Биполярные транзисторы принцип работы: принцип работы и как проверить

принцип работы и как проверить

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.

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.

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).

Фото – виды биполярных триодов

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

1. Высокочастотные;
2. Низкочастотные.

По мощности на:

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.

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 h31e 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.

Фото – цоколевка маломощных биполярных триодовФото – цоколевка силовых

Также используется цветовая маркировка.

Фото – примеры цветовой маркировкиФото – 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.

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:

P=Ik*Uкэнас

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.

Биполярный транзистор, принцип работы для чайников

Что такое биполярный транзистор – элементарное полупроводниковое устройство, функциональность которого охватывает изменение либо усиление выходного сигнала от заряженных частиц.

• Устройство биполярного транзистора
• Принцип работы биполярного транзистора
• Режим работы биполярных устройств
• Достоинства и недостатки биполярных транзисторов

Это один из типов транзисторов, состоящий из 3-х слоев, которые обеспечивают 2 «зарядных» или «дырочных» перехода (би — два перехода). Соответственно, данное устройство может быть представлено как два диодных элемента, включенных противоположно друг другу.

В простонародье биполярный транзистор пришел на смену морально и физически устаревшим транзисторам лампового вида, которые эксплуатировались очень длительное время в конструкциях телевизоров прошлого столетия.

Как видно из изображения 1 устройства данного вида имеют 3 выхода, однако, по конструктивному исполнению внешний вид отличается друг от друга. Но в схемах электрических цепей они одинаковы во всех случаях.

В зависимости от проводимости биполярные устройства разделяются на P→N→P и N→P→N устройства, которые отличаются что переносит заряженные частицы — электроны или посредством «дырок».

Устройство биполярного транзистора

Согласно типовых схем, буквой «Б» называется «База» — внутренний слой аппарата, его фундамент, который приводит преобразование или изменение токового сигнала. Стрелка в кругу показывает движение токовых зарядов в «Э».

«Э» — «Эмиттер» — внутренняя основная составляющая транзистора, предназначенный для переноса заряженных элементарных частиц в «Б».

«К» — «Коллектор» — вторая составляющая транзисторного устройства, которая производит сбор тех же зарядов, которые проходят через «Б».

Пласт «Базы» конструктивно выполняют очень тоненьким в связи с рекомбинированием заряженных частиц, которые идут через базовый слой, с составными частицами данного пласта. В то же время пласт «Коллектора» конструируют как можно шире для качественного сбора зарядов.

Принцип работы биполярного транзистора

Принцип работы биполярного транзистора для чайников опишем на образце P→N→P транзисторного аппарата на рисунке 3. Принцип работы биполярного транзистора N→P→N вида сходен переходу в прямом направлении, только в этом случае заряды — электрические частицы движутся от «К» до «Э». Для выполнения данного условия необходимо всего на всего изменить полярность подключенного напряжения.

При отсутствии внешних возмущений, внутри биполярника между его слоями будет существовать разность зарядов. На границах раздела будут установлены единые барьерные мосты, так как в это время доля «дырок» в коллекторе соответствует их численности в эмиттере.

Для точной работы биполярного транзистора переход в коллекторном пласте необходимо сместить в противоположном курсе, в то же время в эмиттере направленность перехода должна быть прямым. В этом случае режим функционирования будет активным.

Для выполнения вышеуказанных условий необходимо применить два питания, один из которых с положительным знаком соединяем с концом эмиттера, «минус» подключаем к базовому слою. Второй источник напряжения соединяем в следующем порядке: «плюс» к базовому концу, «минус» — к концу коллектора. Изобразим подключение на рисунке 4.

Под воздействием напряжения Uэ, Uк через барьеры совершается переход дырок в эмиттере №1-5 и в базовом слое электрически заряженных частиц №7,8. В данном случае величина тока в эмиттере будет зависеть от количества переходов дырок, так как их больше.

Дырки, которые перешли в базовый слой собираются у барьерного перехода. Тем самым у границы с эмиттерным слоем будет собираться массовое количество дырок, в то же время у границы с «К», концентрация их существенно ниже. В связи с этим начнется диффузия дырок к «К» и близи границы произойдет их ускорение поля «Б» и переход в «К».

При перемещении через средний слой базы дырки рекомбинируют, заряженный электрон 6 замещает дырку 5. Такое перемещение будет совершаться с увеличением плюсового заряда при переходе дырок, соответственно движение зарядов в обратном направлении будет создавать ток определенной величины, а база остается электрически нейтральной.

Число дырок, которые перешли в коллектор будет меньше числа, которые покинули эмиттер. Это значит, что электрический ток «К» будет отличаться от значения тока «Э».

Обратный переход дырок из коллектора нежелателен и снижает эффективность транзистора, потому что переход осуществляется не основными, а вспомогательными носителями энергии и зависит данный переход сугубо от величины температуры. Данный ток носит название тока тепла. По значению теплового тока судят о качестве биполярного транзистора.

На рисунке 5 схематически изобразим направление движения заряженных частиц — токов транзистора.

На основании выше изложенного напрашивается вывод: любое изменение тока в структуре слоев эмиттер — база сопровождается изменением величины тока коллектора, причем самое малое изменение «базового» тока приведет к значимой коррекции выходного коллекторного тока.

Режим работы биполярных устройств

В зависимости от величины напряжения на выводах транзистора существует 4 режима его функционирования:

• отсечка — переходов дырки — электроды не происходит;
• активный режим — приведен в описании;
• насыщение — ток базы очень велик и ток коллектора будет иметь максимальное значение и абсолютно не зависеть от тока базы, соответственно усиления сигнала не будет;
• инверсия — использование устройства с обратными ролями эмиттера и коллектора.

Достоинства и недостатки биполярных транзисторов

К достоинствам биполярных транзисторов в сравнении с аналогами относятся:

• управление электрическими зарядами;
• надежность в работе;
• устойчивость к частотным помехам;
• малые шумовые характеристики;

К недостаткам можно отнести:

• обладает малым значением входного сопротивления, из-за которого ухудшаются характеристики по усилению сигналов;
• резкая чувствительность к статике зарядов;
• схема включения предполагает присутствие 2-х питаний;
• при высоких значениях температуры возможно повреждение транзистора.

Понравилась статья? Расскажите друзьям:

Оцените статью, для нас это очень важно:

Проголосовавших: 5 чел.
Средний рейтинг: 3.6 из 5.

Биполярный переходной транзистор (БЮТ) — работа, типы и применение

Содержание

История

Биполярный переходной транзистор (БЯТ) 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 представление об электрических схемах на интегральных схем (ИС). В настоящее время использование BJT сокращается, поскольку при разработке цифровых ИС использовалась технология CMOS.

Что такое BJT — биполярный транзистор ?

Биполярный переходной транзистор (BJT) представляет собой двунаправленное устройство, в котором в качестве носителей заряда используются как электронов , так и дырок . 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 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 9.0005 Соединение эмиттер-база , в то время как соединение базы с коллектором известно как соединение коллектор-база .

Клеммы BJT

Имеется 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, которая собирает 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 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 транзистор PNP? 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 «Усилитель » или как «Переключатель ». 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 из соединений 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 — это ток насыщения и максимальное значение тока, протекающего 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 снижения напряжения базы 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 — это почти 2% из I , потому что I _B — это почти 2% из I , потому что I _B — почти 2% из I , потому что I _B — это почти 2% из I , потому что I _B — это почти 2% из I , потому что I _B — это почти 2% из I _C , потому что I _B — это почти 2% из I _C .

     

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	Прирост 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 Emitter

. Эта конфигурация имеет высокий ток, который составляет I _C /I _{B .} 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 добротности 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 Q-точка 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 эмиттерным сопротивлением

Преимущества фиксированного смещения с эмиттерной конфигурацией

• 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 уменьшает 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 вариации 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 Цепь 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 0170 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 , , 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 огромный прирост пропускной способности.  
• Низкое прямое падение напряжения: BJT имеют 0,6 В прямого падения 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 импедансу и высокому входному импедансу BJT может обеспечить достойный текущий коэффициент усиления.  
• 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 эмиттерно-связанную логику, 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».0005 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
• типов компьютерной памяти с их приложениями
• Транзистор, MOSFET и IGFET Обозначения

Объясните конструкцию и принцип работы транзистора BJT

4 июля 2022 г. 21 марта 2020 г. by Michal Транзистор BJT с биполярным переходом состоит из двух материалов N-типа и P-типа. В случае NPN или два материала P-типа и один материал N-типа образуют три двухпереходных соединения. Транзисторы в основном используются в качестве переключающих устройств или усилителей.

Конструкция транзистора BJT

Транзистор с биполярным переходом представляет собой трехслойное устройство, в котором каждый слой соединен электрическим током. Трехвыводные транзисторы называются эмиттером E, базой B и коллектором C. NPN-транзистор может быть сформирован путем легирования сэндвича P-типа между двумя N-типами. Точно так же PNP-транзистор формируется путем легирования сэндвича N-типа между двумя материалами P-типа. На транзисторе есть два PN-перехода. Первый переход представляет собой переход база-эмиттер BE, а второй называется переходом база-коллектор BC.

• Как рассчитать KVA трансформатора: калькулятор KVA трансформатора
• Классификация трансформаторов тока на основе четырех параметров

Как в NPN, так и в PNP эмиттер E сильно легирован, база B слабо легирована, а коллектор C умеренно легирован . Внешние слои широкие по сравнению с центральным слоем. Отношение общего размера транзистора к базе составляет 150:1. Легирование центрального слоя также меньше по сравнению с внешними слоями в соотношении 10:1. Что увеличивает сопротивление слоя за счет ограничения количества носителей. Транзистор называется биполярным, потому что ток транзистора состоит из дырок и тока электронов.

Обозначение транзистора BJT

Обозначение транзистора содержит три контакта, обозначающие эмиттер, базу и коллектор. Терминал эмиттера отличается от терминала коллектора стрелкой. Направление стрелки показывает тип транзистора (NPN или PNP). Направление стрелки показывает обычное течение тока. В случае транзистора PNP стрелка указывает внутрь, а для транзистора NPN стрелка указывает наружу транзистора.

Эквивалентная схема

Эквивалентная схема транзистора содержит два встречно включенных диода. В случае NPN-транзистора анодные выводы обоих диодов закорочены и называются базой. Где в случае транзистора PNP катодная клемма закорочена и называется базовой клеммой диода.

Принципы работы BJT-транзистора

Для исправно работающего транзистора он должен быть подключен к постоянному напряжению на всех трех клеммах так, чтобы оба PN-перехода были правильно смещены. Переход база-эмиттер должен быть смещен в прямом направлении, а переход база-коллектор должен быть смещен в обратном направлении. Работа транзисторов NPN и PNP одинакова, за исключением роли электронов и дырок, полярности напряжения смещения и направления протекания тока.

• Принцип работы микроволновых печей
• Типы кодировщиков на основе движения, технологии обнаружения и каналов

Поскольку переход BE смещен в прямом направлении, а переход BC смещен в обратном направлении, область истощения BE становится узкой, а область истощения BC область расширяется. Сильно легированный эмиттер может легко инжектировать электроны (в NPN) в baes и называется эмиттерным током IE.