Kas yra bipolinis tranzistorius ir kokios yra jo grandinės

Radijo elektronikoje plačiai naudojami puslaidininkiniai įtaisai (SSD). Dėl to sumažėjo įvairių prietaisų dydis. Bipolinis tranzistorius yra plačiai naudojamas, nes dėl tam tikrų savybių jo funkcijos yra platesnės nei paprasto lauko tranzistoriaus. Norint suprasti, kam ir kokiomis sąlygomis jis naudojamas, reikia apsvarstyti jo veikimo principą, prijungimo būdus ir klasifikaciją.

Projektavimas ir veikimas

Tranzistorius yra elektroninis puslaidininkis, kurį sudaro 3 elektrodai, iš kurių vienas yra valdantysis. Bipoliniai tranzistoriai skiriasi nuo polinių tranzistorių tuo, kad juose yra dviejų tipų krūvio nešikliai (neigiami ir teigiami).

Neigiami krūviai - tai elektronai, išsiskyrę iš išorinio kristalinės gardelės apvalkalo. Vietoje išlaisvinto elektrono susidaro teigiamo tipo krūvis, arba skylės.

Bipolinio tranzistoriaus (BT) konstrukcija yra gana paprasta, nepaisant jo universalumo. Jį sudaro 3 laidininko tipo sluoksniai: emiteris (E), bazė (B) ir kolektorius (C).

Emiteris (lotyniškai - "išleidimas") yra puslaidininkinė sandūra, kurios pagrindinė funkcija - įleisti krūvį į bazę. Kolektorius (lotyniškai "kolektorius") naudojamas krūviams iš emiterio priimti. Pagrindas yra kontrolinis elektrodas.

Emitoriaus ir kolektoriaus sluoksniai yra beveik identiški, tačiau skiriasi priemaišų, pridėtų siekiant pagerinti jutiklio savybes, kiekiu. Priemaišų pridėjimas vadinamas dopingu. Kolektoriaus sluoksnio (CL) dopingas silpnai išreikštas, kad padidėtų kolektoriaus įtampa (Uk). Emiterio puslaidininkio sluoksnis yra stipriai legiruotas, kad padidėtų atvirkštinis leistinasis pramušimo U ir pagerėtų nešiklių injekcija į pagrindinį sluoksnį (padidėja srovės perdavimo koeficientas - Kt). Bazinis sluoksnis yra silpnai legiruotas, kad būtų didesnė varža (R).

Bazės ir emiterio sandūros plotas yra mažesnis nei K-B. Ploto skirtumas pagerina Kt. Kai PCB veikia, K-B sandūra įjungiama su atvirkštiniu šališkumu, kad didžioji dalis šilumos kiekio Q būtų išsklaidyta ir geriau aušintų kristalą.

BT greitis priklauso nuo pagrindinio sluoksnio (BS) storio. Ši priklausomybė yra vertė, kuri kinta pagal atvirkščiai proporcingą priklausomybę. Dėl mažesnio storio veikia greičiau. Ši priklausomybė yra susijusi su krūvininkų perėjimo laiku. Tačiau tuo pat metu sumažėja Uk.

Tarp emiterio ir K teka didelė srovė, vadinama srove K (Ik). Tarp E ir B teka nedidelė srovė - srovė B (Ib), kuri naudojama valdymui. Kai pasikeis Ib, pasikeis ir Ik.

Tranzistorius turi dvi p-n sandūras: E-B ir K-B. Kai jis aktyvus, E-B yra prijungtas prie tiesioginio šališkumo, o K-B - prie atvirkštinio šališkumo. Kadangi E-B sandūra yra atvira, neigiami krūviai (elektronai) teka į B. Po to vyksta dalinė rekombinacija su skylėmis. Tačiau didžioji dalis elektronų pasiekia K-B dėl mažo dopingo ir B storio.

BS atveju elektronai yra ne bazinio krūvio nešėjai, o elektromagnetinis laukas padeda jiems įveikti K-B perėjimą. Didėjant Ib, E-B anga plėsis ir daugiau elektronų bėgs tarp E ir K. Dėl to labai sustiprėja mažos amplitudės signalas, nes Ik yra didesnis už Ib.

