. Definitie en geschiedenis

Transistor- een elektronisch halfgeleiderapparaat waarin de stroom in een circuit van twee elektroden wordt geregeld door een derde elektrode. (transistors.ru)

Veldeffecttransistors waren de eersten die werden uitgevonden (1928), en bipolaire transistors verschenen in 1947 bij Bell Labs. En het was, zonder overdrijving, een revolutie in de elektronica.

De transistors werden zeer snel vervangen vacuüm buizen in verschillende elektronische apparaten. In dit opzicht is de betrouwbaarheid van dergelijke apparaten toegenomen en is hun omvang aanzienlijk afgenomen. En tot op de dag van vandaag, hoe "geavanceerd" de microschakeling ook is, bevat deze nog steeds veel transistors (evenals diodes, condensatoren, weerstanden, enz.). Alleen hele kleine.

Overigens waren ‘transistoren’ aanvankelijk weerstanden waarvan de weerstand kon worden gewijzigd met behulp van de hoeveelheid aangelegde spanning. Als we de fysica van processen negeren, kan een moderne transistor ook worden weergegeven als een weerstand die afhangt van het signaal dat eraan wordt geleverd.

Wat is het verschil tussen veldeffect- en bipolaire transistoren? Het antwoord ligt in hun namen. Bij een bipolaire transistor is sprake van ladingsoverdracht En elektronen, En gaten ("toegift" - tweemaal). En in het veld (ook wel unipolair genoemd) - of elektronen, of gaten.

Ook verschillen dit soort transistoren in toepassingsgebieden. Bipolaire exemplaren worden voornamelijk gebruikt in analoge technologie, en veld-technologieën - in digitale technologie.

En tot slot: het belangrijkste toepassingsgebied van alle transistors- versterking van een zwak signaal als gevolg van extra bron voeding.

Bipolaire transistor. Werkingsprincipe. Belangrijkste kenmerken

Een bipolaire transistor bestaat uit drie gebieden: emitter, basis en collector, die elk van spanning worden voorzien. Afhankelijk van het type geleidbaarheid van deze gebieden worden n-p-n- en p-n-p-transistors onderscheiden. Meestal is het collectoroppervlak breder dan het emitteroppervlak. De basis is gemaakt van een licht gedoteerde halfgeleider (daarom heeft deze een hoge weerstand) en is zeer dun gemaakt. Omdat het contactoppervlak tussen emitter en basis aanzienlijk kleiner is dan het contactoppervlak tussen basis en collector, is het onmogelijk om de emitter en de collector te verwisselen door de aansluitpolariteit te veranderen. De transistor is dus een asymmetrisch apparaat.

Voordat we ingaan op de fysica van hoe een transistor werkt, schetsen we eerst het algemene probleem.

Het gaat als volgt: er vloeit een sterke stroom tussen de emitter en de collector ( collectorstroom), en tussen de emitter en de basis is er een zwakke stuurstroom ( basisstroom). De collectorstroom zal veranderen afhankelijk van de verandering in de basisstroom. Waarom?
Laten we eens kijken naar de pn-overgangen van de transistor. Er zijn er twee: emitter-basis (EB) en basis-collector (BC). In de actieve werkingsmodus van de transistor is de eerste verbonden met voorwaartse voorspanning en de tweede met tegengestelde voorspanning. Wat gebeurt er op de p-n-overgangen? Voor meer zekerheid zullen we een n-p-n-transistor beschouwen. Voor p-n-p is alles hetzelfde, alleen het woord ‘elektronen’ hoeft te worden vervangen door ‘gaten’.

Omdat de EB-overgang open is, ‘lopen’ elektronen gemakkelijk naar de basis. Daar recombineren ze gedeeltelijk met gaten, maar O De meeste van hen slagen er, vanwege de kleine dikte van de basis en de lage dotering, in om de basis-collectorovergang te bereiken. Wat, zoals we ons herinneren, omgekeerd bevooroordeeld is. En aangezien elektronen in de basis minderheidsladingsdragers zijn, helpt het elektrische veld van de overgang hen deze te overwinnen. De collectorstroom is dus slechts iets minder dan de emitterstroom. Let nu op je handen. Als je de basisstroom verhoogt, gaat de EB-overgang verder open en kunnen er meer elektronen tussen de emitter en de collector glippen. En aangezien de collectorstroom aanvankelijk groter is dan de basisstroom, zal deze verandering zeer, zeer merkbaar zijn. Dus, het zwakke signaal dat op de basis wordt ontvangen, wordt versterkt. Opnieuw: sterke verandering De collectorstroom is een proportionele weerspiegeling van de kleine verandering in de basisstroom.

Ik herinner me dat het werkingsprincipe van een bipolaire transistor aan mijn klasgenoot werd uitgelegd aan de hand van het voorbeeld van een waterkraan. Het water daarin is de collectorstroom, en de basisregelstroom is hoeveel we aan de knop draaien. Een kleine kracht (controleactie) is voldoende om de waterstroom uit de kraan te vergroten.

Naast de beschouwde processen kunnen zich nog een aantal andere verschijnselen voordoen op de p-n-overgangen van de transistor. Bij een sterke toename van de spanning op de basis-collectorovergang kan bijvoorbeeld de vermenigvuldiging van de lawinelading beginnen als gevolg van impactionisatie. En in combinatie met het tunneleffect zal dit eerst een elektrische storing veroorzaken en vervolgens (bij toenemende stroom) een thermische storing. Thermische doorslag in een transistor kan echter optreden zonder elektrische doorslag (dat wil zeggen zonder de collectorspanning te verhogen tot doorslagspanning). Eén zal hiervoor voldoende zijn overmatige stroom via de verzamelaar.

Een ander fenomeen is te wijten aan het feit dat wanneer de spanningen op de collector- en emitterovergangen veranderen, hun dikte verandert. En als de basis te dun is, kan er een sluitend effect optreden (de zogenaamde "lek" van de basis) - een verbinding tussen de collectorovergang en de emitterovergang. In dit geval verdwijnt het basisgebied en werkt de transistor niet meer normaal.

De collectorstroom van de transistor in de normale actieve bedrijfsmodus van de transistor is een bepaald aantal keren groter dan de basisstroom. Dit nummer wordt gebeld huidige winst en is een van de belangrijkste parameters van de transistor. Het is aangewezen u21. Als de transistor wordt ingeschakeld zonder belasting op de collector, zal bij een constante collector-emitterspanning de verhouding tussen de collectorstroom en de basisstroom geven statische stroomversterking. Het kan gelijk zijn aan tientallen of honderden eenheden, maar het is de moeite waard om te overwegen dat deze coëfficiënt in echte circuits kleiner is vanwege het feit dat wanneer de belasting wordt ingeschakeld, de collectorstroom op natuurlijke wijze afneemt.

De tweede belangrijke parameter is ingangsweerstand van de transistor. Volgens de wet van Ohm is dit de verhouding tussen de spanning tussen de basis en de emitter en de stuurstroom van de basis. Hoe groter het is, hoe lager de basisstroom en hoe hoger de versterking.

De derde parameter van een bipolaire transistor is spanningsversterking. Het is gelijk aan de verhouding van de amplitude of effectieve waarden uitgangs- (emitter-collector) en ingangs- (basis-emitter) wisselspanningen. Omdat de eerste waarde meestal erg groot is (eenheden en tientallen volt), en de tweede erg klein (tienden van volt), kan deze coëfficiënt tienduizenden eenheden bereiken. Het is vermeldenswaard dat elk basisstuursignaal zijn eigen spanningsversterking heeft.

Transistoren hebben dat ook frequentierespons , wat het vermogen van de transistor karakteriseert om een signaal te versterken waarvan de frequentie de grensversterkingsfrequentie benadert. Het is een feit dat naarmate de frequentie van het ingangssignaal toeneemt, de versterking afneemt. Dit komt door het feit dat het tijdstip waarop de belangrijkste fysieke processen plaatsvinden (de tijd van beweging van dragers van de emitter naar de collector, het opladen en ontladen van capacitieve barrière-overgangen) evenredig wordt met de periode van verandering van het ingangssignaal. . Die. de transistor heeft eenvoudigweg geen tijd om te reageren op veranderingen in het ingangssignaal en stopt op een gegeven moment gewoon met het versterken ervan. De frequentie waarmee dit gebeurt, wordt genoemd grens.

Ook zijn de parameters van de bipolaire transistor:

tegenstroomcollector-emitter
op tijd
omgekeerde collectorstroom
maximaal toelaatbare stroom

Voorwaardelijk n-p-n-notatie en pnp-transistoren verschillen alleen in de richting van de pijl die de emitter aangeeft. Het laat zien hoe de stroom vloeit in een bepaalde transistor.

Bedrijfsmodi van een bipolaire transistor

De hierboven besproken optie is normaal actieve modus transistor werking. Er zijn echter nog meer combinaties van open/gesloten pn-overgangen, die elk een afzonderlijke werkingsmodus van de transistor vertegenwoordigen.

Omgekeerde actieve modus. Hier is de BC-overgang open, maar integendeel, de EB is gesloten. De versterkingseigenschappen in deze modus zijn uiteraard slechter dan ooit, dus transistors worden in deze modus zeer zelden gebruikt.
Verzadiging modus. Beide kruispunten zijn open. Dienovereenkomstig "rennen" de belangrijkste ladingsdragers van de collector en de emitter naar de basis, waar ze actief recombineren met de belangrijkste dragers. Door de resulterende overmaat aan ladingsdragers neemt de weerstand van de basis- en pn-overgangen af. Daarom kan een circuit met een transistor in verzadigingsmodus als kortgesloten worden beschouwd, en dit radio-element zelf kan worden weergegeven als een equipotentiaalpunt.
Afgesneden modus. Beide overgangen van de transistor zijn gesloten, d.w.z. de stroom van de hoofdladingsdragers tussen de emitter en de collector stopt. Stromen van minderheidsladingsdragers creëren slechts kleine en oncontroleerbare thermische overgangsstromen. Door de armoede van de basis en transities met ladingsdragers neemt hun weerstand enorm toe. Daarom wordt vaak aangenomen dat een transistor die in de afsnijmodus werkt, een open circuit vertegenwoordigt.
Barrièremodus In deze modus is de basis rechtstreeks of via een lage weerstand verbonden met de collector. In het collector- of emittercircuit is ook een weerstand opgenomen, die de stroom door de transistor instelt. Hierdoor ontstaat het equivalent van een diodeschakeling met een weerstand in serie. Deze modus is erg handig, omdat het circuit hierdoor op vrijwel elke frequentie en over een breed temperatuurbereik kan werken en weinig veeleisend is voor de parameters van de transistors.

Schakelcircuits voor bipolaire transistors

Omdat de transistor drie contacten heeft, moet er over het algemeen stroom aan worden geleverd vanuit twee bronnen, die samen vier uitgangen produceren. Daarom moet een van de transistorcontacten vanuit beide bronnen worden voorzien van een spanning met hetzelfde teken. En afhankelijk van wat voor soort contact het is, zijn er drie circuits voor het aansluiten van bipolaire transistors: met een gemeenschappelijke emitter (CE), een gemeenschappelijke collector (OC) en een gemeenschappelijke basis (CB). Elk van hen heeft zowel voor- als nadelen. De keuze hiertussen wordt gemaakt afhankelijk van welke parameters voor ons belangrijk zijn en welke kunnen worden opgeofferd.

Aansluitcircuit met gemeenschappelijke emitter

Dit circuit levert de grootste winst in spanning en stroom (en dus in vermogen - tot tienduizenden eenheden), en is daarom het meest gebruikelijk. Hier wordt de emitter-basisovergang direct ingeschakeld en de basis-collectorovergang omgekeerd. En aangezien zowel de basis als de collector worden voorzien van een spanning van hetzelfde teken, kan het circuit vanuit één bron worden gevoed. In dit circuit verandert de fase van de AC-uitgangsspanning ten opzichte van de fase van de AC-ingangsspanning met 180 graden.

Maar naast al het lekkers heeft de OE-regeling ook aanzienlijk nadeel. Het ligt in het feit dat een toename in frequentie en temperatuur leidt tot een aanzienlijke verslechtering van de versterkingseigenschappen van de transistor. Als de transistor dus op hoge frequenties moet werken, is het beter om een ander schakelcircuit te gebruiken. Bijvoorbeeld met een gemeenschappelijke basis.

Aansluitschema met een gemeenschappelijke basis

Deze schakeling biedt geen significante signaalversterking, maar is goed bij hoge frequenties, omdat hierdoor vollediger gebruik kan worden gemaakt van de frequentierespons van de transistor. Als dezelfde transistor eerst wordt aangesloten volgens een circuit met een gemeenschappelijke emitter en vervolgens met een gemeenschappelijke basis, dan zal er in het tweede geval een aanzienlijke toename zijn van de afsnijfrequentie van de versterking. Omdat bij een dergelijke aansluiting de ingangsweerstand laag is en de uitgangsweerstand niet erg hoog, worden transistorcascades gebruikt die zijn samengesteld volgens het circuit met OB in antenne versterkers, Waar karakteristieke impedantie kabels zijn meestal niet groter dan 100 ohm.

In een common-base-circuit wordt de signaalfase niet omgekeerd en wordt het ruisniveau bij hoge frequenties verminderd. Maar zoals reeds vermeld is de huidige winst altijd iets minder dan één. Het is waar dat de spanningsversterking hier hetzelfde is als in een circuit met een gemeenschappelijke emitter. De nadelen van een gemeenschappelijk basiscircuit omvatten ook de noodzaak om twee voedingen te gebruiken.

Aansluitschema met een gemeenschappelijke collector

De bijzonderheid van dit circuit is dat de ingangsspanning volledig wordt teruggestuurd naar de ingang, d.w.z. dat de negatieve feedback erg sterk is.

Laat me je eraan herinneren dat negatieve feedback een feedback is waarbij het uitgangssignaal wordt teruggekoppeld naar de ingang, waardoor het niveau van het ingangssignaal wordt verlaagd. Er vindt dus automatische aanpassing plaats wanneer de parameters van het ingangssignaal per ongeluk veranderen

De stroomversterking is bijna hetzelfde als in het gemeenschappelijke emittercircuit. Maar de spanningsversterking is klein (het belangrijkste nadeel van dit circuit). Het benadert eenheid, maar is altijd minder dan dat. De vermogenswinst is dus gelijk aan slechts enkele tientallen eenheden.

In een gemeenschappelijk collectorcircuit is er geen faseverschuiving tussen de ingangs- en uitgangsspanning. Omdat de spanningsversterking dicht bij de eenheid ligt, uitgangsspanning de fase en amplitude vallen samen met de ingang, dat wil zeggen, herhalen deze. Daarom wordt zo'n circuit een emittervolger genoemd. Emitter - omdat de uitgangsspanning van de emitter wordt verwijderd ten opzichte van de gemeenschappelijke draad.

Deze opname wordt gebruikt om te coördineren transistortrappen of wanneer de ingangsbron een hoge ingangsimpedantie heeft (zoals een piëzo-elektrische pickup of condensatormicrofoon).

Twee woorden over cascades

Er zijn momenten waarop je moet verhogen uitgangsvermogen(d.w.z. verhoog de collectorstroom). In dit geval wordt een parallelle aansluiting van het vereiste aantal transistors gebruikt.

Uiteraard moeten ze qua kenmerken ongeveer hetzelfde zijn. Maar er moet aan worden herinnerd dat de maximale totale collectorstroom niet groter mag zijn dan 1,6-1,7 van de maximale collectorstroom van een van de cascadetransistoren.
Het wordt echter niet aanbevolen om dit te doen (bedankt voor de opmerking) in het geval van bipolaire transistors. Omdat twee transistors, zelfs van hetzelfde type, op zijn minst enigszins van elkaar verschillen. Dienovereenkomstig, wanneer parallelle verbinding er zullen stromen van verschillende groottes doorheen stromen. Om deze stromen gelijk te maken, worden gebalanceerde weerstanden geïnstalleerd in de emittercircuits van de transistors. De waarde van hun weerstand wordt zo berekend dat de spanningsval erover in het bedrijfsstroombereik minimaal 0,7 V bedraagt. Het is duidelijk dat dit leidt tot een aanzienlijke verslechtering van de efficiëntie van het circuit.

Er kan ook behoefte zijn aan een transistor met een goede gevoeligheid en tegelijkertijd een goede versterking. In dergelijke gevallen wordt een cascade van een gevoelige transistor met laag vermogen (VT1 in de figuur) gebruikt, die de voeding van een krachtigere kerel (VT2 in de figuur) regelt.

Andere toepassingen van bipolaire transistors

Transistors kunnen niet alleen worden gebruikt in signaalversterkingscircuits. Omdat ze bijvoorbeeld in verzadigings- en uitschakelmodi kunnen werken, worden ze bijvoorbeeld gebruikt als elektronische sleutels. Het is ook mogelijk om transistors te gebruiken in signaalgeneratorcircuits. Als ze in de sleutelmodus werken, wordt er een blokgolfsignaal gegenereerd, en als ze in de versterkingsmodus staan, dan een signaal vrije vorm, afhankelijk van de controleactie.

Markering

Omdat het artikel al is uitgegroeid tot een onfatsoenlijk groot volume, zal ik op dit punt eenvoudigweg twee goede links geven, die in detail de belangrijkste markeersystemen voor halfgeleiderapparaten (inclusief transistors) beschrijven: http://kazus.ru/guide/transistors /mark_all .html- en .xls-bestand (35 kb).

Nuttige opmerkingen:
http://habrahabr.ru/blogs/easyelectronics/133136/#comment_4419173

Tags:

transistors
bipolaire transistoren
elektronica

Tags toevoegen

De naam van de transistor van het halfgeleiderapparaat bestaat uit twee woorden: overdracht - overdracht+ weerstand bieden - weerstand. Omdat het echt kan worden weergegeven in de vorm van een weerstand, die wordt geregeld door de spanning van één elektrode. Een transistor wordt ook wel een halfgeleidertriode genoemd.

De eerste bipolaire transistor werd in 1947 gemaakt en in 1956 ontvingen drie wetenschappers de Nobelprijs voor de natuurkunde voor de uitvinding ervan.

Een bipolaire transistor is een halfgeleiderapparaat dat bestaat uit drie halfgeleiders met afwisselende soorten onzuiverheidsgeleiding. Er wordt een elektrode aangesloten en naar elke laag gestuurd. Een bipolaire transistor gebruikt tegelijkertijd ladingen waarvan de dragers elektronen zijn ( n - “negatief”) en gaten (p – “positief "), dat wil zeggen dragers van twee typen, vandaar de vorming van het naamvoorvoegsel "bi" - twee.

Transistoren verschillen in het type laagwisseling:

P n p -transistor (directe geleiding);

Npn- transistor (omgekeerde geleiding).

Baseren (B) is een elektrode die is verbonden met de centrale laag van de bipolaire transistor. De elektroden uit de buitenste lagen worden emitter (E) en collector (K) genoemd.

Figuur 1 – Bipolair transistorontwerp

De diagrammen geven aan “ V.T ", in het oude Russischtalige documentatie vindt u de aanduidingen “T”, “PP” en “PT”. Bipolaire transistors worden weergegeven elektrische schema's, afhankelijk van de afwisseling van de geleidbaarheid van halfgeleiders, als volgt:

Figuur 2 – Benaming van bipolaire transistors

In figuur 1 hierboven is het verschil tussen de collector en de emitter niet zichtbaar. Als je naar een vereenvoudigde weergave van de dwarsdoorsnede van een transistor kijkt, kun je zien dat het gebied p-n De collectorovergang is groter dan die van de emitter.

Figuur 3 - Dwarsdoorsnede van transistor

De basis is gemaakt van een halfgeleider met een zwakke geleidbaarheid, dat wil zeggen dat de weerstand van het materiaal hoog is. Vereiste toestand– een dunne basislaag om een transistoreffect mogelijk te maken. Sinds het contactgebied p-n Omdat de collector- en emitterovergangen verschillend zijn, kan de aansluitpolariteit niet worden gewijzigd. Dit kenmerk classificeert de transistor als een asymmetrisch apparaat.

Een bipolaire transistor heeft twee stroom-spanningskarakteristieken (volt-ampère-karakteristieken): ingang en uitgang.

De ingangsstroom-spanningskarakteristiek is de afhankelijkheid van de basisstroom ( ik B ) van basis-emitterspanning ( U BE).

Figuur 4 - Ingangsstroom-spanningskarakteristiek van een bipolaire transistor

De uitgangsstroom-spanningskarakteristiek is de afhankelijkheid van de collectorstroom ( ik K ) van de collector-emitterspanning ( U KE).

Figuur 5 - Uitgangsstroom-spanningskarakteristiek van de transistor

Laten we eens kijken naar het werkingsprincipe van een bipolaire transistor. npn-type, voor pnp op dezelfde manier wordt alleen niet gekeken naar elektronen, maar naar gaten.De transistor heeft twee pn-overgangen. In de actieve bedrijfsmodus is een ervan verbonden met voorwaartse bias en de andere met omgekeerde bias. Wanneer de EB-overgang open is, bewegen elektronen van de emitter gemakkelijk naar de basis (recombinatie vindt plaats). Maar zoals eerder vermeld is de basislaag dun en de geleidbaarheid ervan laag, zodat sommige elektronen tijd hebben om naar de basis-collectorovergang te bewegen. Elektrisch veld helpt de laagovergangsbarrière te overwinnen (versterken), aangezien elektronen hier minderheidsdragers zijn. Naarmate de basisstroom toeneemt, zal de emitter-basisovergang steeds meer openen en kunnen er meer elektronen van de emitter naar de collector stromen. De collectorstroom is evenredig met de basisstroom en bij een kleine verandering in deze laatste (regeling) verandert de collectorstroom aanzienlijk. Zo wordt het signaal versterkt in een bipolaire transistor.

Figuur 6 - Actieve modus van transistorwerking

Als je naar de foto kijkt, kun je het uitleggen werkingsprincipe van een transistor een beetje eenvoudiger. Stel je voor dat KE een waterleiding is en B een kraan waarmee je de waterstroom kunt regelen. Dat wil zeggen, hoe meer stroom u op de basis toepast, hoe meer u aan de uitgang krijgt.

De waarde van de collectorstroom is vrijwel gelijk aan de emitterstroom, exclusief recombinatieverliezen in de basis, die de basisstroom vormt, dus de formule is geldig:

ik E = ik B + ik K.

Basisparameters van de transistor:

De stroomversterking is de verhouding tussen de effectieve waarde van de collectorstroom en de basisstroom.

Ingangsimpedantie– volgens de wet van Ohm zal deze gelijk zijn aan de emitter-basisspanningsverhouding U EB stroom te controleren ik B.

Spanningsversterking – de parameter wordt bepaald door de verhouding van de uitgangsspanning U EC om U BE in te voeren.

De frequentierespons beschrijft het vermogen van een transistor om te werken tot een bepaalde grensfrequentie van het ingangssignaal. Na het overschrijden van de maximale frequentie zullen de fysieke processen in de transistor geen tijd hebben om zich voor te doen en zal het versterkende vermogen tot niets worden gereduceerd.

Schakelcircuits voor bipolaire transistors

Om de transistor aan te sluiten, zijn alleen de drie aansluitingen (elektroden) voor ons beschikbaar. Daarom voor hem normale werking Er zijn twee voedingen nodig. Eén elektrode van de transistor zal tegelijkertijd met twee bronnen worden verbonden. Er zijn dus 3 aansluitschema's voor een bipolaire transistor: OE - met een gemeenschappelijke emitter, OB - een gemeenschappelijke basis, OK - een gemeenschappelijke collector. Elk heeft zowel voor- als nadelen; afhankelijk van de toepassing en vereiste eigenschappen wordt de keuze voor de aansluiting gemaakt.

Het verbindingscircuit met een gemeenschappelijke emitter (CE) wordt gekenmerkt door de grootste versterking van respectievelijk stroom en spanning en vermogen. Bij deze aansluiting wordt de uitgangswisselspanning 180 elektrische graden verschoven ten opzichte van de ingang. Het grootste nadeel is de lage frequentierespons, dat wil zeggen de lage waarde van de afsnijfrequentie, waardoor deze niet kan worden gebruikt met een hoogfrequent ingangssignaal.

(OB) biedt een uitstekende frequentierespons. Maar het levert niet zo'n grote signaalspanningsversterking op als bij OE. En er vindt dus helemaal geen stroomversterking plaats dit diagram vaak een huidige volger genoemd omdat deze de eigenschap heeft van stroomstabilisatie.

De schakeling met een gemeenschappelijke collector (CC) heeft vrijwel dezelfde stroomversterking als bij de OE, maar de spanningsversterking is vrijwel gelijk aan 1 (iets minder). De spanningsverschuiving is niet typisch voor dit aansluitschema. Ik noem het ook een emittervolger, omdat de uitgangsspanning ( U EB ) komen overeen met de ingangsspanning.

Toepassing van transistoren:

Versterkercircuits;

Signaalgeneratoren;

Elektronische sleutels.

De nodige uitleg is gegeven, laten we ter zake komen.

Transistoren. Definitie en geschiedenis

Transistor- een elektronisch halfgeleiderapparaat waarin de stroom in een circuit van twee elektroden wordt geregeld door een derde elektrode. (transistors.ru)

Veldeffecttransistors waren de eersten die werden uitgevonden (1928), en bipolaire transistors verschenen in 1947 bij Bell Labs. En het was, zonder overdrijving, een revolutie in de elektronica.

Zeer snel vervingen transistors de vacuümbuizen in verschillende elektronische apparaten. In dit opzicht is de betrouwbaarheid van dergelijke apparaten toegenomen en is hun omvang aanzienlijk afgenomen. En tot op de dag van vandaag, hoe "geavanceerd" de microschakeling ook is, bevat deze nog steeds veel transistors (evenals diodes, condensatoren, weerstanden, enz.). Alleen hele kleine.

Ook verschillen dit soort transistoren in toepassingsgebieden. Bipolaire exemplaren worden voornamelijk gebruikt in analoge technologie, en veld-technologieën - in digitale technologie.

En tot slot: het belangrijkste toepassingsgebied van alle transistors- versterking van een zwak signaal door een extra stroombron.

Bipolaire transistor. Werkingsprincipe. Belangrijkste kenmerken

Omdat de EB-overgang open is, ‘lopen’ elektronen gemakkelijk naar de basis. Daar recombineren ze gedeeltelijk met gaten, maar O De meeste van hen slagen er, vanwege de kleine dikte van de basis en de lage dotering, in om de basis-collectorovergang te bereiken. Wat, zoals we ons herinneren, omgekeerd bevooroordeeld is. En aangezien elektronen in de basis minderheidsladingsdragers zijn, helpt het elektrische veld van de overgang hen deze te overwinnen. De collectorstroom is dus slechts iets minder dan de emitterstroom. Let nu op je handen. Als je de basisstroom verhoogt, gaat de EB-overgang verder open en kunnen er meer elektronen tussen de emitter en de collector glippen. En aangezien de collectorstroom aanvankelijk groter is dan de basisstroom, zal deze verandering zeer, zeer merkbaar zijn. Dus, het zwakke signaal dat op de basis wordt ontvangen, wordt versterkt. Nogmaals, een grote verandering in de collectorstroom is een proportionele weerspiegeling van een kleine verandering in de basisstroom.

Naast de beschouwde processen kunnen zich nog een aantal andere verschijnselen voordoen op de p-n-overgangen van de transistor. Bij een sterke toename van de spanning op de basis-collectorovergang kan bijvoorbeeld de vermenigvuldiging van de lawinelading beginnen als gevolg van impactionisatie. En in combinatie met het tunneleffect zal dit eerst een elektrische storing veroorzaken en vervolgens (bij toenemende stroom) een thermische storing. Thermische doorslag in een transistor kan echter optreden zonder elektrische doorslag (dat wil zeggen zonder de collectorspanning te verhogen tot doorslagspanning). Hiervoor is één overmatige stroom door de collector voldoende.

De derde parameter van een bipolaire transistor is spanningsversterking. Het is gelijk aan de verhouding van de amplitude of effectieve waarden van de uitgangs- (emitter-collector) en ingangs- (basis-emitter) wisselspanningen. Omdat de eerste waarde meestal erg groot is (eenheden en tientallen volt), en de tweede erg klein (tienden van volt), kan deze coëfficiënt tienduizenden eenheden bereiken. Het is vermeldenswaard dat elk basisstuursignaal zijn eigen spanningsversterking heeft.

Transistoren hebben dat ook frequentierespons, wat het vermogen van de transistor karakteriseert om een signaal te versterken waarvan de frequentie de grensversterkingsfrequentie benadert. Het is een feit dat naarmate de frequentie van het ingangssignaal toeneemt, de versterking afneemt. Dit komt door het feit dat het tijdstip waarop de belangrijkste fysieke processen plaatsvinden (de tijd van beweging van dragers van de emitter naar de collector, het opladen en ontladen van capacitieve barrière-overgangen) evenredig wordt met de periode van verandering van het ingangssignaal. . Die. de transistor heeft eenvoudigweg geen tijd om te reageren op veranderingen in het ingangssignaal en stopt op een gegeven moment gewoon met het versterken ervan. De frequentie waarmee dit gebeurt, wordt genoemd grens.

Ook zijn de parameters van de bipolaire transistor:

tegenstroomcollector-emitter
op tijd
omgekeerde collectorstroom
maximaal toelaatbare stroom

De symbolen voor n-p-n- en p-n-p-transistors verschillen alleen in de richting van de pijl die de emitter aangeeft. Het laat zien hoe de stroom vloeit in een bepaalde transistor.

Bedrijfsmodi van een bipolaire transistor

De hierboven besproken optie vertegenwoordigt de normale actieve werkingsmodus van de transistor. Er zijn echter nog meer combinaties van open/gesloten pn-overgangen, die elk een afzonderlijke werkingsmodus van de transistor vertegenwoordigen.

Omgekeerde actieve modus. Hier is de BC-overgang open, maar integendeel, de EB is gesloten. De versterkingseigenschappen in deze modus zijn uiteraard slechter dan ooit, dus transistors worden in deze modus zeer zelden gebruikt.
Verzadiging modus. Beide kruispunten zijn open. Dienovereenkomstig "rennen" de belangrijkste ladingsdragers van de collector en de emitter naar de basis, waar ze actief recombineren met de belangrijkste dragers. Door de resulterende overmaat aan ladingsdragers neemt de weerstand van de basis- en pn-overgangen af. Daarom kan een circuit met een transistor in verzadigingsmodus als kortgesloten worden beschouwd, en dit radio-element zelf kan worden weergegeven als een equipotentiaalpunt.
Afgesneden modus. Beide overgangen van de transistor zijn gesloten, d.w.z. de stroom van de hoofdladingsdragers tussen de emitter en de collector stopt. Stromen van minderheidsladingsdragers creëren slechts kleine en oncontroleerbare thermische overgangsstromen. Door de armoede van de basis en transities met ladingsdragers neemt hun weerstand enorm toe. Daarom wordt vaak aangenomen dat een transistor die in de afsnijmodus werkt, een open circuit vertegenwoordigt.
Barrièremodus In deze modus is de basis rechtstreeks of via een lage weerstand verbonden met de collector. In het collector- of emittercircuit is ook een weerstand opgenomen, die de stroom door de transistor instelt. Hierdoor ontstaat het equivalent van een diodeschakeling met een weerstand in serie. Deze modus is erg handig, omdat het circuit hierdoor op vrijwel elke frequentie en over een breed temperatuurbereik kan werken en weinig veeleisend is voor de parameters van de transistors.

Schakelcircuits voor bipolaire transistors

Aansluitcircuit met gemeenschappelijke emitter

Maar naast al het lekkers heeft de OE-regeling ook een belangrijk nadeel. Het ligt in het feit dat een toename in frequentie en temperatuur leidt tot een aanzienlijke verslechtering van de versterkingseigenschappen van de transistor. Als de transistor dus op hoge frequenties moet werken, is het beter om een ander schakelcircuit te gebruiken. Bijvoorbeeld met een gemeenschappelijke basis.

Aansluitschema met een gemeenschappelijke basis

Deze schakeling biedt geen significante signaalversterking, maar is goed bij hoge frequenties, omdat hierdoor vollediger gebruik kan worden gemaakt van de frequentierespons van de transistor. Als dezelfde transistor eerst wordt aangesloten volgens een circuit met een gemeenschappelijke emitter en vervolgens met een gemeenschappelijke basis, dan zal er in het tweede geval een aanzienlijke toename zijn van de afsnijfrequentie van de versterking. Omdat bij een dergelijke aansluiting de ingangsimpedantie laag is en de uitgangsimpedantie niet erg hoog, worden volgens het OB-circuit samengestelde transistortrappen gebruikt in antenneversterkers, waarbij de karakteristieke impedantie van de kabels doorgaans niet groter is dan 100 Ohm.

Aansluitschema met een gemeenschappelijke collector

De bijzonderheid van dit circuit is dat de ingangsspanning volledig wordt teruggestuurd naar de ingang, d.w.z. dat de negatieve feedback erg sterk is.

In een gemeenschappelijk collectorcircuit is er geen faseverschuiving tussen de ingangs- en uitgangsspanning. Omdat de spanningsversterking dicht bij de eenheid ligt, komt de uitgangsspanning qua fase en amplitude overeen met de ingangsspanning, d.w.z. herhaalt deze. Daarom wordt zo'n circuit een emittervolger genoemd. Emitter - omdat de uitgangsspanning van de emitter wordt verwijderd ten opzichte van de gemeenschappelijke draad.

Deze aansluiting wordt gebruikt om transistortrappen aan te passen of wanneer de ingangssignaalbron een hoge ingangsimpedantie heeft (bijvoorbeeld een piëzo-elektrische pickup of een condensatormicrofoon).

Twee woorden over cascades

Het komt voor dat u het uitgangsvermogen moet vergroten (d.w.z. de collectorstroom moet verhogen). In dit geval wordt een parallelle aansluiting van het vereiste aantal transistors gebruikt.

Uiteraard moeten ze qua kenmerken ongeveer hetzelfde zijn. Maar er moet aan worden herinnerd dat de maximale totale collectorstroom niet groter mag zijn dan 1,6-1,7 van de maximale collectorstroom van een van de cascadetransistoren.
Dit wordt echter niet aanbevolen (met dank aan Wrewolf voor de opmerking) in het geval van bipolaire transistors. Omdat twee transistors, zelfs van hetzelfde type, op zijn minst enigszins van elkaar verschillen. Dienovereenkomstig zullen, wanneer ze parallel zijn aangesloten, stromen van verschillende groottes er doorheen stromen. Om deze stromen gelijk te maken, worden gebalanceerde weerstanden geïnstalleerd in de emittercircuits van de transistors. De waarde van hun weerstand wordt zo berekend dat de spanningsval erover in het bedrijfsstroombereik minimaal 0,7 V bedraagt. Het is duidelijk dat dit leidt tot een aanzienlijke verslechtering van de efficiëntie van het circuit.

Andere toepassingen van bipolaire transistors

Transistors kunnen niet alleen worden gebruikt in signaalversterkingscircuits. Omdat ze bijvoorbeeld in verzadigings- en uitschakelmodi kunnen werken, worden ze bijvoorbeeld gebruikt als elektronische sleutels. Het is ook mogelijk om transistors te gebruiken in signaalgeneratorcircuits. Als ze in de sleutelmodus werken, wordt een rechthoekig signaal gegenereerd, en als ze in de versterkingsmodus staan, dan een signaal van willekeurige vorm, afhankelijk van de besturingsactie.

Markering

Nuttige opmerkingen:
http://habrahabr.ru/blogs/easyelectronics/133136/#comment_4419173

Tags: tags toevoegen

Een transistor werd beschouwd als een elektronische sleutel. Maar dit zijn niet alle mogelijkheden van bipolaire transistors, zou je zelfs kunnen zeggen sleutelmodus werk is slechts een klein deel in circuits die transistors gebruiken. In het leeuwendeel transistorcircuits De transistor wordt gebruikt als versterkingsapparaat. In deze schakelingen wordt de transistor gebruikt in het zogenaamde actieve gebied. De transistor is als versterkingsapparaat opgenomen in de versterkingstrap, die naast de transistor ook stroomcircuits, belastings- en communicatiecircuits met een volgende trap bevat.

Transistoraansluitcircuits

Voor bipolaire transistoren zijn drie verbindingsschema's mogelijk, die het vermogen kunnen versterken: met gemeenschappelijke emitter (CE), gemeenschappelijke basis (OB) En gemeenschappelijke verzamelaar (OK). De circuits verschillen in de manier waarop ze de signaalbron en de belasting (R H) verbinden.

Gemeenschappelijk emittercircuit

Regeling met een gemeenschappelijke basis

Circuit met een gemeenschappelijke collector.

Voor alle circuits voor het inschakelen van een transistor bij afwezigheid van een signaal geleverd door de bron (bijv. G), is het noodzakelijk om de initiële waarde in te stellen modus door gelijkstroom – rustmodus. In dit geval moet, zoals vermeld in het vorige, de emitterovergang open zijn en de collectorovergang gesloten. Bij pnp-transistoren wordt dit bereikt door een negatieve spanning op de collector aan te leggen (collectorspanning E 0C) en een negatieve spanning op de basis (voorspanning E 0B). Voor n-p-n-transistors moet de polariteit van deze spanningen tegengesteld zijn. De rustmodus van de transistor wordt bepaald door zijn positie werkpunt, die afhangt van de emitterstroom IE (bijna gelijk aan de collectorstroom I C en afhankelijk van E 0B) en van de spanning E 0C.

Transistorversterkingsparameters

De versterkingseigenschappen van transistoren voor een klein wisselsignaal worden geëvalueerd met behulp van diverse systemen parameters die ingangsstromen en -spanningen verbinden, maar slechts twee hoofdparameters zijn genormaliseerd: h 21e en fT (of f h21b). Als u de transistorparameter h 21e kent voor een bepaalde rustmodus I E, kunt u de volgende formules gebruiken om de belangrijkste parameters van de versterkertrap in het laagfrequente gebied te bepalen:

waarbij S de geleidbaarheid van de transistor is, is re de emitterweerstand van de transistor.

Zo kunnen de waarden worden berekend |K|- transistorspanningsversterking, |K ik |- transistorstroomversterking, Z VX— transistoringangsweerstand:

De toepassingsgebieden van de versterkertrappen OE, OB en OK worden bepaald door hun eigenschappen.

Gemeenschappelijke emittercascade biedt versterking in zowel spanning als stroom. De ingangsimpedantie ligt in de orde van honderden Ohms, en de uitgangsimpedantie is tientallen kOhms. Onderscheidend kenmerk– verandert de fase van het versterkte signaal met 180°. Het heeft betere versterkingseigenschappen vergeleken met OB en OK en is daarom het belangrijkste type cascade voor het versterken van kleine signalen.

Cascade met een gemeenschappelijke basis levert alleen spanningsversterking op (bijna hetzelfde als OE). De ingangsweerstand van de cascade is (1+h 21e) keer kleiner dan de OE, en de uitgangsweerstand is (1+h 21e) keer groter. In tegenstelling tot de OE verandert de OB-cascade de fase van het versterkte signaal niet. De lage ingangsimpedantie van de OB-trap beperkt het gebruik ervan in ULF: in de praktijk wordt deze alleen gebruikt als onderdeel van een differentiële versterker.

Cascade met gemeenschappelijke collector levert alleen stroomversterking (bijna hetzelfde als OE). In tegenstelling tot de OE-cascade verandert de OK-cascade de fase van het versterkte signaal niet. Bij K = 1 lijkt de OK-cascade de versterkte spanning in grootte en fase te herhalen. Daarom wordt zo'n cascade een emittervolger genoemd. De ingangsweerstand OK hangt af van de belastingsweerstand R H en is groot (bijna h 21e maal groter dan R H), en de uitgangsweerstand hangt af van de weerstand van de signaalbron RG en is klein (bijna h 21e maal kleiner dan R G). De OK-cascade wordt vanwege zijn grote ingangs- en lage uitgangsimpedantie gebruikt in zowel voorlopige als krachtige ULF's.

Bipolaire transistorstroomcircuits

Om een bepaalde bedrijfsmodus van een bipolaire transistor te garanderen, is het noodzakelijk om de positie van het rustpunt in te stellen, bepaald door de ruststroom I C. Hiervoor moeten twee spanningen op de elektroden van de transistor worden aangelegd: collector en basis mengspanning. De polariteit van deze spanningen hangt af van de structuur van de transistor. Voor p-n-p-transistors moeten beide spanningen negatief zijn, en voor n-p-n moeten ze positief zijn, ten opzichte van de emitter van de transistor moeten de waarden van de collector- en basisspanningen verschillend zijn; Bovendien zijn de eisen aan de stabiliteit van deze spanningen ook verschillend. Daarom worden twee afzonderlijke stroomcircuits gebruikt: collector en basis.

Collectorkracht

Stroomcircuits verzamelaar bevatten de hieronder weergegeven elementen.

De spanning tussen de collector en de emitter van de transistor UCE wordt binnen het bereik gekozen

In dit geval mag de minimumwaarde van UC niet minder zijn dan 0,5 V, anders gaat het werkpunt naar het verzadigingsgebied en neemt de niet-lineaire vervorming toe.

Basisstroomcircuitschema

Stroomcircuits basen bevat de hieronder weergegeven elementen

Vast stroomcircuit

Vast spanningscircuit

Auto-bias-circuit

De gespecificeerde bedrijfsmodus van de transistor wordt tot stand gebracht door het leveren van de vereiste voorspanning U B of het creëren van de benodigde basis in de keten biasstroom I B. In beide gevallen wordt een spanning UBE tot stand gebracht tussen de emitter en de basis, gelijk aan (afhankelijk van I B) 0,1...0,3 V (voor germaniumtransistoren) of 0,5...0,7 V (voor siliciumtransistoren). De basisvoorspanning kan worden uitgevoerd vanuit een gemeenschappelijke stroombron E 0C met de collector of vanuit een afzonderlijke stroombron van de basiscircuits E 0V.

Bij voeding via E 0C kan de basisvoorspanning vast zijn (stroom of spanning) of automatisch. Regelingen met vaste stroom en met vaste spanning garanderen geen stabiliteit van het werkpunt van de transistor wanneer de temperatuur verandert.

Berekening van de versterkertrap

Schema met automatisch schakelen, die het meest wijdverspreid is, bevat drie weerstanden: Rb1, Rb2 en R E. Wegens negatief feedback gecreëerd door R E in het emittercircuit, wordt de vereiste stabilisatie van het werkpunt bereikt. Vergrendelen C E gebruikt om ongewenste feedback te elimineren wisselstroom. De schakeling is effectief voor zowel germanium- als siliciumtransistoren. Om de waarden van R b1, R b2 en RE te bepalen, moeten de voedingsspanning E 0C en de ruststroom I C bekend zijn. De geschatte waarden van R b1, R b2 en RE kunnen worden bepaald met behulp van de onderstaande formules .