Схема биполярный транзистор: Схемы включения биполярных транзисторов – ООО «УК Энерготехсервис»

Схемы Подключения Биполярных Транзисторов – tokzamer.ru

В импортных усилителях очень часто применяется мощная комплементарная пара 2SA и 2SC Мы рассмотрим их позднее при подробном изучении схемы усилительного каскада с общим эмиттером.

Характеристики транзистора, включенного по схеме об

Смотрите также: Энергоаудит предприятия для чего и когда проводится

Схема с общей базой

При этом входное сопротивление очень мало, а выходное — велико.

Напомним, что реактивное сопротивление конденсатора Хс, Ом, можно вычислить по формуле: Для постоянного тока реактивное сопротивление конденсаторов стремится к бесконечности. В выходной цепи для сигнала требуется нагрузка. Кроме биполярных существуют униполярные полевые транзисторы, у которых используется лишь один тип носителей — электроны или дырки.

Активный режим транзистора — это нормальный режим работы транзистора. Самая верхняя характеристика в точке А пересекается с прямой нагрузки, после которой при дальнейшем увеличении IВ коллекторный ток уже не изменяется.

Это усиление осуществляется за счет энергии источника питания. Напряжение 0,6В это напряжение на переходе Б—Э, и при расчетах о нем не следует забывать!

Схемы включения биполярных транзисторов при объединении режимов отсечки и насыщения позволяют создавать с их помощью электронные ключи. Достоинства каскада по схеме с общим эмиттером: 1. Для того, чтобы лучше понять, как работает эмиттерная стабилизация, надо рассмотреть схему включения транзистора с общим коллектором ОК.

Схема включения биполярного транзистора с общим коллектором

Работа транзистора в ключевом режиме Прежде, чем изучать работу транзистора в режиме усиления сигнала, стоит вспомнить, что транзисторы часто используются в ключевом режиме. Эмиттерные повторители схемы с общим коллектором применяют для согласования высокого выходного сопротивления источника сигнала с низким входным сопротивлением нагрузки. Быстродействие БТ зависит от толщины базового слоя БС. Теперь проследим саму работу данной схемы: источник питания 1.

Отсюда и большой разброс коэффициента усиления у транзисторов взятых даже из одной коробки читай одной партии. И модельный ряд постоянно увеличивается, позволяя решать практически все задачи, поставленные разработчиками. Рисунок 7. Следовательно, для усилителей постоянного тока нижняя граничная частота усиления равна нулю переходные конденсаторы не требуются, а для разделения каскадов необходимо предусматривать специальные меры. На рисунке изображена схема работы транзистора в ключевом режиме.

Характеристики транзистора, включённого по схеме оэ:

Основные элементы схемы: транзистор, резистор RL и цепь выхода усилителя с внешним питанием.

Благодаря незначительной толщине слоя микроны и большой величине градиента концентрации отрицательно заряженных частиц, почти все из них попадают в область коллектора, хотя сопротивление базы достаточно велико. Где транзисторы купить? Транзисторы по праву считаются одним из великих открытий человечества.

При работе в активном режиме на эмиттерном переходе напряжение прямое, а на коллекторном — обратное. Его также обозначают как Исходы из выше сказанного транзистор может работать в четырех режимах: Режим отсечки транзистора — в этом режиме переход база-эмиттер закрыт, такое может произойти когда напряжение база-эмиттер недостаточное. Во — первых усиление каскада зависит от конкретного экземпляра транзистора: заменил транзистор при ремонте, — подбирай заново смещение, выводи на рабочую точку.

Ответ может быть да а может и нет. Поскольку ток коллектора в десятки раз больше тока базы, этим объясняется тот факт, что коэффициент усиления по току составляет десятки единиц. Схема с общим коллектором ОК Практические варианты схем включения транзисторов структуры п-р-п и р-п-р приведены на рис. В литературе такое название почему-то почти не встречается, а вот в кругу радиоинженеров и радиолюбителей используется повсеместно, всем сразу понятно, о чем идет речь.

Читайте также: Снип по прокладке кабеля в земле

Схемы включения биполярного транзистора

Ваш email:. Для того чтобы без расчетов первоначально оценить величины RC-элементов, входящих в состав схем рис. Поэтому плотность компоновки элементов в МОП- интегральных схемах значительно выше. Коллектор имеет более положительный потенциал , чем эмиттер Как я уже говорил цепи база — коллектор и база -эмиттер работают как диоды Каждый транзистор характеризуется предельными значениями, такими как ток коллектора, ток базы и напряжение коллектор-эмиттер.

Такое состояние называют рабочей точкой транзистора, в этом случае коэффициент усиления каскада максимален. Граница на втором коллекторном переходе при этом закрыта, и через нее ток протекать не должен. Такой режим работы транзистора рассматривался уже давно. Повышение частоты приводит к снижению реактивной ёмкости коллекторного перехода, что приводит к его существенному шунтированию и ухудшению усилительных свойств каскада. Выводы транзистора звонятся как два диода, соединенные в общей точке в области базы транзистора.

Устройство и принцип действия

В биполярном транзисторе используются два типа носителей заряда — электроны и дырки, отчего такие транзисторы и называются биполярными. Нагрузкой каскада является эмиттерный резистор R2, входной сигнал подается через конденсатор C1, а выходной снимается через конденсатор C2. Сопротивление нагрузки можно изменять в широких пределах, правда, при этом особо усердствовать не надо. Коэффициент усиления транзистора зависит от толщины базы, поэтому изменить его нельзя.

Биполярный транзистор / Хабр

1. Основные сведения

Биполярным транзистором называется трехэлектродный усилительный полупроводниковый прибор, имеющий трехслойную p-n-p, либо n-p-n структуру с двумя взаимодействующими (ключевое слово) p-n переходами.

Свое имя «TRANSferresISTOR» (дословно – «переходное сопротивление») этот полупроводниковый прибор получил в 1948 году от Уильяма Шокли. Термин «биполярный» подчеркивает тот факт, что принцип действия транзистора основан на взаимодействии с электрическим полем частиц обоих знаков –  как дырок, так и электронов.

Рис. 1. Упрощенный вид внутреннего устройства биполярного транзистора p-n-p структуры.

На рис. 1 показан упрощенный вид внутренней структуры объемного маломощного биполярного p-n-p транзистора. Крайнюю слева р⁺ область называют эмиттером. Промежуточная n область называется базой. Крайняя p область справа – коллектор. Электронно-дырочный переход между эмиттером и базой называют эмиттерным, а между базой и коллектором – коллекторным.

Для того, чтобы уменьшить интенсивность процессов рекомбинации дырок в базе, необходимо выполнить условие , то есть физическая толщина базы должна быть меньше диффузионной длины. Это означает автоматическое выполнение условия , что обуславливает взаимодействие переходов.

Эмиттер предназначен для инжекции дырок в базу. Область эмиттера имеет небольшие размеры, но большую степень легирования –  концентрация акцепторной примеси N_A в эмиттере кремниевого транзистора достигает ~ 10¹⁷ – 10¹⁸ ат/см³ (этот факт обозначен символом р⁺).   Область базы легирована нормально – концентрация донорной примеси N_D в ней составляет ~ 10¹³ – 10¹⁴ ат/cм³.  В этом случае эмиттерный переход получается резко несимметричным, поскольку обедненная зона располагается, в основном, в базе. Диффузия носителей становится односторонней, так как резко уменьшается встречный поток электронов из базы в эмиттер, что также уменьшает интенсивность процессов рекомбинации дырок в базе.

Теперь выделим еще раз особенности структуры, которые обеспечивают хорошие усилительные свойства транзистора, уменьшая интенсивность процессов рекомбинации:

Область коллектора имеет наибольшие размеры, поскольку в его функцию входит экстракция носителей, диффундировавших через базу.  Кроме того, на коллекторе рассеивается большая мощность, что требует эффективного отвода тепла. 

Биполярные транзисторы, как правило, изготавливаются из кремния, германия или арсенида галлия. По технологии изготовления биполярные транзисторы делятся на сплавные, диффузионные и эпитаксиальные.

Биполярные транзисторы являются усилительными приборами и, поэтому, применяются для построения схем усилителей, генераторов и преобразователей электрических сигналов в широком диапазоне частот (от постоянного тока до десятков гигагерц) и мощности (от десятков милливатт до сотен ватт). В соответствии с этим биполярные транзисторы делятся на группы по частоте:

1. низкочастотные­ не более 3 МГц;

2. средней частоты – от 3 МГц до 30МГц;

3. высокочастотные- от 30 МГц до 300 МГц;

4. сверхвысокочастотные – более 300 МГц

По мощ­ности выделяют следующем образом:

• маломощные – не более 0,3 Вт;

• средней мощности – от 0,3 Вт до1,5 Вт;

• большой мощности – более 1,5 Вт.

В настоящее время парк биполярных транзисторов очень разнообразен. Сюда входят как обычные транзисторы, которые работают в самых различных аналоговых, импульсных и цифровых устройствах, так и специальные, например, лавинные тран­зисторы, предназначенные для формирования мощных импульсов наносе­кундного диапазона. Следует упомянуть многоэмиттерные, а также составные биполярные транзисторы (транзисторы Дарлингтона), обладающие очень высоким коэффициентом передачи тока.

2. Принцип действия

Рассмотрим активный режим работы транзистора, когда эмиттерный переход открыт прямым смещением U_эб, а коллекторный закрыт обратным смещением U_кб. Для этого воспользуемся одномерной моделью транзистора, которая показана на рис. 2. Модель характерна тем, что все физические величины зависят только от продольной координаты, поперечные же размеры бесконечны. Стрелками на рисунке обозначены положительные направления токов (от «+» к «–»), дырки обозначены открытыми, а электроны – закрытыми кружками.   Сокращения: ЭП – эмиттерный переход, КП – коллекторный переход.

Рис. 2. Иллюстрация принципа действия биполярного транзистора p-n-p структуры.

Предположим, что в начальный момент времени ключ «К» разомкнут. Эмиттерный переход закрыт, поскольку потенциальный барьер в обедненной области перехода запрещает диффузию носителей, несмотря на огромный градиент концентраций на переходе – дырок слева 10¹⁷см^-3, а справа 10⁶см^-3. Это режим отсечки. Транзистор закрыт, существует только небольшой обратный тепловой ток обратно смещенного коллекторного перехода.

Теперь замкнем ключ «К». Потенциальный барьер понижается вследствие частичной компенсации внутреннего электрического поля встречно направленным внешним электрическим полем источника U_эб. Начинается процесс диффузии, вследствие огромного градиента концентраций дырок между эмиттером и базой. Дырки диффундируют или инжектируются из эмиттера в базу, где меняют статус – становятся неосновными. Для неосновных носителей нет потенциального барьера, другими словами, диффундируя через базу в направлении коллекторного перехода, они попадают во втягивающее поле коллекторного перехода и экстрагируются в область коллектора. В цепи коллектора эти дырки создают дрейфовый ток, пропорциональный току эмиттера:

(2.1)

где α – доля дырок, достигших коллектора, или коэффициент передачи тока эмиттера.  Поскольку небольшая часть дырок, инжектированных из эмиттера в базу, все же успевает рекомбинировать, то всегда α <1. При достаточно тонкой базе α может доходить до 0,99 и более. Уменьшение концентрации электронов в базе в результате рекомбинации восполняется потоком электронов от внешнего источника U_эб через внешний вывод базы. Таким образом внутренний ток рекомбинации, являющийся дырочным, полностью компенсируется электронным током через электрод базы:

(2. 2)

В цепи коллектора кроме управляемого тока протекает неуправляемый дрейфовый обратный ток I_кб0, обусловленный, в основном, тепловой генерацией электронно-дырочных пар в объеме перехода. Этот ток очень мал, он не зависит от напряжения U_кб, а зависит только от температуры.  Обратный ток коллектора I_кб0 измеряется при разомкнутой цепи эмиттера, о чем говорит индекс «0» (ноль).

Полный ток, протекающий во внешней цепи коллектора, имеет дырочный характер и равен

                                         (2.3)

В нормальных условиях работы поэтому с хорошей точностью полагают, что ток во внешней цепи коллектора равен

                                               (2.4)

а ток во внешней цепи базы имеет электронный характер и равен

                                       (2. 5)

Согласно первому закону Кирхгофа,

                                         (2.6)

Для удобства, формально, вводят коэффициент передачи тока базы

                                            (2.7)

Коэффициент связан с коэффициентом соотношением

                                              (2.8)

3. Режимы работы и способы включения

Рис. 3.1. Условное обозначение на схеме биполярного транзистора p-n-p структуры и n-p-n структуры .

Условные обозначения биполярного транзистора на схеме, показаны на рис. 3.1, а показано условное графическое обозначение биполярного транзистора по ГОСТ для формата листа А4. Стрелка на выводе эмиттера всегда направлена от «p» к «n», то есть указывает направление прямого тока открытого перехода. Кружок обозначает корпус дискретного транзистора. Для транзисторов в составе интегральных схем он не изображается. На рис. 3.1, б и в показаны структуры p-n-p и n-p-n соответственно. Принцип действия транзисторов обеих структур одинаков, а полярности напряжений между их электродами разные. Поскольку в транзисторе два перехода (эмиттерный и коллекторный) и каждый из них может находиться в двух состояниях (открытом и закрытом), различают четыре режима работы транзистора.

• Активный режим, когда эмиттерный переход открыт, а коллекторный закрыт. Активный режим работы является основным и используется в усилительных схемах.

• Режим насыщения– оба перехода открыты.

• Режим отсечки– оба перехода закрыты.

• Инверсный режим– эмиттерный переход закрыт, коллекторный – открыт.

В большинстве транзисторных схем транзистор рассматривается как четырехполюсник. Поэтому для такого включения один из выводов транзистора должен быть общим для входной и выходной цепей.

Соответственно различают три схемы включения транзистора, которые показаны на рис. 3.2: а) с общей базой (ОБ), б) общим эмиттером (ОЭ) и в) общим коллектором (ОК).  На рисунке указаны положительные направления токов, а полярности напряжений соответствуют активному режиму работы.

Рис. 3.2. Схемы включения транзистора слева направо: схема с ОБ, ОЭ и ОК.

В схеме ОБ входную цепь является цепь эмиттера, а выходной – цепь коллектора.  Эта схема наиболее проста для анализа, поскольку напряжение U_эб прикладывается к эмиттерному переходу, а напряжение U_кб – к коллекторному, причем источники имеют разные знаки.

В схеме ОЭ входной цепью является цепь базы, а выходной – цепь коллектора. Напряжение U_бэ> 0 прикладывается непосредственно к эмиттерному переходу и открывает его. Напряжение U_кэ той же полярности распределяется между обоими переходами: U_кэ = U_кб + U_бэ. Для того чтобы коллекторный переход был закрыт, необходимо выполнить условие U_кб = U_кэ –  U_бэ> 0, что обеспечивается неравенством U_кэ> U_бэ

> 0.

В схеме ОК входной цепью является цепь базы, а выходной – цепь эмиттера.

4. Статические вольт-амперные характеристики

Транзистор, как любой четырехполюсник, можно охарактеризовать четырьмя величинами – входными и выходными напряжениями и токами: U_вх = U₁, U_вых = U₂, I_вх = I₁, I_вых = I₂. Функциональные зависимости между этими постоянными величинами называются статическими характеристиками транзистора. Чтобы установить функциональные связи между указанными величинами, необходимо две из них взять в качестве независимых аргументов, а две оставшиеся выразить в виде функций этих независимых аргументов. Как правило, применительно к биполярному транзистору в качестве независимых аргументов выбирают входной ток и выходное напряжение.   В этом случае

                                              (4.1)

Обычно соотношения (4.1) представляют в виде функций одного аргумента. Для этого второй аргумент, называемый параметром характеристики, фиксируют. В основном, используют два типа характеристик транзистора:

                                       (4.2)

                                     (4.3)

Следует отметить, что общепринято представление вольт-амперной характеристики как функции тока от напряжения, поэтому входная характеристика используется в виде обратной функции

                                    (4.4)

 Статические характеристики транзистора могут задаваться аналитическими выражениями, но в большинстве случаев их представляют графически в виде семейства характеристик, которые и приводятся в справочниках.

4.1. Статические характеристики в схеме с ОБ

В схеме с ОБ (рис. 3.2.а) входным током является ток эмиттера I_э, а выходным – ток коллектора I_к, соответственно, входным напряжением является напряжение U_эб, а выходным – напряжение U_кб.

Входная характеристика в схеме ОБ представлена зависимостью

                                       (4.5)

которая, в свою очередь, является прямой ветвью вольт-амперной характеристики эмиттерного перехода. Семейство входных характеристик кремниевого n-p-n транзистора показано на рис. 4.1, а. Зависимость I_э от U_кб как от параметра связана с эффектом Эрли: увеличение обратного смещения коллекторного перехода U_кб уменьшает эффективную толщину базы W, что приводит к некоторому росту I_э. Это проявляется в смещении входной характеристики в сторону меньших значений . Режиму отсечки формально соответствует обратное напряжение U_эб> 0, хотя реально эмиттерный переход остается закрытым () и при прямых напряжениях .

Выходная характеристика транзистора в схеме ОБ представляет собой зависимость

                                    (4.6)

Семейство выходных характеристик n-p-n транзистора показано на рис. 4.1, б. Форма кривых в активной области соответствует форме обратной ветви вольт-амперной характеристики коллекторного перехода.

Рис. 4.1. Семейства входных (а) и выходных (б) характеристик биполярного транзистора в схеме с ОБ.

Выражение для идеализированной выходной характеристики в активном режиме имеет вид

                                             (4.7)

Отсюда следует, что ток коллектора определяется только током эмиттера и не зависит от напряжения U_кб, т. е. характеристики в активном режиме расположены параллельно оси абсцисс. На практике же при увеличении U_кб имеет место небольшой рост I_к, связанный с эффектом Эрли, характеристики приобретают очень незначительный наклон. Кроме того, в активном режиме характеристики практически эквидистантны (расположены на одинаковом расстоянии друг от друга), и лишь при очень больших токах эмиттера из-за уменьшения α кривые несколько приближаются друг к другу.

При I_э = 0 транзистор находится в режиме отсечки и в цепи коллектора протекает только неуправляемый тепловой ток (I_к = I_кб0).

В режиме насыщения на коллекторном переходе появляется открывающее его прямое напряжение U_кб, большее порогового значения U_{кб пор}, и возникает прямой диффузионный ток навстречу нормальному управляемому току I_к.  Этот ток называют инверсным.  Инверсный ток резко увеличивается с ростом , в результате чего  I_к очень быстро уменьшается и, затем, меняет знак.

 

4.2. Статические характеристики в схеме с ОЭ

В схеме с ОЭ (рис. 3.2, б) входным током является ток базы I_б, а выходным – ток коллектора I_к. Соответственно, входным напряжением является напряжение U_бэ, а выходным – U_кэ. 

Рис. 4.2. Семейства входных (а) и выходных характеристик (б) биполярного транзистора в схеме с ОЭ.

Входная характеристика в схеме с ОЭ представляет собой зависимость

                                     (4.8)

что, как и в схеме с ОБ, соответствует прямой ветви вольт-амперной характеристики эмиттерного перехода.

Семейство входных характеристик кремниевого n-p-n транзистора показано на рис. 4.2, а. Зависимость тока базы I_б от напряжения на коллекторе U_кэ, как и в предыдущем случае, обусловлена эффектом Эрли. Уменьшение эффективной ширины базы W с ростом U_кэ приводит к уменьшению тока рекомбинации, а, следовательно, тока базы в целом. В результате, характеристики смещаются в сторону больших значений U_бэ. Следует отметить, что I_б = 0 при некотором значении U_пор> 0, когда рекомбинационный ток (1-α)I_э становится равным тепловому току I_кэ0. При U_бэ <U_пор, I_б = – I_кэ0, что соответствует режиму отсечки.

 При U_кэ <U_бэ открывается коллекторный переход, и транзистор переходит в режим насыщения. В этом режиме вследствие двойной инжекции в базе накапливается очень большой избыточный заряд электронов, интенсивность рекомбинации которых с дырками резко возрастает, и ток базы стремительно растет.  

Выходная характеристика в схеме с ОЭ представляет собой зависимость

                                     (4.9)

Семейство выходных характеристик показано на рис. 7.6б.  Для получения идеализированной выходной характеристики в активном режиме из соотношения (2. 2), учитывая (2.6), исключим ток эмиттера. Тогда

                            (4.10)

Ток I_кэ0 называют сквозным тепловым током транзистора, причем, как видно из (4.11),

                                           (4.11)

Семейство выходных характеристик целиком расположено в первом квадранте. Данный факт обусловлен тем, что в схеме с ОЭ напряжение U_кэ распределено между обоими переходами.  При U_кэ <U_бэ напряжение на коллекторном переходе меняет знак и становится прямым. В результате транзистор переходит в режим насыщения при U_кэ> 0. В режиме насыщения характеристики сливаются в одну линию, т.е. I_к становится неуправляемым и не зависит от тока базы.

Как видно из рис. 4.2 .б, в активном режиме кривые проходят под углом к оси абсцисс, причем этот угол увеличивается с ростом тока базы.   Такое поведение кривых обусловлено эффектом Эрли. Однако рост I_к при увеличении U_кэ выражен значительно ярче, чем в схеме с ОБ, поскольку в активном режиме эмиттерный переход приоткрыт падением напряжения на материале базы в результате протекания коллекторного тока. Это приводит к дополнительному увеличению коллекторного тока I_к с ростом напряжения U_кэ. Этим же объясняется отсутствие эквидистантности и наличие в β раз большего, чем I_кб0, сквозного теплового тока I_кэ0 (4.11). 

Схема, принцип работы, характеристики биполярных транзисторов

Обновлена: 17 Мая 2022 3153 0

Поделиться с друзьями

Биполярные транзисторы – электронные полупроводниковые приборы, отличающиеся от полевых способом переноса заряда. В полевых (однополярных) транзисторах, используемых в основном в цифровых устройствах, заряд переносится или дырками, или электронами. В биполярных же в процессе участвуют и электроны, и дырки. Биполярные транзисторы, как и другие типы транзисторов, в основном используются в качестве усилителей сигнала. Применяются в аналоговых устройствах. Особенности устройства биполярного транзистора Биполярный транзистор включает в себя три области: эмиттер; базу – очень тонкую, которая изготавливается из слаболегированного полупроводника, сопротивление этой области высокое; коллектор – его область больше по размерам, чем область эмиттера. К каждой области припаяны металлоконтакты, служащие для подсоединения прибора в электроцепь. Электропроводность коллектора и эмиттера одинакова и противоположна электропроводности базы. В соответствии с видом проводимости областей, различают p-n-p или n-p-n приборы. Устройства являются несимметричными из-за разницы в площади контакта – между эмиттером и базой она значительно ниже, чем между базой и коллектором. Поэтому К и Э поменять местами путем смены полярности невозможно. Принцип работы биполярного транзистора Этот тип транзистора имеет два перехода: электронно-дырочный между эмиттером и базой – эмиттерный; между коллектором и базой – коллекторный. Дистанция между переходами маленькая. Для высокочастотных деталей она составляет менее 10 мкм, для низкочастотных – до 50 мкм. Для активации прибора на него подают напряжение от стороннего ИП. Принцип действия биполярных транзисторов с p-n-p и n-p-n переходами одинаков. Переходы могут функционировать в прямом и обратном направлениях, что определяется полярностью подаваемого напряжения. Режимы работы биполярных транзисторов Режим отсечки Переходы закрыты, прибор не работает. Этот режим получают при обратном подключении к внешним источникам. Через оба перехода протекают обратные малые коллекторные и эмиттерные токи. Часто считается, что прибор в этом режиме разрывает цепь. Активный инверсный режим Является промежуточным. Переход Б-К открыт, а эмиттер-база – закрыт. Ток базы в этом случае значительно меньше токов Э и К. Усиливающие характеристики биполярного транзистора в этом случае отсутствуют. Этот режим востребован мало. Режим насыщения Прибор полностью открыт. Оба перехода подключаются к источникам тока в прямом направлении. При этом снижается потенциальный барьер, ограничивающий проникновение носителей заряда. Через эмиттер и коллектор начинают проходить токи, которые называют «токами насыщения». Схемы включения биполярных транзисторов В зависимости от контакта, на который подается источник питания, различают 3 схемы включения приборов. С общим эмиттером Эта схема включения биполярных транзисторов обеспечивает наибольшее увеличение вольтамперных характеристик (ВАХ), поэтому является самой востребованной. Минус такого варианта – ухудшение усилительных свойств прибора при повышении частоты и температуры. Это означает, что для высокочастотных транзисторов рекомендуется подобрать другую схему. С общей базой Применяется для работы на высоких частотах. Уровень шумов снижен, усиление не очень велико. Каскады приборов, собранные по такой схеме, востребованы в антенных усилителях. Недостаток варианта – необходимость в двух источниках питания. С общим коллектором Для такого варианта характерна передача входного сигнала обратно на вход, что существенно уменьшает его уровень. Коэффициент усиления по току – высокий, по напряжению – небольшой, что является минусом этого способа. Схема приемлема для каскадов приборов в случаях, если источник входного сигнала обладает высоким входным сопротивлением. Какие параметры учитывают при выборе биполярного транзистора? Материал, из которого он изготовлен, – арсенид галлия или кремний. Частоту. Она может быть – сверхвысокая (более 300 МГц), высокая (30-300 МГц), средняя – (3-30 МГц), низкая (менее 3 МГц). Максимальную рассеиваемую мощность. Была ли статья полезна? Да Нет Оцените статью Что вам не понравилось? Другие материалы по теме Анатолий Мельник Специалист в области радиоэлектроники и электронных компонентов. Консультант по подбору деталей в компании РадиоЭлемент.

интегральная схема | Типы, использование и функции

интегральная схема

Посмотреть все СМИ

Ключевые люди:

Роберт Нойс Джек Килби Моррис Чанг Роберт Х. Деннард

Похожие темы:

микропроцессор звуковая карта компьютерный чип видеокарта регистр

Просмотреть весь связанный контент →

Сводка

Прочтите краткий обзор этой темы

интегральная схема (ИС) , также называемая микроэлектронной схемой , микрочипом или микросхемой , сборка электронных компонентов, изготовленная как единое целое, в которой миниатюрные активные устройства (например, транзисторы и диоды) и пассивные устройства (например, конденсаторы и резисторы) и их соединения построены на тонкой подложке из полупроводникового материала (обычно кремния).

Таким образом, результирующая схема представляет собой небольшой монолитный «чип», размер которого может составлять всего несколько квадратных сантиметров или всего несколько квадратных миллиметров. Отдельные компоненты схемы обычно имеют микроскопические размеры.

Интегральные схемы появились благодаря изобретению транзистора в 1947 году Уильямом Б. Шокли и его командой в Bell Laboratories Американской телефонной и телеграфной компании. Команда Шокли (включая Джона Бардина и Уолтера Х. Браттейна) обнаружила, что при определенных обстоятельствах электроны образуют барьер на поверхности некоторых кристаллов, и они научились контролировать поток электричества через кристалл, манипулируя этим барьером. Управление потоком электронов через кристалл позволило команде создать устройство, которое могло бы выполнять определенные электрические операции, такие как усиление сигнала, которые ранее выполнялись электронными лампами. Они назвали это устройство транзистором, от сочетания слов передача и резистор . Изучение методов создания электронных устройств с использованием твердых материалов стало называться твердотельной электроникой. Твердотельные устройства оказались намного прочнее, с ними проще работать, они надежнее, меньше и дешевле, чем электронные лампы. Используя те же принципы и материалы, инженеры вскоре научились создавать другие электрические компоненты, такие как резисторы и конденсаторы. Теперь, когда электрические устройства можно было сделать такими маленькими, самой большой частью схемы была неудобная проводка между устройствами.

Знать, как работает ICL 2966, мейнфрейм с интегральной схемой

Просмотреть все видео к этой статье

В 1958 году Джек Килби из Texas Instruments, Inc. и Роберт Нойс из Fairchild Semiconductor Corporation независимо друг от друга придумали способ еще больше уменьшить размер схемы . Они прокладывали очень тонкие дорожки из металла (обычно из алюминия или меди) прямо на том же куске материала, что и их устройства. Эти маленькие дорожки действовали как провода. С помощью этого метода вся схема может быть «интегрирована» в единый кусок твердого материала и таким образом создана интегральная схема (ИС). ИС могут содержать сотни тысяч отдельных транзисторов на одном куске материала размером с горошину. Работать с таким количеством электронных ламп было бы нереально неудобно и дорого. Изобретение интегральной схемы сделало возможными технологии информационного века. В настоящее время интегральные схемы широко используются во всех сферах жизни, от автомобилей до тостеров и аттракционов в парках развлечений.

Базовые типы ИС

Аналоговые или линейные схемы обычно используют только несколько компонентов и, таким образом, являются одними из самых простых типов ИС. Как правило, аналоговые схемы подключаются к устройствам, которые собирают сигналы из окружающей среды или отправляют сигналы обратно в окружающую среду. Например, микрофон преобразует изменчивые звуки голоса в электрический сигнал переменного напряжения. Затем аналоговая схема модифицирует сигнал каким-либо полезным образом, например, усиливая его или фильтруя нежелательные шумы. Затем такой сигнал можно было бы подать обратно в громкоговоритель, который воспроизвел бы тоны, первоначально улавливаемые микрофоном. Другим типичным применением аналоговой схемы является управление некоторым устройством в ответ на постоянные изменения в окружающей среде. Например, датчик температуры посылает переменный сигнал на термостат, который можно запрограммировать на включение и выключение кондиционера, обогревателя или духовки, как только сигнал достигнет определенного значения.

Викторина “Британника”

Компьютеры и операционные системы

Как Интернет перемещает информацию между компьютерами? Какая операционная система сделана Microsoft? Войдите в этот тест и проверьте свои знания о компьютерах и операционных системах.

Цифровая схема, с другой стороны, рассчитана на прием только напряжений определенных заданных значений. Схема, которая использует только два состояния, известна как двоичная схема. Схема с двоичными величинами, «включено» и «выключено», представляющими 1 и 0 (т. е. истинное и ложное), использует логику булевой алгебры. (Арифметика также выполняется в двоичной системе счисления с использованием булевой алгебры.) Эти основные элементы объединяются в конструкции ИС для цифровых компьютеров и связанных с ними устройств для выполнения желаемых функций.

Биполярный переходной транзистор (BJT) – Работа, типы и применение

Содержание

История

Биполярный переходной транзистор (BJT) был изобретен Уильямом Шокли и Джоном Бардином. Хотя первый транзистор был изобретен 70 лет назад, но до сих пор он изменил мир от загадочных больших компьютеров до маленьких смартфонов. Изобретение транзистора изменило концепцию электрических схем на интегральных схем (ИС). В настоящее время использование BJT сокращается, потому что технология CMOS используется при разработке цифровых ИС.

Что такое BJT — биполярный транзистор ?

Биполярный переходной транзистор (BJT) представляет собой двунаправленное устройство, в котором в качестве носителей заряда используются как электронов , так и отверстий . В то время как однополярный транзистор т.е. полевой транзистор использует только один тип носителей заряда. BJT – это устройство, управляемое током. Ток течет от эмиттера к коллектору или от коллектора к эмиттеру в зависимости от типа соединения. Этот основной ток контролируется очень малым током на базовой клемме.

Конструкция    

Биполярный переходной транзистор образован комбинацией двух легированных полупроводниковых материалов. Другими словами, BJT образован «сэндвичем» из внешних полупроводниковых материалов. Эти внешние полупроводники представляют собой диоды с PN-переходом. Два диода PN-перехода соединены вместе, образуя трехконтактное устройство, известное как BJT-транзистор . BJT представляет собой трехконтактное устройство с двумя переходами.

После легирования собственного полупроводника трехвалентными или пятивалентными примесями получается полупроводник P-типа или полупроводник N-типа соответственно. Если количество электронов больше, чем количество дырок (положительных носителей), то это известно как полупроводниковый материал N-типа. В то время как в полупроводнике P-типа количество дырок больше, чем количество электронов. Когда материалы P-типа и N-типа соединяются вместе, получается диод с PN-переходом . Транзисторы BJT формируются после соединения двух PN-переходов встречно-параллельно. Эти транзисторы известны как транзисторы с биполярным переходом PNP или NPN в зависимости от того, какой тип транзистора – P или N – зажат.

В основном транзисторы состоят из трех частей и двух переходов. Эти три части называются Излучатель , Коллектор, и База . Между эмиттером и коллектором находится база. Средняя часть (база) образует два перехода с эмиттером и коллектором. Соединение базы с эмиттером известно как 9.0025 Соединение эмиттер-база , в то время как соединение базы с коллектором известно как соединение коллектор-база .

Клеммы BJT

Есть три клеммы BJT. Эти клеммы известны как коллектор , эмиттер и база . Эти терминалы кратко обсуждаются здесь.

Эмиттер

Эмиттер — это часть на одной стороне транзистора, которая испускает электроны или дырки на две другие части. База всегда имеет обратное смещение по отношению к эмиттеру, так что она может излучать большое количество большинство операторов связи . Это наиболее сильно легированная область BJT. Переход эмиттер-база всегда должен иметь прямое смещение как в транзисторах PNP, так и в транзисторах NPN. Эмиттер поставляет электроны к переходу эмиттер-база в NPN, в то время как он поставляет дырки в тот же переход в PNP-транзисторе.

Коллектор

Часть на противоположной стороне эмиттера, собирающая испускаемые носители заряда (т.е. электроны или дырки), известна как коллектор . Коллектор сильно легирован, но уровень легирования коллектора находится между уровнем легкого легирования базы и уровнем сильного легирования эмиттера. Переход коллектор-база всегда должен иметь обратное смещение как в транзисторах PNP, так и в транзисторах NPN. Причиной обратного смещения является удаление носителей заряда (электронов или дырок) из перехода коллектор-база. Коллектор транзистора NPN собирает электроны, испускаемые эмиттером. В то время как в транзисторе PNP он собирает дырки, испускаемые эмиттером.

Основание

Основание представляет собой среднюю часть между коллектором и эмиттером и образует между ними два PN перехода. База является наиболее слабо легированной частью биполярного транзистора. Будучи средней частью BJT, он позволяет контролировать поток носителей заряда между эмиттером и коллектором. Переход база-коллектор показывает высокое сопротивление, потому что этот переход имеет обратное смещение.

Тип BJT

Это трехслойное устройство, образованное встречным соединением, имеет определенные названия. Это может быть погода PNP или NPN . Оба соединения здесь кратко не используются.

Конструкция PNP

В биполярном транзисторе PNP полупроводник N-типа зажат между двумя полупроводниками P-типа. Транзисторы PNP могут быть образованы путем соединения катодов двух диодов. Катоды диодов соединены вместе в общей точке, известной как база . В то время как аноды диодов, которые находятся на противоположных сторонах, известны как коллектор 9.0026 и эмиттер .

Переход эмиттер-база имеет прямое смещение, а переход коллектор-база – обратное смещение. Итак, в типе PNP ток течет от эмиттера к коллектору. Эмиттер в этом случае находится под высоким потенциалом как к коллектору, так и к базе.

• По теме: Что такое PNP-транзистор? Строительство, работа и применение

Конструкция NPN

Тип NPN полностью противоположен типу PNP. В биполярном транзисторе NPN полупроводник P-типа зажат между двумя полупроводниками N-типа. Когда аноды двух диодов соединены вместе, получается NPN-транзистор. Ток будет течь от коллектора к эмиттеру, потому что клемма коллектора более положительна, чем эмиттер в соединении NPN.

Разница между символами PNP и NPN заключается в стрелке на эмиттере, которая показывает направление протекания тока. Ток будет течь либо от эмиттера к коллектору, либо от коллектора к эмиттеру. Стрелка на транзисторе PNP направлена ​​внутрь, что показывает протекание тока от эмиттера к коллектору. В случае коллектора NPN стрелка направлена ​​наружу, что показывает протекание тока от коллектора к эмиттеру.

Запись по теме: Что такое транзистор NPN? BJT Строительство, работа и применение

Работа BJT

Слово «транзистор» представляет собой комбинацию двух слов: «Trans» (преобразование) и «istor» (варистор). Таким образом, это означает, что транзистор может изменять свое сопротивление. Сопротивление изменяется таким образом, что оно может действовать как изолятор или проводник, прикладывая небольшое сигнальное напряжение. Эта изменяющаяся способность позволяет ему работать как в качестве «усилителя », так и в качестве «переключателя ». Его можно использовать как переключатель или как усилитель одновременно. Следовательно, BJT может работать в трех разных регионах для выполнения указанной операции.

Активная область:

В активной области одно соединение находится в прямом смещении, а другое — в обратном. Здесь ток базы I _b может использоваться для управления величиной тока коллектора I _c . Следовательно, активная область используется для целей усиления, где BJT действует как усилитель с коэффициентом усиления β с использованием уравнения;

i _c  = β x I _b

Он также известен как линейная область . Эта область находится между областью отсечки и областью насыщения . В этой области происходит нормальная работа BJT.

Область насыщения:

В области насыщения оба соединения BJT находятся в прямом смещении. Эта область используется для включения переключателя, где;

i _c = i _сб

I _sat — ток насыщения и максимальный ток, протекающий между эмиттером и коллектором, когда BJT находится в области насыщения. Поскольку оба перехода находятся в прямом смещении, BJT действует как короткое замыкание.

Область отсечки:

В области отсечки оба перехода BJT находятся в обратном смещении. Здесь BJT работает как выключенное состояние переключателя, где

i _c = 0

Работа в этой области полностью противоположна области насыщения. Внешние источники питания не подключены. Нет тока коллектора и, следовательно, нет тока эмиттера. В этом режиме транзистор работает как выключенное состояние переключателя. Этот режим достигается за счет уменьшения базового напряжения меньше, чем напряжение эмиттера и коллектора.

В _be < 0,7

• Связанный пост: Тиристорный и кремниевый выпрямитель (SCR) – Применение тиристоров

Принцип работы BJT

BJT имеют два соединения, образованных комбинацией двух встречных соединений PN. Переход база-эмиттер (BE) — это прямое смещение, а переход коллектор-эмиттер (CE) — обратное смещение. На BE-переходе потенциальный барьер уменьшается при прямом смещении. Итак, электрон начинает течь от терминала эмиттера к терминалу базы. Поскольку база представляет собой слегка легированный вывод, поэтому очень небольшое количество электронов от вывода эмиттера объединяется с дырками в выводе базы. Из-за комбинации электронов и дырок от базовой клеммы начнет течь ток, известный как Базовый ток (i _b ) . Ток базы составляет всего 2% от тока эмиттера I _e , в то время как остальные электроны будут течь из коллекторного перехода обратного смещения, известного как Коллекторный ток ( i _c ). Общий ток эмиттера будет представлять собой комбинацию тока базы и тока коллектора, определяемую формулой;

I _E = I _B +I _C

, где I _E примерно равна I _C , потому что I _B – почти _C , потому что I _B .

     

Конфигурация BJT

BJT — это трехконтактное устройство, поэтому существует три возможных способа подключения BJT в цепи, где одна клемма является общей среди других. Другими словами, одна клемма является общей между входом и выходом. Каждое соединение по-разному реагирует на входной сигнал, как показано в таблице ниже.

Конфигурации	Коэффициент усиления по напряжению	Коэффициент усиления по току	Увеличение мощности	Входное сопротивление	Полное выходное сопротивление	Фазовый сдвиг
Общая базовая конфигурация	Высокий	Низкий	Низкий	Низкий	Очень высокая	0 градусов
Конфигурация с общим эмиттером	Средний	Средний	Высокий	Средний	Высокий	180 градусов
Конфигурация с общим коллектором	Низкий	Высокий	Средний	Высокий	Низкий	0 градусов

Конфигурация с общей базой:

В конфигурации с общей базой клемма базы является общей для входного и выходного сигналов. Входной сигнал подается между базой и эмиттерной клеммой, а выходной — между базой и коллекторной клеммой.

Выходной сигнал на стороне коллектора меньше, чем входной сигнал на стороне эмиттера. Значит, его выигрыш меньше 1. Другими словами, он « ослабляет» сигнал.

Он имеет неинвертирующий выход, что означает, что и входной, и выходной сигналы совпадают по фазе . Этот тип конфигурации обычно не используется из-за высокого коэффициента усиления по напряжению.

Благодаря очень высокой частотной характеристике эта конфигурация используется для однокаскадного усилителя. Эти однокаскадные усилители можно использовать в качестве радиочастотного усилителя, микрофонного предусилителя.

Усиления общей базовой конфигурации

Усиление напряжения
Коэффициент усиления по току	I c /i e
Усиление сопротивления	R L /R в

Конфигурация общего эмиттера

Как следует из названия, в общем эмиттере эмиттер является общим между входом и выходом. Вход подается между базой и эмиттером, а выход — между коллектором и эмиттером. Это можно просто распознать, взглянув на схему. Если эмиттер заземлен, а вход и выход взяты соответственно с базы и коллектора.

Эта конфигурация имеет самый высокий ток и прирост мощности среди всех трех конфигураций. Причина в том, что вход находится на переходе прямого смещения, поэтому его входное сопротивление очень низкое . В то время как выход берется из перехода обратного смещения, поэтому его выходное сопротивление очень велико.

Ток эмиттера в этой конфигурации равен сумме токов базы и коллектора. Дан в уравнении как;

I _E = I _C + I _B

, где I _E – ток Эмиттер

. Эта конфигурация имеет высокий ток, который составляет I _C

/ / / / /

/

/

/

/

/

/

/

/

/

/

/

/

/

/

/

/

/

/

/

/

/

/

. Причиной такого огромного прироста тока является то, что сопротивление нагрузки включено последовательно с коллектором. Из уравнения видно, что незначительное увеличение тока базы приведет к чрезвычайно высокому току на выходе.

Эта конфигурация действует как инвертирующий усилитель, где выходной сигнал полностью противоположен по полярности входному сигналу. Следовательно, он сдвигает выходной сигнал на 180° по отношению к входному сигналу.

Конфигурация с общим коллектором

Конфигурация с общим коллектором, известная как повторитель напряжения или эмиттерный повторитель имеет заземленный коллектор. В конфигурации с общим коллектором клемма коллектора заземляется на источник питания. Таким образом, клемма коллектора является общей как для входа, так и для выхода. Выход берется с клеммы эмиттера с последовательно подключенной нагрузкой, а вход подается напрямую на базовую клемму.

Имеет высокое входное сопротивление и низкое выходное сопротивление. Это позволяет ему работать в качестве согласователя импеданса. Таким образом, эта конфигурация очень полезна для метода согласования импеданса.

Смещение BJT

Процесс установки уровней постоянного напряжения или тока транзистора таким образом, чтобы обеспечить надлежащее усиление подаваемого входного сигнала переменного тока. В дальнейшем смещение — это метод, используемый для предотвращения работы транзистора в режиме отсечки или в режиме насыщения.

Чтобы сохранить выходной сигнал без каких-либо потерь после усиления, необходимо правильное смещение. Работа в установившемся режиме в основном зависит от тока коллектора ( i _c ), ток базы ( i _b ) и напряжение между коллектором и эмиттером ( В _ce ). Если транзистор предназначен для правильной работы в качестве усилителя. Затем эти параметры должны быть выбраны правильно, что известно как смещение транзистора . Целью смещения транзистора является достижение известной рабочей точки покоя или точки Q для BJT для получения неискаженного выходного сигнала. Q2 , приведенный на приведенном выше графике, не является правильной точкой q и приводит к обрезанию верхней части выходного сигнала.

 

Типы смещения

Без смещения транзистор будет работать как изолятор или проводник. Таким образом, для правильного усиления BJT смещается с помощью различных методов. Несмотря на то, что существует множество различных методов, мы кратко обсудим несколько наиболее распространенных методов.

Фиксированное смещение

Для коллектора и базы используется один источник питания. В конфигурации с фиксированным смещением базовый ток биполярного транзистора остается постоянным независимо от входного постоянного напряжения (V _cc ). Это зависит от выбора резистора таким образом, чтобы точка Q оставалась фиксированной и, следовательно, известна как конфигурация с фиксированным смещением . Значение резистора смещения можно найти по формуле

(V _cc -V _be ) / I _b .

где В _be = 0,7 В для стандартных транзисторов и

I _b = I _c / β .

Преимущества фиксированного смещения

Обсуждаются некоторые преимущества этой схемы.

• Нет эффекта загрузки: Нет эффекта загрузки. Где эффект нагрузки можно определить как воздействие нагрузки на источник. Используя эту схему для смещения, мы можем избавиться от снижения уровня напряжения источника напряжения.
• Простая схема: Схема очень проста, поскольку требует только одного постоянного резистора RB.
• Простой расчет: Метод расчета очень прост.

Фиксированное смещение с сопротивлением эмиттера

Это модифицированная форма схемы с фиксированным смещением, в которой внешнее сопротивление подключено к клемме эмиттера. Эта схема требует дополнительного резистора для эмиттера, который обеспечивает отрицательную обратную связь.

Напряжение смещения V _BB -V _BE = I _B R _B + I _E R _E should appear across RE to set I _E ≈I _c .

Цепь постоянного смещения с сопротивлением эмиттера

Преимущества фиксированного смещения с конфигурацией эмиттера

• Без теплового разгона: Недостаток теплового разгона при фиксированном смещении можно преодолеть с помощью фиксированного смещения с конфигурацией сопротивления эмиттера. Тепловой разгон можно определить как увеличение тока коллектора при повышении температуры. Это приводит к саморазрушению, поскольку перегрузка по току вызывает перегрев.
• Проблема с этой конфигурацией заключается в том, что она снижает коэффициент усиления BJT-усилителя. Эту проблему можно очень легко решить, обойдя сопротивление эмиттера.

Коллектор к базовому смещению

Резистор базы подключается к клемме коллектора в этом типе смещения. Эта конфигурация стабилизирует рабочую точку и предотвращает тепловой разгон за счет использования отрицательной обратной связи. Эта конфигурация также является улучшенной версией конфигурации с фиксированным смещением. Резистор смещения подключен между коллектором и базой, которые обеспечивают цепь обратной связи. Смещение коллектора к базе — это улучшенный метод по сравнению с методом фиксированного смещения.

Эта конфигурация также известна как Цепь обратной связи со смещением по напряжению . Потому что Rb напрямую появляется на выходе и входе. Другими словами, часть вывода передается на вход. Таким образом, в цепи существует отрицательная обратная связь.

Если есть изменение бета из-за вариаций между частями или повышения температуры бета и I _co , то ток коллектора пытается увеличиться дальше, из-за чего падение напряжения на R _c увеличивается. В результате V _ce и I _b уменьшается. Следовательно, конечное значение значения коллектора I _c поддерживается стабильным схемой, которая удерживает фиксированную точку Q.

Эта схема также известна как схема смещения обратной связи по напряжению , потому что R _b появляется непосредственно на входе и выходе в этой схеме. увеличение тока коллектора уменьшает ток базы.

Делитель напряжения Делитель смещения или потенциала

Два внешних резистора R 9Для этого типа используются 0226 1 и R ₂ . Напряжение на R ₂ смещает эмиттерный переход в прямом направлении. При правильном подборе R ₁ и R ₂ рабочую точку транзистора можно сделать независимой от Бета. Смещение делителя потенциала является наиболее популярным и используемым методом смещения транзистора. Эмиттерный диод смещен в прямом направлении за счет управления падением напряжения на R ₂ .

Р _б = Р ₁ || р ₂

В цепи смещения делителя напряжения значение R _b равно параллельной комбинации R ₁ и R ₂ .

Цепь смещения делителя напряжения:

Преимущество смещения делителя напряжения

Независимость от бета: Основное преимущество схемы смещения делителя напряжения заключается в том, что транзистор больше не зависит от бета. Причина в том, что напряжения на клеммах транзистора, то есть напряжения коллектора, эмиттера и базы, будут зависеть от внешней цепи. Сопротивление эмиттера R _e обеспечивает стабильность коэффициента усиления, несмотря на колебания бета.

Ограничения BJT

Вот некоторые ограничения биполярного транзистора;

• Громоздкие: BJT являются громоздкими, требуют больше места и, следовательно, очень редко используются в производстве интегральных схем (ИС).
• Низкая частота переключения: время переключения очень низкое, что является еще одной причиной редкого использования в микросхемах По сравнению с полевыми МОП-транзисторами частота очень низкая
• Ток утечки: токов утечки с биполярными транзисторами достаточно, поэтому их нельзя использовать для высоких частот.
• Термическая стабильность BJT:  по сравнению с другими транзисторами термостойкость BJT очень низкая, и это шумное устройство.
• Тепловой разгон: BJT страдает от теплового разгона, что приводит к избыточному выделению тепла. Другими словами, это приводит к саморазрушению. Поскольку выделяемое тепло равно I ² Таким образом, избыточный ток вызовет чрезмерное тепло, которое сожжет BJT.
• Ранний эффект: Ток между эмиттером и коллектором регулируется током базы. Если ширина основания сдвинута к нулю, известному как сквозное отверстие, , то место соединения коллектора и эмиттера касается друг друга. После этого от эмиттера к коллектору начинает течь огромный ток, который не может контролироваться базовым током. Этот выход из-под контроля известен как ранний эффект и является одним из основных ограничений среди ограничений BJT.

Уязвимость

Радиационное повреждение транзистора, когда транзистор подвергается воздействию ионизирующего излучения. Время жизни неосновных носителей уменьшается после облучения, что приводит к постепенной потере коэффициента усиления транзистора.

Транзистор имеет номинальную мощность и обратное напряжение пробоя , выше которого BJT может не работать. Когда BJT работают за пределами их номинальной мощности или обратного напряжения пробоя, BJT не будет работать должным образом или может быть необратимо поврежден.

В случае обратного смещения переход эмиттер-база вызовет лавинный пробой, который необратимо повредит коэффициент усиления по току биполярного переходного транзистора.

Преимущества BJT

• Широкая полоса усиления: Полоса усиления — это разница между максимальной и минимальной частотой среза. Коэффициент усиления на частоте среза составляет 0,7. При дальнейшем увеличении или уменьшении частоты от максимальной и минимальной частоты среза соответственно коэффициент усиления уменьшается, что невозможно использовать. Таким образом, BJT предлагает широкий диапазон частот, предлагая большее усиление, чем 0,7. Таким образом, BJT имеет огромное усиление пропускной способности.  
• Низкое прямое падение напряжения: BJT имеют 0,6 В прямое падение напряжения, что является очень низким и весьма важным моментом. Этот момент имеет большое значение, поскольку большее прямое напряжение вызовет ненужные потери мощности в соответствии с P=VI . Это означает, что для одного и того же типа нагрузки устройство с большим падением напряжения в прямом направлении приведет к ненужным потерям мощности.
• Пара Дарлингтона: Благодаря низкому выходному сопротивлению и высокому входному сопротивлению биполярный транзистор может обеспечить достойный коэффициент усиления по току.  
• Долгий срок службы: BJT имеют относительно длительный срок службы. Устройство гноится, потому что ток насыщения увеличивается с течением времени. Хотя для преодоления этой проблемы и дальнейшего увеличения срока службы устройства могут использоваться различные методы смещения.

Похожие сообщения: В чем разница между транзистором и тиристором (SCR)?

Применение BJT

Вот некоторые из применений транзистора с биполярным соединением;

• Преобразователи: BJT могут использоваться в подавляющем большинстве преобразователей. Эти преобразователи могут быть различных типов, таких как инверторы, понижающие преобразователи, повышающие преобразователи или любые DC-DC , DC-AC , AC-DC или AC-AC
.
• Датчики температуры: Определение температуры — одно из других применений BJT. Где это можно найти, вычитая два напряжения на двух разных уровнях в известном отношении
• Высокая управляемость : Высокая управляемость. Для работы с высоким напряжением или током устройства подключаются последовательно и параллельно соответственно. Но всегда учитываются возможности управления отдельными устройствами.
• Работа на высокой частоте: BJT могут работать на очень высокой частоте. Частота BJT для слабого сигнала намного выше, чем его частота переключения, в основном из-за задержки хранения. Время хранения 2N2222 составляет 310 нс, поэтому максимальная частота переключения составляет около 3 МГц.
• Цифровой переключатель : Семейство цифровых логических устройств имеет логику с эмиттерной связью, используемую в BJT в качестве цифрового переключателя.
• Колебательный контур : Предпочтительны в колебательных контурах.
• Clippers: BJT могут использоваться в схемах клиппинга для изменения формы волн. Его можно использовать как простой диод для отсечки, но проблема с диодом в том, что диод неуправляем.
• Демодулятор и модулятор: BJT могут использоваться в схемах демодуляции и модуляции. BJT до сих пор используют очень старую известную технику модуляции, известную как «9».0025 Амплитудная модуляция ”.
• Цепи обнаружения : BJT могут использоваться в цепях обнаружения. BJT может быть новым типом полупроводникового датчика для измерения дозы ионизирующего излучения.
• Усилители: Одним из наиболее важных применений биполярных транзисторов является усиление, когда они используются в схеме усилителя для усиления слабых сигналов. например, в аудиоусилителях, эти крошечные компоненты усиливают очень низкий аудиосигнал до слышимого диапазона.
• Электронные переключатели: Может использоваться как электронный переключатель. BJTS используются в инверторе для изменения направления постоянного тока и перехода в переменный ток.
• Автоматический выключатель: Может использоваться вместо ручного выключателя в электрической цепи. выходной сигнал датчиков иногда бесполезен в электрических цепях, потому что эти сигналы очень слабы. Однако эти сигналы станут полезными, если они будут управлять биполярными транзисторами. Поскольку BJT работает на низких сигналах. Затем эти переключатели BJT могут работать с большими нагрузками, включая двигатели.

Похожие сообщения:

• Как проверить значения транзисторов PNP и NPN с помощью цифрового мультиметра
• Тиристорно-кремниевый выпрямитель (SCR)
• Выпрямитель – Типы выпрямителей и их работа
• Типы диодов и их применение
• Что такое датчик? Различные типы датчиков с приложениями
• Схема электронного релейного переключателя с использованием каналов NPN, PNP, N и P
• Типы компьютерной памяти и их применение
• Транзистор, MOSFET и IGFET Обозначения

Конфигурации транзисторов – Транзисторы с биполярным переходом

Транзисторы с биполярным переходом

Конфигурации транзисторов.

Транзистор может быть подключен в любой из трех основных конфигураций (см. рисунок выше): общий эмиттер (CE), общая база (CB) и общий коллектор (CC). Термин «общий» используется для обозначения элемента, который является общим для обоих входов. и выходные цепи. Поскольку общий элемент часто заземлен, эти конфигурации часто называют заземленным эмиттером, заземленной базой, и заземленный коллектор.

Каждая конфигурация, как вы увидите позже, имеет определенные характеристики. которые делают его пригодным для конкретных приложений. Простой способ определить Конкретная конфигурация транзистора состоит из трех простых шагов:

1. Определите элемент (эмиттер, базу или коллектор), на который подается входной сигнал.
2. Определите элемент (эмиттер, базу или коллектор), с которого берется выходной сигнал.
3. Оставшийся элемент является общим и дает конфигурации имя.

Поэтому, применяя эти три простых шага к базовый транзисторный усилитель обсуждалось ранее, мы можем сделать вывод, что этот усилитель больше, чем просто базовый транзисторный усилитель. Это усилитель с общим эмиттером.

Общий эмиттер

Конфигурация с общим эмиттером (CE), показанная на рисунке выше (вид A), является компоновка, наиболее часто используемая в практических схемах усилителей, поскольку она обеспечивает хороший коэффициент усиления по напряжению, току и мощности. Общий эмиттер также имеет несколько низкое входное сопротивление (500 Ом – 1500 Ом), потому что вход применяется к переходу с прямым смещением, и умеренно высокий выходной сигнал сопротивления (30 кОм – 50 кОм и более), т.к. на выходе берется от перекрестка с обратным смещением. Так как входной сигнал подается на цепь база-эмиттер, а выход берется из цепи коллектор-эмиттер, тогда эмиттер является элементом, общим как для входа, так и для выхода.

Поскольку вы уже рассмотрели то, что, как вы теперь знаете, является общим эмиттером усилитель, давайте потратим несколько минут и проверим его работу, используя PNP конфигурация с общим эмиттером показана на рисунке выше (вид A).

Когда транзистор подключен по схеме с общим эмиттером, вход сигнал вводится между базой и эмиттером, который имеет низкое сопротивление, слаботочная цепь. Когда входной сигнал колеблется в положительном направлении, это также вызывает база качается положительно по отношению к эмиттеру. Это действие уменьшает прямое смещение, уменьшающее ток коллектора ( I _C ) и увеличивает напряжение коллектора (делая В _С более отрицательным). При отрицательном чередовании входного сигнала база возбуждается больше отрицательно по отношению к эмиттеру. Это увеличивает прямое смещение и позволяет из эмиттера высвобождается больше носителей тока, что приводит к увеличение тока коллектора и уменьшение напряжения коллектора (делая V _C менее отрицательным или качающимся в положительном направлении). Коллекторный ток, протекающий через обратно смещенный высокоомный переход также протекает через нагрузку с высоким сопротивлением (не показано), что приводит к высокому уровню усиления.

Поскольку входной сигнал на общий эмиттер становится положительным, когда выходной становится отрицательным, два сигнала (входной и выходной) сдвинуты по фазе на 180 градусов. Схема с общим эмиттером является единственной схемой, которая обеспечивает инверсия фазы.

Схема с общим эмиттером — самая популярная из трех конфигураций транзисторов. потому что он имеет наилучшее сочетание коэффициента усиления по току и напряжению. Термин усиление используется для описания возможностей усиления усилитель. По сути, это отношение выхода к входу. Каждый транзистор конфигурация дает другое значение коэффициента усиления даже при том, что один и тот же транзистор используется. Используемая конфигурация транзистора зависит от конструкции.

Коэффициент усиления по току в схеме с общим эмиттером называется бета ( β ). Бета – это отношение тока коллектора (выходной ток) к базовому току (входному току). Для расчета бета используйте следующую формулу:

( Δ — греческая буква дельта, она используется для обозначения небольшого изменения)

Например, если входной ток ( I _B ) в общем эмиттере изменяется с 75 мкА до 100 мкА, а выходной ток ( Я _С ) изменится с 1,5 мА на 2,6 мА, то коэффициент усиления по току ( β ) будет равен 44.

Это просто означает, что изменение тока базы приводит к изменению тока коллектора. ток, что в 44 раза больше.

Вы также можете увидеть термин h _fe вместо β . Термины h _fe и β эквивалентны и могут быть используются взаимозаменяемо. Это потому, что “ ч _fe “означает:

h = гибрид (имеется в виду смесь)
f = коэффициент передачи прямого тока
e = конфигурация с общим эмиттером

Коэффициент усиления сопротивления общего эмиттера можно найти по методу, аналогичному к тому, который используется для поиска бета:

Зная коэффициент усиления сопротивления, можно легко рассчитать коэффициент усиления напряжения. поскольку он равен текущему усилению ( β ), умноженному на усиление сопротивления ( В = βR ). А прирост мощности равен коэффициент усиления по напряжению, умноженный на коэффициент усиления по току β ( P = βV ).

Общая база

Конфигурация с общей базой (CB), показанная на рисунке выше (вид B), является в основном используется для согласования импеданса, так как имеет низкое входное сопротивление (30 Ом – 160 Ом) и высокое выходное сопротивление (250 кОм – 550 кОм). Однако два фактора ограничивают его полезность в некоторых схемных приложениях: (1) его низкое входное сопротивление и (2) его коэффициент усиления по току менее 1. Поскольку CB конфигурация даст усиление напряжения, есть некоторые доп. приложений, которые требуют как низкого входного сопротивления, так и напряжения усиление, которое могло бы использовать конфигурацию схемы этого типа; Например, несколько микрофонных усилителей.

В конфигурации с общей базой входной сигнал подается на эмиттер, вывод берется с коллектора, а база – общий элемент как на вход, так и на выход. Поскольку вход применяется к эмиттеру, это вызывает переход эмиттер-база реагирует так же, как и в схема с общим эмиттером. Например, вход, который способствует смещению, будет увеличиваться. ток транзистора, а тот, который противостоит смещению, уменьшит ток транзистора.

В отличие от схемы с общим эмиттером входные и выходные сигналы в схеме с общей базой цепи находятся в фазе. Чтобы проиллюстрировать этот момент, предположим, что входные данные для версии PNP схемы с общей базой на рисунке выше (вид B) положителен. Сигнал добавляет к прямому смещению, так как оно приложено к эмиттеру, в результате чего коллектор ток увеличить. Это увеличение в I _C приводит к большему напряжению падение на нагрузочном резисторе R _L (не показано), что снижает напряжение коллектора В _C . Напряжение коллектора, становясь меньше отрицательный, колеблется в положительном направлении и, следовательно, находится в фазе с входящий положительный сигнал.

Коэффициент усиления по току в цепи с общей базой рассчитывается аналогично с общим эмиттером, за исключением того, что входной ток равен И _Е вместо I _B используется термин альфа ( α ) бета для усиления. Альфа – отношение тока коллектора (выходной ток) к току эмиттера (входному току). Альфа рассчитывается по формуле:

Например, если входной ток ( I _E ) в общей базе изменяется от 1 мА до 3 мА, а выходной ток ( I _C ) изменяется от от 1 мА до 2,8 мА, то коэффициент усиления по току ( α ) будет 0,90 или:

Это текущее усиление менее 1.

Поскольку часть эмиттерного тока течет в базу и не проявляется как ток коллектора, то ток коллектора всегда будет меньше тока эмиттера ток, который его вызывает. (Помните, I _E = I _B + I _C ) Следовательно, альфа всегда меньше единицы для общая базовая конфигурация .

Другой термин для « α » — h _fb . Эти условия ( α и h _fb ) эквивалентны и могут использоваться взаимозаменяемо. Значение термина h _fb получено в так же, как термин h _fe упоминалось ранее, за исключением того, что последняя буква «е» была заменена на «б» для обозначения конфигурации с общей базой.

Во многих руководствах по транзисторам и таблицах данных указывается только коэффициент усиления по току транзистора. характеристики в плане β или h _fe . Найти альфа ( α ), если дана бета ( β ), используйте следующее формула для преобразования β в α для использования с общая базовая конфигурация:

Чтобы рассчитать другие коэффициенты усиления (напряжение и мощность) в конфигурации с общей базой когда текущее усиление ( α ) известно, следуйте процедурам, описанным ранее в разделе с общим эмиттером.

Общий коллектор

Конфигурация с общим коллектором (CC), показанная на рисунке выше (вид C), является используется в основном для согласования импеданса. Он также используется в качестве текущего драйвера, т.к. своего существенного текущего прироста. Это особенно полезно при переключении схемы, так как он может передавать сигналы в любом направлении (двусторонняя операция).

В схеме с общим коллектором входной сигнал подается на базу, выход берется с эмиттера, а коллектор – это общий элемент как на вход, так и на выход. Схема с общим коллектором имеет высокий вход и низкий выходное сопротивление. Входное сопротивление общего коллектора составляет от от 2 кОм до 500 кОм, а выходное сопротивление варьируется от 50 Ом до 1500 Ом. Коэффициент усиления по току выше, чем в общем эмиттере, но имеет меньший коэффициент усиления по мощности, чем с общей базой или с общим эмиттером. Как с общей базой, выходной сигнал с общего коллектора находится в фазе с входной сигнал. Обыкновенный коллектор также упоминается в качестве эмиттерного повторителя, потому что выходной сигнал, развиваемый на эмиттере, следует входной сигнал подается на базу.

Работа транзистора в общем коллекторе аналогична описанной операции. для общей базы, за исключением того, что текущее усиление не основано на отношение тока эмиттера к коллектору, альфа ( α ). Вместо этого он основан на отношении тока эмиттера к базе, называемом гамма ( γ ), потому что выход снимается с эмиттера. Поскольку небольшое изменение тока базы контролирует большое изменение тока эмиттера. ток, все еще возможно получить высокий коэффициент усиления по току в общем коллекционер. Однако, поскольку усиление тока эмиттера смещено из-за низкого выходного сопротивления коэффициент усиления по напряжению всегда меньше 1 (единицы).

Коэффициент усиления по току с общим коллектором, гамма ( γ ), определяется как

и связано с усилением тока между коллектором и базой, бета ( β ), схемы с общим эмиттером по формуле:

Поскольку данный транзистор может быть подключен в любой из трех основных конфигураций, тогда существует определенная связь, как указывалось ранее, между альфа ( α ), бета ( β ) и гамма ( γ ). Эти отношения перечислены снова для вашего удобства:

Возьмем, к примеру, транзистор, указанный в паспорте производителя. как имеющий альфа 0,90, но мы хотим использовать его в общем эмиттере конфигурация.