Kad lengviau suprastume fizikinę dvipolio tranzistoriaus reikšmę, turime jį susieti su iliustruojančiu pavyzdžiu. Reikia daryti prielaidą, kad vandens siurblys yra energijos šaltinis, vandens čiaupas - tranzistorius, vanduo - Ik, o čiaupo rankenos pasukimo laipsnis - Ib. Norėdami padidinti galvutę, turite šiek tiek pasukti čiaupą - atlikti valdymo veiksmą. Iš šio pavyzdžio galima daryti išvadą, kad PP veikimo principas yra paprastas.

Tačiau, labai padidėjus U K-B sandūroje, gali įvykti smūginė jonizacija, kurios pasekmė - lavininis krūvio plitimas. Šis procesas kartu su tunelio efektu sukelia elektrinį, o ilgainiui ir terminį gedimą, dėl kurio PCB sugenda. Kartais šiluminis gedimas įvyksta be elektrinio gedimo dėl labai padidėjusios srovės per kolektoriaus išėjimą.

Be to, keičiantis U ties K-B ir E-B, keičiasi šių sluoksnių storis, jei B yra plonas, atsiranda užspaudimo efektas (dar vadinamas punkcija B), kai K-B ir E-B sandūros sujungiamos. Dėl šio reiškinio PP nebeatlieka savo funkcijos.

Veikimo režimai

Bipolinis tranzistorius gali veikti 4 režimais:

1. Aktyvus.
2. Ribinė vertė (PO).
3. prisotinimas (SS).
4. Barjeras (RB).

BT aktyvusis režimas gali būti įprastas (NAR) ir atvirkštinis (IAR).

Įprastas aktyvusis režimas

Šiuo režimu E-B sandūroje teka U, kuri yra tiesioginė ir vadinama E-B įtampa (Ue-B). Šis režimas laikomas optimaliu ir naudojamas daugumoje grandinių. E sandūra į bazės sritį įleidžia krūvius, kurie juda kolektoriaus link. Pastarasis pagreitina įkrovas ir sukuria stiprinimo efektą.

Atvirkštinis aktyvusis režimas

Šiuo režimu K-B sandūra yra atvira. BT veikia priešinga kryptimi, t. y. iš K injektuojami skyliniai krūvininkai, einantys per B. Juos surenka perėjimas E. BT stiprinimo savybės yra silpnos, todėl šiuo režimu BT naudojami retai.

Soties režimas

PH atveju abi jungtys yra atviros. Prijungus E-B ir K-B prie išorinių šaltinių tiesiogine kryptimi, BT veiks PH režimu. E ir K sandūrų difuzinį elektromagnetinį lauką slopina išorinių šaltinių sukuriamas elektrinis laukas. Dėl to sumažėja barjero talpa ir apribojama pagrindinių krūvininkų nešiklių sklaida. Taip pradedamos injektuoti skylės iš E ir K į B. Šis režimas dažniausiai naudojamas analoginėje technologijoje, tačiau kai kuriais atvejais gali būti išimčių.

Atjungimo režimas

Šiuo režimu BT yra visiškai uždarytas ir negali praleisti srovės. Tačiau BT yra nedideli ne pagrindinių krūvio nešiklių srautai, sukuriantys nedideles šilumines sroves. Šis režimas naudojamas įvairių tipų apsaugai nuo perkrovos ir trumpojo jungimo.

Barjerinis režimas

BT bazė per rezistorių prijungta prie K. Į K arba E grandinę įjungtas rezistorius, kuriuo nustatomas per BT tekančios srovės (I) dydis. BR dažnai naudojamas grandinėse, nes jis leidžia BT veikti bet kokiu dažniu ir didesniame temperatūrų diapazone.

Laidų schemos

Norint teisingai pritaikyti ir prijungti PD, reikia žinoti jų klasifikaciją ir tipą. Bipolinių tranzistorių klasifikacija:

1. Gamybos medžiaga: germanis, silicis ir arsenido galis.
2. Gamybos ypatybės.
3. Energijos išsklaidymas: maža galia (iki 0,25 W), vidutinė galia (0,25-1,6 W), didelė galia (daugiau nei 1,6 W).
4. Dažnio riba: žemas dažnis (iki 2,7 MHz), vidutinis dažnis (2,7-32 MHz), aukštas dažnis (32-310 MHz), itin aukštas dažnis (virš 310 MHz).
5. Funkcinė paskirtis.

Pagal funkcinę paskirtį BT skirstomi į šiuos tipus:

1. Žemo dažnio stiprintuvai su normalizuotu ir nenormalizuotu triukšmo koeficientu (NNNFS).
2. Aukšto dažnio stiprintuvai su mažu triukšmo koeficientu (LNNKNSH).
3. Itin aukšto dažnio stiprintuvas su NiNNSCh.
4. Didelės galios aukštos įtampos stiprintuvas.
5. Aukšto ir itin aukšto dažnio generatorius
6. Mažos galios ir didelės galios aukštos įtampos komutaciniai stiprintuvai.
7. Didelės impulsinės galios didelės U vertės veikimas.

Be to, yra bipolinių tranzistorių tipų:

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

Yra trys bipolinio tranzistoriaus perjungimo grandinės, kurių kiekviena turi savų privalumų ir trūkumų:

1. Bendrasis B.
2. Bendra E.
3. Bendra K.

Bendro pagrindo (CB) jungtis

Ši grandinė naudojama esant aukštiems dažniams, kad būtų galima optimaliai išnaudoti dažninę charakteristiką. Prijungus vieną CT OhB, o po to OB režimu, padidės jo dažninė charakteristika. Ši jungimo schema naudojama antenos tipo stiprintuvuose. Sumažėja aukštų dažnių triukšmo lygis.

Privalumai:

1. Optimalios temperatūros vertės ir platus dažnių diapazonas (f).
2. Didelė Uk vertė.

Trūkumai:

1. Mažas I prieaugis.
2. Maža įvestis R.

Atviro emiterio (OhE) jungtis

Sujungus į šią grandinę, įvyksta U ir I stiprinimas. Schema gali būti maitinama iš vieno šaltinio. Jis dažnai naudojamas galios stiprintuvuose (P).

Privalumai:

1. Didelis I, U, P prieaugis.
2. Vienas maitinimo šaltinis.
3. Jis invertuoja išėjimo kintamąjį U įėjimo atžvilgiu.

Jis turi didelį trūkumą: žemesnis temperatūros stabilumas ir prastesnė dažnio charakteristika nei O-žiedo jungtis.

Bendra kolektoriaus jungtis (OC)

Visas įvesties U perduodamas atgal į įvestį, o Ki yra panašus į Oh jungties Ki, tačiau U yra mažas.

Šis perjungimo tipas naudojamas tranzistoriniams laipsniams suderinti arba su įvesties šaltiniu, kurio išėjimo R yra didelis (kondensatoriaus tipo mikrofonas arba garso imtuvas). Privalumai - didelė įėjimo R-vertė ir maža išėjimo R-vertė. Trūkumas - mažas U-stiprinimas.

Pagrindinės bipolinių tranzistorių charakteristikos

Pagrindinės BT charakteristikos:

1. I- pelnas.
2. Įvestis ir išvestis R.
3. Atvirkštinė I-ke.
4. Įjungimo laikas.
5. Perdavimo dažnis Ib.
6. Atvirkštinis Ik.
7. Didžiausia I vertė.

Paraiškos

Bipoliniai tranzistoriai plačiai naudojami visose žmogaus veiklos srityse. Dažniausiai naudojami stiprinimo, elektrinių signalų generavimo prietaisuose ir kaip perjungimo elementas. Jie naudojami įvairiuose galios stiprintuvuose, įprastiniuose ir impulsiniuose maitinimo šaltiniuose su U ir I valdymu bei kompiuterinėje technikoje.

Be to, jie dažnai naudojami kuriant įvairias vartotojų apsaugos nuo perkrovų, šuolių U ir trumpųjų jungimų priemones. Jie plačiai naudojami kalnakasybos, metalurgijos pramonėje.

Susiję straipsniai: