Hydratool.ru

Журнал "ГидраТул"
2 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Биполярные транзисторы. Биполярные транзисторы устройство принцип действия

Биполярные транзисторы. Биполярные транзисторы устройство принцип действия

§2.2 Биполярные транзисторы: устройство и принцип действия

Биполярный транзистор – система двух взаимодействующих p-n-переходов. В биполярном транзисторе физические процессы определяются носителями обоих знаков. В зависимости от чередования p- и n- областей различают npn /обратные/ и pnp /прямые/ транзисторы.

В реальных конструкциях одна из крайних областей имеет большую степень легирования и меньшую площадь, её называют эмиттером. Другую крайнюю область называют коллектором, а среднюю – базой. Переход, образованный эмиттером и базой называют эмиттерным переходом, а переход, образованный коллектором и базой – коллекторным переходом. Взаимодействие p-n-переходов обеспечивается выбором толщины базы. База должна быть достаточно тонкой /толщина базы должна быть много меньше длины диффузии неосновных носителей в базе/.

e- из Э1 инжектируются в Б1

<1 — статический коэффициент передачи тока эмиттера

— обратный ток коллекторного перехода

Существует множество технологий производства транзисторов.

[1] Сплавной транзистор

Sk => больше носителей инжектируются в коллектор

[2] Эпитаксиально-планарный транзистор

Окислении /вскрытие окна меньшего размера/

[3] Скрабирование – разрезание

Условно графически обозначается:

§2.3 Транзистор, как усилитель напряжения и мощности

Транзистор обладает способностью усиливать электрические сигналы.

§2.4 Эффект модуляции толщины базы

Явление изменения толщины базы при изменении напряжения на коллекторном переходе называется эффектом модуляции толщины базы или эффектом Эрли /Ирли/ /Early/.

Следствия эффекта модуляции толщины базы:

Статический коэффициент передачи тока эмиттера будет зависеть от напряжения на коллекторном переходе.

Ток коллектора будет увеличиваться с ростом напряжения на коллекторном переходе.

С ростом напряжения на коллекторном переходе будет увеличиваться быстродействие транзистора

Будет наблюдаться влияние напряжения на коллекторном переходе на входную цепь транзистора. Это явление называетсявнутренней отрицательной обратной связью по напряжению.

при большем напряжении .

Чтобы ток остался постоянным, не должен меняться градиент концентрации, т.е. график параллелен начальному.

-коэффициент обратной связи по напряжению

§2.5 Схемы включения и режимы работы транзисторов

(1) схема с общей базой

(2) схема с общим эмиттером

(3) схема с общим коллектором

Независимо от схемы включения транзисторы могут работать в одном из четырёх, отличающихся полярностью напряжения на ЭБ и БК переходе:

Нормальный активный режим /НАР/ — Э-переход смещён в прямом направлении, К-переход смещён в обратном направлении

Режим насыщения – Э- и К-переходы смещены в прямом направлении

Режим отсечки — Э- и К-переходы смещены в обратном направлении

Инверсный активный режим /ИАР/ — Э-переход смещён в обратном направлении, К-переход смещён в прямом направлении.

НАР используется в усилительных устройствах; РН, РО используются в цифровых и импульсных устройствах.

Такие схемы называются ключевыми (0/1).

Аналоговый ключ будет лучше при применении ИАР.

Содержание

1. Принцип действия биполярного транзистора.3

1.1. Инжекция носителей заряда через прямосмещённый эмиттерный переход.4

1.2. Диффузионное распространение инжектированных носителей заряда в базе от эмиттерного перехода к коллекторному переходу с одновременной рекомбинацией части их в области базы.6

1.3. Экстракция носителей заряда через обратносмещённый коллекторный переход.9

2. Статические характеристикибиполярного транзистора.10

2.1. Статические характеристики транзистора в схеме с общей базой.11

2.2. Статические характеристики транзистора в схеме с общим эмиттером.20

1. Принцип действия биполярного транзистора

Рассмотрим бездрейфовый транзистор p-n-p-типа, включенный по схеме с общей базой (ОБ).

Рис. 1. Схема включения транзистора с ОБ

На рис. 1 большими кружками обозначены основные носители заряда в эмиттере (Э), базе (Б), коллекторе (К), маленькими кружочками – неосновные носители заряда.

Различают следующие режимы работы транзистора:

Активный режим (А.Р.) – эмиттерный переход (ЭП) включён в прямом направлении (Uэп>0), коллекторный переход (КП) в обратном направлении (Uкп<0). Самый распространённый режим работы транзистора.

Режим отсечки – ЭП и КП включены в обратном направлении, все токи малы, это соответствует запертому состоянию транзистора.

Режим насыщения (Р.Н.) – ЭП и КП включены в прямом направлении, это соответствует отпертому состоянию транзистора.

Запертое и отпертое состояния транзистора используются в ключевых устройствах. При переходе из одного устойчивого состояния (из запертого в отпертое и наоборот) используется и А.Р.

Инверсный режим – ЭП включён в обратном направлении (Uэп<0), а коллекторный переход в прямом (Uкп>0).

На рис.1 ЭП включен в прямом направлении, КП – в обратном, что соответствует А.Р.

Рассмотрим основные рабочие процессы в транзисторе.

1.1. Инжекция носителей заряда через прямосмещенный эп

При прямом включении ЭП через пониженный по высоте барьер (рис. 2) идут основные носители заряда 1 и 2, создающие ток диффузии. Неосновные носители заряда 3 и 4 тоже идут через ЭП, т.к. поле в переходе является для них ускоряющим, и создают ток дрейфа IЭ0. Ток дрейфа IЭ0 значительно (на много порядков) меньше тока диффузии, поэтому ток через эмиттерный переход IЭ практически можно считать равным току диффузии, то есть .

Дырочная составляющая эмиттерного тока IЭp, образованная дырками

потока 1, впрыснутыми из эмиттера в базу, является полезной, от ее величины зависит выходной ток – ток коллектора IК. Ее стараются увеличить.

Рис. 2. Диаграмма энергетических уровней биполярного транзистора

p-n-p-типа в активном режиме

Электронная составляющая эмиттерного тока IЭn, образованная электронами потока 2, впрыснутыми из базы в эмиттер, является бесполезной, даже вредной (чем больше электронов в базе, тем больше рекомбинация их с дырками потока 1, впрыснутыми из эмиттера, тем меньше дырок потока 1 дойдет до КП, тем меньше IК; кроме того, IЭn требует расхода мощности от источника питания во входной цепи). Ее стараются уменьшить.

Читайте так же:
Какими электродами лучше варить трубы отопления

Параметром этого процесса является — коэффициент инжекции, эффективность эмиттера:

Для увеличения  обычно берут резко несимметричный p-n-переход (удельная электропроводность эмиттера Э берется значительно больше удельной электропроводности базы, т.е. Э значительно сильнее легируют примесями по сравнению с Б).

Дырочная составляющая тока эмиттера IЭp= IЭ, а электронная составляющая тока эмиттера IЭn = IЭ –IЭр = IЭ -IЭ = (1-)IЭ .

Биполярные транзисторы — это. Что такое Биполярные транзисторы?

Обозначение биполярных транзисторов на схемах

Простейшая наглядная схема устройства транзистора

Биполярный транзистор — трёхэлектродный полупроводниковый прибор, один из типов транзистора. Электроды подключены к трём последовательно расположенным слоям полупроводника с чередующимся типом примесной проводимости. По этому способу чередования различают npn и pnp транзисторы (n (negative) — электронный тип примесной проводимости, p (positive) — дырочный). В биполярном транзисторе, в отличие от других разновидностей, основными носителями являются и электроны, и дырки (от слова «би» — «два»). Схематическое устройство транзистора показано на втором рисунке.

Электрод, подключённый к центральному слою, называют базой, электроды, подключённые к внешним слоям, называют коллектором и эмиттером. На простейшей схеме различия между коллектором и эмиттером не видны. В действительности же коллектор отличается от эмиттера, главное отличие коллектора — бо́льшая площадь p — n-перехода. Кроме того, для работы транзистора абсолютно необходима малая толщина базы.

Принцип действия транзистора

В активном режиме работы транзистор включён так, что его эмиттерный переход смещён в прямом направлении (открыт), а коллекторный переход смещён в обратном направлении. Для определённости рассмотрим npn транзистор, все рассуждения повторяются абсолютно аналогично для случая pnp транзистора, с заменой слова «электроны» на «дырки», и наоборот, а также с заменой всех напряжений на противоположные по знаку. В npn транзисторе электроны, основные носители тока в эмиттере, проходят через открытый переход эмиттер-база (инжектируются) в область базы. Часть этих электронов рекомбинирует с основными носителями заряда в базе (дырками), часть диффундирует обратно в эмиттер. Однако, из-за того что базу делают очень тонкой и сравнительно слабо легированной, большая часть электронов, инжектированных из эмиттера, диффундирует в область коллектора. Сильное электрическое поле обратно смещённого коллекторного перехода захватывает электроны (напомним, что они — неосновные носители в базе, поэтому для них переход открыт), и проносит их в коллектор. Ток коллектора, таким образом, практически равен току эмиттера, за исключением небольшой потери на рекомбинацию в базе, которая и образует ток базы (Iэ=Iб + Iк). Коэффициент α, связывающий ток эмиттера и ток коллектора (Iк = α Iэ) называется коэффициентом передачи тока эмиттера. Численное значение коэффициента α 0.9 — 0.999. Чем больше коэффициент, тем эффективней транзистор передает ток. Этот коэффициент мало зависит от напряжения коллектор-база и база-эмиттер. Поэтому в широком диапазоне рабочих напряжений ток коллектора пропорционален току базы, коэффициент пропорциональности равен β = α / (1 − α) =(10 − 1000). Таким образом, изменяя малый ток базы, можно управлять значительно большим током коллектора.

Режимы работы биполярного транзистора

  • Нормальный активный режим;
  • Инверсный активный режим;
  • Режим насыщения;
  • Режим отсечки;
Нормальный активный режим

Переход эмиттер — база включен в прямом направлении (открыт), а переход коллектор — база — в обратном (закрыт)

Инверсный активный режим

Эмиттерный переход имеет обратное включение, а коллекторный переход — прямое.

Устройство, принцип действия и режим работы биполярных транзисторов

Биполярные транзисторы

Радиоэлектроника богата всевозможными деталями. Каждый из таких элементов выполняет отведенную ему определенную роль. Транзистор же характеризуется своей многофункциональностью и способностью выполнять различные задачи. Чтобы понять, что отличает его от других радиодеталей, необходимо рассмотреть устройство и принцип действия биполярных транзисторов.

Строение транзистора

Биполярный транзистор относится к полупроводникам — материалам, которые хуже проводят электричество, чем проводники, но и не являются диэлектриками. Но если его температуру довести до абсолютного нуля, он станет диэлектриком. С другой стороны, при повышении температуры проводимость прибора будет увеличиваться. Это делает его уязвимым к перегреву. Повышение проводимости увеличивает ток, который может вывести устройство из строя.

Строение биполярного транзистора

Для наглядности можно привести в пример алмаз (адамант). В естественных условиях он является полупроводником, но если поместить его в вакуум или инертный газ и нагреть, он превратится в графит, который является хорошим проводником. В промышленных целях для производства транзисторов широко используют такие материалы, как кремний, германий и другие. По используемому материалу транзисторы бывают:

  • германиевые;
  • кремниевые;
  • арсенид-галлиевые.

Сам по себе полупроводник очень чувствителен к внешнему влиянию (деформации, облучению и температуре), внутренним дефектам и примесям. В естественных условиях он ведет себя как переменный резистор, сопротивление которого меняется от температуры (используется для производства варисторов). При добавлении примесей свойства полупроводника резко меняются, и он превращается в проводник. Примеси делятся на:

  • донорные;
  • акцепторные.

Использование полупроводников п- и р-типа

Донорные, например, мышьяк, легко отдают свои электроны, переводя полупроводник в отрицательно заряженный материал. Для обозначения такого материала используют букву «п». К акцепторным относится трехвалентный индий. При соединении с кремнием, у которого четырехвалентная связь, одного электрона не хватает, поэтому образуется так называемая «дырка». Такой материал обозначают буквой «р».

Использование полупроводников п- и р-типа

Когда проводники разного типа соединяются, между ними образуется р-п переход, благодаря которому электроны могут двигаться только в одну сторону. Подключив область «п» к минусу источника питания, а область «р» — к плюсу, можно создать прямое подключение, при котором электроны свободно передвигаются. Если полярность источника поменять местами, то электроны из электронной области уйдут к источнику, а прибор закроется, потому что граница р-п не даст электронам пройти через дырочную область.

Читайте так же:
Лазерный дальномер своими руками схема

Радиоэлемент, состоящий из двух противоположных типов проводимости, называется диодом. Его особенностью является то, что он ток пропускает только в одном направлении и не регулирует потоком электронов. Чтобы получился биполярный транзистор, добавляют третью область «п» или «р» — этим и отличается устройство транзистора. В результате кристалл получается с тремя областями и двумя р-п переходами. С учётом того, как следуют друг за другом области, различают следующие типы:

  • р-п-р;
  • п-р-п.

Первую область называют эмиттером, вторую (среднюю) — базой, а третью — коллектором. База всегда имеет знак, противоположный эмиттеру и коллектору.

Назначение базы, коллектора и эмиттера

База управляет током между коллектором и эмиттером. Будет понятнее, если транзистор разбить на два отдельных участка: эмиттер — база и база — коллектор. Поскольку база находится в средней части, получаем два диода, направленных друг к другу (тип р-п-р) либо в противоположную сторону (тип п-р-п). Поскольку источник питания подключается к эмиттеру и коллектору, а на базу подается управляющее напряжение, то один из диодов подключен в обратном направлении, т. е. закрыт. Почти всегда им является переход базы — коллектор. Задача базы — постепенно открывать этот переход.

Назначение базы, коллектора и эмиттера

В эмиттерную область больше всего добавляют примеси, потому что она является инжектором или генератором основных носителей. Коллектор, напротив, разбавляется примесями минимально, только бы не пропускать ток в закрытом состоянии.

База должна удовлетворять жесткие требования. Во-первых, насколько быстро срабатывает транзистор, напрямую зависит от толщины базы — чем она тоньше, тем выше быстродействие. Во-вторых, чем тоньше база, тем меньшее напряжение можно подать на транзистор, иначе произойдет электрический пробой между эмиттером и коллектором.

Чтобы понять, как работает биполярный транзистор, можно привести пример. Горизонтально расположен водопроводный кран. Рядом (по ходу крана, а не под ним) находится желоб, по которому вода может уходить в нужное место. Когда начинают открывать кран, напор воды небольшой, она течет вертикально, не попадая на желоб. При дальнейшем открывании крана напор будет увеличиваться, пока не наступит момент попадания воды в лоток.

Как расстояние между краном и стоком определяет напор воды, который поможет достичь желоба, так и толщина базы влияет на напряжение насыщения, после чего происходит открывание транзистора. Конечно, пример грубый и нужен только для того, чтобы примерно понять принцип действия транзистора. Но именно напряжение между эмиттером и базой будет тем самым «краном», открывающим транзистор.

После того как кристалл сформирован, к каждой его области прикрепляются металлические выводы, все тщательно изолируется и защищается корпусом. Существуют бескорпусные и прозрачные транзисторы, а также те, что предназначены для работы с радиатором.

Режимы и схемы подключения

Благодаря развитию науки и техники разрабатываются новые транзисторы, направленные на устранение вредных факторов. К ним относятся как физические (например, сколы и примеси), так и электрические (сопротивление материала). Устранение таких недостатков ведет к повышению быстродействия, понижению потребляемой мощности и ряду других преимуществ. Но задачи транзистора остаются те же самые:

  • усиление сигнала;
  • генерация;
  • переключение.

Режимы и схемы подключения биполярных транзисторов

Прежде чем разобрать каждую из этих задач, важно понять, как работает транзистор. В виде примера возьмем транзистор р-п-р-типа. К эмиттеру подключается плюс, а к коллектору — минус. Такое включение называется нормальным, противоположное — инверсным. Эмиттер насыщается дырками, являющимися на самом деле атомами, которые не могут перемещаться, поскольку у них не хватает электронов. Увеличивается область, в которой не хватает электронов. В коллекторе, наоборот, происходит перенасыщение электронов.

База становится изолятором между этими областями, т. к. находящиеся в ней электроны уходят через эмиттер в источник питания. При появлении на базе отрицательного напряжения электроны постепенно превращают ее в проводник. Это приводит к тому, что транзистор открывается, а между эмиттером и коллектором появляется ток. Из этого можно сделать вывод, что режимы работы транзистора — закрытое состояние, насыщение и открытое состояние — полностью зависят от напряжения на базе.

Следующее, на что необходимо обратить внимание, — это то, какая схема подключения используется. Для примера возьмем батарейку и лампочку. Каждый из этих элементов имеет по два вывода, то есть всего их четыре. Это правило действует для постоянного (импульсного) тока. Транзистор является преобразователем, иными словами, имеет вход и выход. В этом случае он должен иметь не три, а четыре вывода. На практике же он, как правило, имеет три вывода. Получается, что один из его выводов должен быть общим как для входа, так и для выхода. На основании этого имеются следующие виды подключения:

  • с общим эмиттером (происходит усиление напряжения и тока, используется чаще остальных видов);
  • с общей базой (усиливает только ток, используется редко);
  • с общим коллектором (усиливает напряжение, часто используется для согласования каскадов с разным сопротивлением).
Читайте так же:
Активный флюс для низкотемпературной пайки алюминия

Область применения

Транзистор используется для усиления непрерывных сигналов различной формы в аналоговых схемах. Ярким примером служит человеческая речь. В такие сигналы легко вплетаются шумы, для устранения которых применяются фильтры. Аналоговые схемы являются противоположностью дискретных цифровых сигналов.

В схеме генерации транзистор вырабатывает сигналы различных форм. Например, в телевидении генераторы на транзисторах позволяют создавать промежуточную частоту, с помощью которой передаются видео и звук. В самих телевизорах такие генераторы помогают создавать изображение на экране, задавая частоту по строке и кадрам.

Область применения

В переключающих схемах нужно быстро отключать и подключать нагрузку, выполняя задачу реле, например, подключая более мощные тиристоры, контакторы и т. д. Особенно жесткие требования предъявляются к схемам с инертными нагрузками в виде индуктивности. Они используются для усиления цифрового сигнала в компьютерах и другой технике.

В настоящее время транзисторы почти полностью заменили электронные лампы. Эти приборы обладают рядом преимуществ, среди которых следует выделить:

Преимущества биполярных транзисторов

  • малый размер;
  • более легкое производство, что ведет к снижению себестоимости;
  • для управления нужно гораздо меньше напряжения;
  • не требуют разогрева, что приводит к пониженному потреблению энергии и уменьшению времени подготовки к работе;
  • большая устойчивость к механическим нагрузкам;
  • увеличенный срок службы.

Для производства транзисторов сегодня используются лучшие материалы. От некоторых металлов (например, от германия) при изготовлении приборов уже отказались. Но даже современные транзисторы имеют свои недостатки и ограничения. К ним можно отнести следующее:

  • при напряжении выше 1 кВ кремниевые приборы работать не могут;
  • создание мощных передатчиков требует очень сложной согласованности;
  • сильная чувствительность к радиации и электромагнитному влиянию.

Последние разработки приблизились к решению многих проблем. Кроме этого, сегодня раскрываются новые возможности и направления использования биполярных устройств.

Биполярные транзисторы. Виды и характеристики. Работа и устройство

Биполярные транзисторы это полупроводниковые приборы с тремя электродами, подключенными к трем последовательно находящимся слоям, с различной проводимости. В отличие от других транзисторов, которые переносят один тип заряда, он способен переносить сразу два типа.

Схемы подключения, использующие биполярные транзисторы, зависят от производимой работы и типа проводимости. Проводимость может быть электронной, дырочной.

Разновидности биполярных транзисторов

Биполярные транзисторы разделяют по различным признакам на виды по:

  • Материалу изготовления: кремний или арсенид галлия.
  • Величине частоты: до 3 МГц – низкая, до 30 МГц – средняя, до 300 МГц – высокая, более 300 МГц – сверхвысокая.
  • Наибольшей рассеиваемой мощности: 0-0,3 Вт, 0,3-3 Вт, свыше 3 Вт.
  • Типу прибора: 3 слоя полупроводника с последовательной очередностью типа проводимости.
Устройство и работа

Слои транзистора, как внутренний, так и наружный, объединены с встроенными электродами, которые имеют свои названия в виде базы, эмиттера и коллектора.

Bipoliarnye tranzistory struktura

Особых отличий по видам проводимости у коллектора и эмиттера не наблюдается, однако процент включения примесей у коллектора намного меньше, что позволяет повысить допустимое напряжение на выходе.

Средний слой полупроводника (база) имеет большую величину сопротивления, так как выполнена из слаболегированного материала. Она контактирует с коллектором на значительной площади. Это позволяет повысить теплоотвод, который необходим вследствие выделения тепла от смещения перехода в другую сторону. Хороший контакт базы с коллектором дает возможность легко проходить электронам, которые являются неосновными носителями.

Слои перехода выполнены по одному принципу. Однако биполярные транзисторы считаются несимметричными приборами. При чередовании крайних слоев местами с одной проводимостью нельзя образовать подобные параметры полупроводника.

Схемы подключения транзисторов выполнены таким образом, что могут обеспечить ему как закрытое, так и открытое состояние. При активной работе, когда полупроводник открыт, смещение эмиттера выполнено в прямом направлении. Для полного понимания этой конструкции, нужно подключить напряжение питания по изображенной схеме.

Bipoliarnye tranzistory ustroistvo

При этом граница на 2-м переходе коллектора закрыта, ток через нее не идет. Практически возникает обратное явление ввиду рядом расположенных переходов, их влияния друг на друга. Так как к эмиттеру подсоединен минусовой полюс батареи, то переход открытого вида дает возможность электронам проходить на базу, в которой осуществляется их рекомбинация с дырками, являющимися главными носителями. Появляется ток базы Iб. Чем выше базовый ток, тем больше выходной ток. В этом заключается принцип действия усилителей.

По базе протекает только диффузионное движение электронов, так как нет работы электрического поля. Из-за малой толщины этого слоя и значительном градиенте частиц, практически все они поступают на коллектор, хотя база имеет большое сопротивление. На переходе имеется электрическое поле, которое способствует переносу и втягивает их. Токи эмиттера и коллектора одинаковые, если не считать малой потери заряда от перераспределения на базе: I э = I б + I к.

Характеристики
  • Коэффициент усиления тока β = Iк / Iб.
  • Коэффициент усиления напряжения Uэк / Uбэ.
  • Сопротивление на входе.
  • Характеристика частоты – возможность работы транзистора до определенной частоты, при выходе за границы которой процессы перехода опаздывают за изменением сигнала.
Режимы работ и схемы

Вид схемы влияет на режим действия биполярного транзистора. Сигнал может сниматься и отдаваться в двух местах для разных случаев, а электродов имеется три штуки. Следовательно, что один произвольный электрод должен быть сразу выходом и входом. По такому принципу подключаются все биполярные транзисторы, и имеют три вида схем, которые мы рассмотрим ниже.

Схема с общим коллектором

Сигнал проходит на сопротивление RL, которое также включено в цепь коллектора.

Skhema s obshchim kollektorom

Такая схема подключения дает возможность создать всего лишь усилитель по току. Достоинством такого эмиттерного повторителя можно назвать образование значительного сопротивления на входе. Это дает возможность для согласования каскадов усиления.

Читайте так же:
Горелка насадка на газовый баллончик
Схема с общей базой

Сигнал входа проходит через С1, далее снимается в цепи выхода коллектора, где базовый электрод общий. В итоге образуется усиление напряжения по подобию с общим эмиттером.

Skhema s obshchei bazoi

В схеме можно найти недостаток в виде малого входного сопротивления. Схема с общей базой используется чаще всего в качестве генератора колебаний.

Схема с общим эмиттером

Чаще всего при использовании биполярных транзисторов выполняют схему с общим эмиттером. Напряжение проходит по сопротивлению нагрузки RL, к эмиттеру питание подключается отрицательным полюсом.

Skhema s obshchim emitterom

Сигнал переменного значения приходит на базу и эмиттер. В цепи коллектора он становится по значению больше. Главными элементами схемы являются резистор, транзистор и выходная цепь усилителя с источником питания. Дополнительными элементами стали: емкость С1, которая не дает пройти току на вход, сопротивление R1, благодаря которому открывается транзистор.

В цепи коллектора напряжение транзистора и сопротивления равны значению ЭДС: E= Ik R k +Vk e .

Отсюда следует, что малым сигналом Ec определяется правило изменения разности потенциалов в переменное выходное транзисторного преобразователя. Такая схема дает возможность увеличению тока входа во много раз, так же, как напряжению и мощности.

Из недостатков такой схемы можно назвать малое сопротивление на входе (до 1 кОм). Как следствие, возникают проблемы в образовании каскадов. Сопротивление выхода равно от 2 до 20 кОм.

Рассмотренные схемы показывают действие биполярного транзистора. На его работу влияет частота сигнала и перегрев. Для решения этого вопроса применяют дополнительные отдельные меры. Эмиттерное заземление образует на выходе искажения. Для создания надежности схемы, выполняют подключение фильтров, обратных связей и т.д. После таких мер, схема работает лучше, но уменьшается усиление.

Биполярные транзисторы в различных режимах

Транзистор взаимодействует с сигналами разных видов во входной цепи. В основном транзистор применяется в усилителях. Входной переменный сигнал изменяет ток на выходе. В этом случае используются схемы с общим эмиттером или коллектором. В цепи выхода для сигнала необходима нагрузка.

Чаще всего для этого применяют сопротивление, установленное в цепи выхода коллектора. При его правильном выборе, значение напряжения на выходе будет намного больше, чем на входе.

Во время преобразования сигнала импульсов режим сохраняется таким же, как для синусоидальных сигналов. Качество изменения гармоник определяется характеристиками частоты полупроводников.

Отсечка

Этот режим образуется при снижении напряжения VБЭ до 0,7 вольта. В таком случае переход эмиттера закрывается, и ток на коллекторе отсутствует, так как в базе отсутствуют электроны, и транзистор остается закрытым.

Активный режим

При подаче напряжения, достаточного для открытия транзистора, на базу, возникает малый ток входа и большой выходной ток. Это зависит от размера коэффициента усиления. В этом случае транзистор работает усилителем.

Режим насыщения

Эта работа имеет свои отличия от активного режима. Полупроводник открывается до конца, коллекторный ток достигает наибольшего значения. Его повышения можно добиться только путем изменения нагрузки, либо ЭДС выходной схемы. При корректировке тока базы ток коллектора не изменяется. Режим насыщения имеет особенности в том, что транзистор открыт полностью и работает переключателем. Если объединить режимы насыщения и отсечки биполярных транзисторов, то можно создать ключи.

Свойства характеристик выхода влияют на режимы. Это изображено на графике.

Bipoliarnye tranzistory grafik

При отложении на осях координат отрезков, соответствующих наибольшему току коллектора и размеру напряжения, и далее, объединения концов друг с другом, образуется красная линия нагрузки. По графику видно: точка тока и напряжения сместится по линии нагрузки вверх при повышении базового тока.

Участок между заштрихованной характеристикой выхода и осью V ke является работа отсечки. В этом случае транзистор закрыт, а обратная величина тока мала. Характеристика в точке А вверху пересекается с нагрузкой, после которой при последующем повышении IВ ток коллектора уже не меняется. На графике участком насыщения является закрашенная часть между осью I k и наиболее крутым графиком.

Режим переключения

Транзисторные ключи служат для бесконтактных переключений в электрических цепях. Эта работа заключается в прерывистой регулировке величины сопротивления полупроводника. Биполярные транзисторы наиболее применимы в устройствах переключения.

Полупроводники применяются в схемах изменения сигналов. Их универсальная работа и широкая классификация дает возможность использовать транзисторы в различных цепях, которые определяют их возможности работы. Основными применяемыми схемами являются усиливающие, а также переключающие цепи.

Как определить режим работы в биполярных транзисторах

Существуют различные виды полупроводниковых приборов – тиристоры, триоды, они классифицируются по назначению и типу конструкции. Полупроводниковые биполярные транзисторы способны переносить одновременно заряды двух типов, в то время, как полевые только одного.

Конструкция и принцип работы

Ранее вместо транзисторов в электрических схемах использовались специальные малошумящие электронные лампы, но они были больших габаритов и работали за счет накаливания. Биполярный транзистор ГОСТ 18604.11-88 – это полупроводниковый электрический прибор, который является управляемым элементом и характеризуется трехслойной структурой, применяется для управления СВЧ. Может находиться в корпусе и без него. Они бывают p-n-p и n–p–n типа. В зависимости от порядка расположения слоев, базой может быть пластина p или n, на которую наплавляется определенный материал. За счет диффузии во время изготовления получается очень тонкий, но прочный слой покрытия.

Читайте так же:
Защита узо автоматическим выключателем

принципиальные схемы включения

Фото — мпринципиальные схемы включения

Чтобы определить, какой перед Вами транзистор, нужно найти стрелку эммитерного перехода. Если её направление идет в сторону базы, то структура pnp, если от неё – то npn. Некоторые полярные импортные аналоги (IGBT и прочие) могут иметь буквенное обозначение перехода. Помимо этого бывают еще биполярные комплементарные транзисторы. Это устройства, у которых одинаковые характеристики, но разные типы проводимости. Такая пара нашла применение в различных радиосхемах. Данную особенность нужно учитывать, если необходима замена отдельных элементов схемы.

конструкция

Фото — конструкция

Область, которая находится в центре, называется базой, с двух сторон от неё располагаются эммитер и коллектор. База очень тонкая, зачастую её толщина не превышает пары 2 микрон. В теории существует такое понятие, как идеальный биполярный транзистор. Это модель, у которой расстояние между эммитерной и коллекторной областями одинаковое. Но, зачастую, эммиторный переход (область между базой и эммитером) в два раза больше коллекторного (участок между основой и коллектором).

виды биполярных триодов

Фото — виды биполярных триодов

По виду подключения и уровню пропускаемого питания, они делятся на:

  1. Высокочастотные;
  2. Низкочастотные.
  1. Маломощные;
  2. Средней мощности;
  3. Силовые (для управления необходим транзисторный драйвер).

Принцип работы биполярных транзисторов основан на том, что два срединных перехода расположены по отношению друг к другу в непосредственной близости. Это позволяет существенно усиливать проходящие через них электрические импульсы. Если приложить к разным участкам (областям) электрическую энергию разных потенциалов, то определенная область транзистора сместится. Этим они очень похожи на диоды.

пример

Фото — пример

Например, при положительном открывается область p-n, а при отрицательном она закрывается. Главной особенностью действия транзисторов является то, что при смещении любой области база насыщается электронами или вакансиями (дырками), это позволяет снизить потенциал и увеличить проводимость элемента.

Существуют следующие ключевые виды работы:

  1. Активный режим;
  2. Отсечка;
  3. Двойной или насыщения;
  4. Инверсионный.

Перед тем, как определить режим работы в биполярных триодах, нужно разобраться, чем они отличаются друг от друга. Высоковольтные чаще всего работают в активном режиме (он же ключевой режим), здесь во время включения питания смещается переход эмиттера, а на коллекторном участке присутствует обратное напряжение. Инверсионный режим – это антипод активного, здесь все смещено прямо-пропорционально. Благодаря этому, электронные сигналы значительно усиливаются.

Во время отсечки исключены все типы напряжения, уровень тока транзистора сведен к нулю. В этом режиме размыкается транзисторный ключ или полевой триод с изолированным затвором, и устройство отключается. Есть еще также двойной режим или работа в насыщении, при таком виде работы транзистор не может выступать как усилитель. На основании такого принципа подключения работают схемы, где нужно не усиление сигналов, а размыкание и замыкание контактов.

Из-за разности уровней напряжения и тока в различных режимах, для их определения можно проверить биполярный транзистор мультиметром, так, например, в режиме усиления исправный транзистор n-p-n должен показывать изменение каскадов от 500 до 1200 Ом. Принцип измерения описан ниже.

Основное назначение транзисторов – это изменение определенных сигналов электрической сети в зависимости от показателей тока и напряжения. Их свойства позволяют управлять усилением посредством изменения частоты тока. Иными словами, это преобразователь сопротивления и усилитель сигналов. Используется в различной аудио- и видеоаппаратуре для управления маломощными потоками электроэнергии и в качестве УМЗЧ, трансформаторах, контроля двигателей станочного оборудования и т. д.

Видео: как работает биполярные транзисторы

Проверка

Самый простой способ измерить h21e мощных биполярных транзисторов – это прозвонить их мультиметром. Для открытия полупроводникового триода p-n-p подается отрицательное напряжение на базу. Для этого мультиметр переводится в режим омметра на -2000 Ом. Норма для колебания сопротивления от 500 до 1200 Ом.

Чтобы проверить другие участки, нужно на базу подать плюсовое сопротивление. При этой проверке индикатор должен показать большее сопротивление, в противном случае, триод неисправен.

Иногда выходные сигналы перебиваются резисторами, которые устанавливают для снижения сопротивления, но сейчас такая технология шунтирования редко используется. Для проверки характеристики сопротивления импульсных транзисторов n-p-n нужно подключать к базе плюс, а к выводам эммитера и коллектора — минус.

Технические характеристики и маркировка

Главными параметрами, по которым подбираются эти полупроводниковые элементы, является цоколевка и цветовая маркировка.

цоколевка маломощных биполярных триодовФото — цоколевка маломощных биполярных триодов цоколевка силовыхФото — цоколевка силовых

Также используется цветовая маркировка.

примеры цветовой маркировкиФото — примеры цветовой маркировки таблица цветовФото — таблица цветов

Многие отечественные современные транзисторы также обозначаются буквенным шифром, в который включается информация о группе (полевые, биполярные), типе (кремниевые и т. д.,) годе и месяце выпуска.

расшифровка

Фото — расшифровка

Основные свойства (параметры) триодов:

  1. Коэффициент усиления по напряжению тока;
  2. Входящее напряжение;
  3. Составные частотные характеристики.

Для их выбора еще используются статические характеристики, которые включают сравнение входных и выходных ВАХ.

Необходимые параметры можно вычислить, если произвести расчет по основным характеристикам (распределение токов каскада, расчет ключевого режима). Коллекторный ток: Ik=(Ucc-Uкэнас)/Rн

  • Ucc – напряжение сети;
  • Uкэнас – насыщение;
  • Rн – сопротивление сети.

Потери мощности при работе:

Купить биполярные транзисторы SMD, IGBT и другие можно в любом электротехническом магазине. Их цена варьируется от нескольких центов до десятка долларов, в зависимости от назначения и характеристик.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector