Corrente di collettore inversa. Capiamo insieme i principi del transistor
Il nome del transistor del dispositivo a semiconduttore è formato da due parole: trasferimento - trasferimento+ resistenza - resistenza. Perché può davvero essere rappresentato come una sorta di resistenza, che sarà regolata dalla tensione di un elettrodo. Un transistor è talvolta chiamato anche triodo a semiconduttore.
Il primo transistor bipolare fu creato nel 1947 e nel 1956 tre scienziati ricevettero il premio Nobel per la fisica per la sua invenzione.
Un transistor bipolare è un dispositivo a semiconduttore costituito da tre semiconduttori con un tipo alternato di conduzione delle impurità. Un elettrodo è collegato e condotto a ciascuno strato. In un transistor bipolare vengono utilizzate contemporaneamente cariche i cui portatori sono elettroni ( n - "negativo") e buchi (p - "positivo ”), cioè portatori di due tipi, da cui la formazione del prefisso del nome “bi” - due.
I transistor si differenziano per il tipo di alternanza di strati:
p n p -transistor (a conduzione diretta);
Npn- transistor (conduzione inversa).
Base (B) è l'elettrodo collegato allo strato centrale del transistor bipolare. Gli elettrodi degli strati esterni sono chiamati emettitore (E) e collettore (K).
Figura 1 - Il dispositivo di un transistor bipolare
I diagrammi sono etichettati " VT ", nella vecchia documentazione in lingua russa puoi trovare le denominazioni "T", "PP" e "PT". I transistor bipolari sono accesi schemi elettrici, a seconda dell'alternanza della conducibilità dei semiconduttori, come segue:
Figura 2 - Designazione dei transistor bipolari
Nella figura 1 sopra, la differenza tra collettore ed emettitore non è visibile. Se guardi una rappresentazione semplificata di un transistor in una sezione, puoi vedere che l'area p - n La giunzione del collettore è maggiore di quella dell'emettitore.
Figura 3 - Transistor in sezione
La base è costituita da un semiconduttore a bassa conduttività, ovvero la resistenza del materiale è elevata. Un prerequisito è uno strato di base sottile per la possibilità di un effetto transistor. Dal momento che l'area di contatto p - n Poiché le giunzioni del collettore e dell'emettitore sono diverse, non è possibile modificare la polarità della connessione. Questa caratteristica classifica il transistor come dispositivi asimmetrici.
Un transistor bipolare ha due caratteristiche I-V (caratteristiche di tensione): ingresso e uscita.
La caratteristica I–V dell'ingresso è la dipendenza della corrente di base ( io B ) sulla tensione base-emettitore ( ESSERE).
Figura 4 - Caratteristica corrente-tensione di ingresso di un transistor bipolare
La caratteristica I–V dell'uscita è la dipendenza della corrente del collettore ( io K ) sulla tensione collettore-emettitore ( KE).
Figura 5 - Uscita IV del transistor
Il principio di funzionamento di un transistor bipolare è considerato in tipo npn, per pnp allo stesso modo, vengono considerate solo le lacune, non gli elettroni.Il transistor ha due giunzioni p-n. Nella modalità operativa attiva, uno di essi è collegato alla polarizzazione diretta e l'altro alla polarizzazione inversa. Quando la giunzione EB è aperta, gli elettroni dell'emettitore si spostano facilmente alla base (si verifica la ricombinazione). Ma, come accennato in precedenza, lo strato base è sottile e la sua conduttività è bassa, quindi alcuni elettroni hanno il tempo di spostarsi verso la giunzione base-collettore. Campo elettrico aiuta a superare (rafforzare) la barriera di transizione dello strato, poiché qui gli elettroni sono portatori minori. All'aumentare della corrente di base, la giunzione emettitore-base si aprirà sempre più elettroni saranno in grado di scivolare dall'emettitore al collettore. La corrente del collettore è proporzionale alla corrente di base e con una piccola variazione di quest'ultima (controllo), corrente del collettore sta cambiando in modo significativo. Ecco come avviene l'amplificazione del segnale in un transistor bipolare.
Figura 6 - Modalità attiva del transistor
Guardando l'immagine puoi spiegare principio di funzionamento del transistor un po' più facile. Immagina che lo sia CE tubo dell'acqua e B è un rubinetto con il quale puoi controllare il flusso dell'acqua. Cioè, di più attuale ti sottoponi alla base, più ottieni all'uscita.
Il valore della corrente di collettore è quasi uguale alla corrente di emettitore, escluse le perdite durante la ricombinazione nella base, che costituisce la corrente di base, quindi vale la formula:
І E \u003d І B + І K.
I parametri principali del transistor:
Il guadagno di corrente è il rapporto tra il valore effettivo della corrente di collettore e la corrente di base.
Resistenza di ingresso: secondo la legge di Ohm, sarà uguale al rapporto tra la tensione di base dell'emettitore UEB per controllare la corrente io B.
Fattore di amplificazione della tensione: il parametro si trova in base al rapporto tra la tensione di uscita U EC per inserire U BE .
La risposta in frequenza descrive la capacità di un transistor di funzionare fino a una certa frequenza di taglio del segnale di ingresso. Dopo aver superato la frequenza limite, i processi fisici nel transistor non avranno il tempo di verificarsi e le sue capacità di amplificazione saranno ridotte a zero.
Circuiti di commutazione per transistor bipolari
Per collegare il transistor, abbiamo a disposizione solo le sue tre uscite (elettrodi). Pertanto, per il suo normale funzionamento sono necessari due alimentatori. Un elettrodo a transistor si collegherà a due sorgenti contemporaneamente. Pertanto, ci sono 3 schemi di connessione per un transistor bipolare: OE - con un emettitore comune, OB - una base comune, OK - un collettore comune. Ognuno ha sia vantaggi che svantaggi, a seconda dell'applicazione e delle caratteristiche richieste, la scelta della connessione.
Il circuito di commutazione con emettitore comune (CE) è caratterizzato dalla massima amplificazione rispettivamente di corrente e tensione e potenza. Con questa connessione, la tensione CA in uscita viene spostata di 180 gradi elettrici rispetto all'ingresso. Lo svantaggio principale è la risposta alle basse frequenze, ovvero il basso valore della frequenza di taglio, che ne rende impossibile l'utilizzo con un segnale di ingresso ad alta frequenza.
(OB) fornisce un'eccellente risposta in frequenza. Ma non fornisce un'amplificazione del segnale di tensione così grande come con OE. E quindi l'amplificazione di corrente non si verifica affatto questo schema spesso chiamato inseguitore di corrente perché ha la proprietà di stabilizzazione della corrente.
Il circuito del collettore comune (CC) ha quasi lo stesso guadagno di corrente del circuito OE, ma il guadagno di tensione è quasi 1 (leggermente inferiore). L'offset di tensione non è tipico per questo schema elettrico. Lo chiamo anche emettitore follower, poiché la tensione di uscita ( UEB ) corrispondono alla tensione di ingresso.
Applicazione dei transistor:
circuiti di amplificazione;
Generatori di segnali;
Chiavi elettroniche.
ARGOMENTO 4. TRANSISTORI BIPOLARI
4.1 Progetto e principio di funzionamento
Un transistor bipolare è un dispositivo a semiconduttore costituito da tre regioni con tipi alternati di conducibilità elettrica ed è adatto per l'amplificazione di potenza.
I transistor bipolari attualmente prodotti possono essere classificati secondo i seguenti criteri:
A seconda del materiale: germanio e silicio;
In base al tipo di conducibilità delle regioni: tipo p-n-p e n-p-n;
Per potenza: bassa (Pmax £ 0,3W), media (Pmax £ 1,5W) e alta potenza (Pmax > 1,5W);
Per frequenza: bassa frequenza, media frequenza, alta frequenza e microonde.
Nei transistor bipolari, la corrente è determinata dal movimento di due tipi di portatori di carica: elettroni e lacune (o basici e minori). Da qui il loro nome: bipolare.
Al momento, vengono prodotti e utilizzati solo transistor con transistor in-plane. giunzione p-n- mi.
Il dispositivo di un transistor bipolare planare è mostrato schematicamente in fig. 4.1.
È una lastra di germanio o silicio, in cui si creano tre regioni con conducibilità elettrica diversa. Al transistor digita n-p-n la regione centrale ha un foro e le regioni esterne hanno una conduttività elettrica elettronica.
I transistor di tipo pnp hanno una regione centrale con elettronica e regioni estreme con conduttività elettrica del foro.
La regione centrale del transistor è chiamata base, una regione estrema è l'emettitore, l'altra è il collettore. Pertanto, il transistor ha due giunzioni p-n: l'emettitore - tra l'emettitore e la base e il collettore - tra la base e il collettore. L'area di giunzione dell'emettitore è più piccola dell'area di giunzione del collettore.
Un emettitore è una regione di un transistor il cui scopo è iniettare portatori di carica nella base. Un collettore è un'area il cui scopo è estrarre i portatori di carica dalla base. La base è la regione in cui i portatori di carica che sono minori per questa regione vengono iniettati dall'emettitore.
La concentrazione dei portatori di carica maggioritari nell'emettitore è molte volte maggiore della concentrazione dei portatori di carica maggioritari nella base e la loro concentrazione nel collettore è leggermente inferiore alla concentrazione nell'emettitore. Pertanto, la conduttività dell'emettitore è di diversi ordini di grandezza superiore alla conduttività di base e la conduttività del collettore è leggermente inferiore alla conduttività dell'emettitore.
Le conclusioni sono tratte dalla base, dall'emettitore e dal collettore. A seconda di quale delle conclusioni è comune ai circuiti di ingresso e di uscita, ci sono tre circuiti di commutazione del transistor: con una base comune (OB), un emettitore comune (OE), un collettore comune (OK).
Il circuito di ingresso o di controllo viene utilizzato per controllare il funzionamento del transistor. Nel circuito di uscita, o controllato, si ottengono oscillazioni potenziate. La sorgente delle oscillazioni amplificate è collegata al circuito di ingresso e il carico è collegato al circuito di uscita.
Considera il principio di funzionamento di un transistor usando l'esempio di un transistor di tipo p-n-p collegato secondo un circuito di base comune (Fig. 4.2).
Figura 4.2 - Il principio di funzionamento di un transistor bipolare (tipo p-n-p)
Le tensioni esterne dei due generatori EE ed Ek sono collegate al transistor in modo tale che la giunzione di emettitore P1 sia polarizzata in direzione diretta (tensione diretta) e la giunzione di collettore P2 sia polarizzata nella direzione opposta (tensione inversa ).
Se viene applicata una tensione inversa alla giunzione del collettore e il circuito dell'emettitore è aperto, una piccola corrente inversa Iko (unità di microampere) scorre nel circuito del collettore. Questa corrente nasce sotto l'azione di una tensione inversa ed è creata dal movimento direzionale dei portatori di carica minoritari dei buchi di base e degli elettroni del collettore attraverso la giunzione del collettore. La corrente inversa scorre attraverso il circuito: +Ek, collettore di base, −Ek. L'entità della corrente inversa del collettore non dipende dalla tensione del collettore, ma dalla temperatura del semiconduttore.
Quando una tensione costante EE è collegata al circuito dell'emettitore nella direzione in avanti, la barriera di potenziale della giunzione dell'emettitore diminuisce. Inizia l'iniezione (iniezione) di fori nella base.
La tensione esterna applicata al transistor risulta essere applicata principalmente alle giunzioni P1 e P2, perché loro hanno grande resistenza rispetto alla resistenza delle regioni di base, emettitore e collettore. Pertanto, i fori iniettati nella base si muovono in essa per diffusione. In questo caso, le lacune si ricombinano con gli elettroni di base. Poiché la concentrazione dei portatori nella base è molto inferiore rispetto all'emettitore, pochissimi fori si ricombinano. Con uno spessore di base ridotto, quasi tutti i fori raggiungeranno la giunzione del collettore P2. Gli elettroni ricombinati sono sostituiti da elettroni della fonte di alimentazione Ek. I buchi che si ricombinano con gli elettroni nella base creano la corrente di base IB.
Sotto l'azione della tensione inversa Ek, la barriera di potenziale della giunzione del collettore aumenta e lo spessore della giunzione P2 aumenta. Ma la potenziale barriera della giunzione del collettore non impedisce ai fori di attraversarla. I fori che entrano nella regione della giunzione del collettore cadono in un forte campo accelerato creato alla giunzione dalla tensione del collettore e vengono estratti (aspirati) dal collettore, creando una corrente di collettore Ik. La corrente del collettore scorre nel circuito: + Ek, collettore di base, -Ek.
Pertanto, nel transistor fluiscono tre correnti: la corrente dell'emettitore, del collettore e della base.
Nel filo, che è l'uscita della base, le correnti dell'emettitore e del collettore sono dirette in modo opposto. Pertanto, la corrente di base è uguale alla differenza tra le correnti dell'emettitore e del collettore: IB \u003d IE - IK.
I processi fisici in un transistor di tipo npn procedono in modo simile ai processi in un transistor di tipo pnp.
La corrente totale dell'emettitore IE è determinata dal numero di portatori di carica principali iniettati dall'emettitore. La parte principale di questi portatori di carica, raggiungendo il collettore, crea una corrente di collettore Ik. Una parte insignificante dei portatori di carica iniettati nella base si ricombina nella base, creando una corrente di base IB. Pertanto, la corrente di emettitore sarà suddivisa in correnti di base e di collettore, ovvero IE \u003d IB + Ik.
La corrente di emettitore è la corrente di ingresso, la corrente di collettore è l'uscita. La corrente di uscita è una parte dell'ingresso, ad es.
(4.1)dove a è il coefficiente di trasferimento di corrente per il circuito OB;
Poiché la corrente di uscita è inferiore alla corrente di ingresso, il coefficiente a<1. Он показывает, какая часть инжектированных в базу носителей заряда достигает коллектора. Обычно величина a составляет 0,95¸0,995.
In un circuito emettitore comune, la corrente di uscita è la corrente del collettore e la corrente di ingresso è la corrente di base. Guadagno di corrente per il circuito OE:
(4.2)
(4.3)
Di conseguenza, il guadagno di corrente per il circuito OE è di decine di unità.
La corrente di uscita del transistor dipende dalla corrente di ingresso. Pertanto, un transistor è un dispositivo controllato dalla corrente.
Le variazioni della corrente dell'emettitore causate da una variazione della tensione di giunzione dell'emettitore vengono completamente trasferite al circuito del collettore, provocando una variazione nella corrente del collettore. E da allora la tensione della sorgente di alimentazione del collettore Ek è molto maggiore di quella dell'emettitore Ee, quindi la potenza consumata nel circuito del collettore Pk sarà molto maggiore della potenza nel circuito dell'emettitore Re. Pertanto, è possibile controllare una grande potenza nel circuito del collettore del transistor con una bassa potenza spesa nel circuito dell'emettitore, ad es. c'è un aumento di potenza.
4.2 Schemi per l'accensione dei transistor bipolari
Il transistor è collegato al circuito elettrico in modo tale che uno dei suoi terminali (elettrodo) sia l'ingresso, il secondo sia l'uscita e il terzo sia comune ai circuiti di ingresso e di uscita. A seconda dell'elettrodo comune, ci sono tre circuiti di commutazione del transistor: OB, OE e OK. Questi circuiti per un transistor p-n-p sono mostrati in fig. 4.3. Per un transistor n-p-n, solo la polarità delle tensioni e la direzione delle correnti cambiano nei circuiti di commutazione. Per qualsiasi circuito di commutazione a transistor (in modalità attiva), la polarità di accensione degli alimentatori deve essere scelta in modo tale che la giunzione dell'emettitore sia attivata nella direzione anteriore e la giunzione del collettore sia attivata nella direzione opposta.
Figura 4.3 - Schemi di accensione dei transistor bipolari: a) ABOUT; b) OE; c) OK
4.3 Caratteristiche statiche dei transistor bipolari
La modalità di funzionamento statica del transistor è la modalità quando non c'è carico nel circuito di uscita.
Le caratteristiche statiche dei transistor sono chiamate dipendenze espresse graficamente dalla tensione e dalla corrente del circuito di ingresso (ingresso VAC) e del circuito di uscita (uscita VAC). Il tipo di caratteristiche dipende dal modo in cui il transistor è acceso.
4.3.1 Caratteristiche del transistor collegato secondo il circuito OB
IE \u003d f (UEB) con UKB \u003d const (Fig. 4.4, a).
IK \u003d f (UKB) con IE \u003d const (Fig. 4.4, b).
Figura 4.4 - Caratteristiche statiche di un transistor bipolare collegato secondo il circuito OB
Le caratteristiche di uscita I–V hanno tre regioni caratteristiche: 1 – forte dipendenza di Ik da UKB (regione iniziale non lineare); 2 – debole dipendenza di Ik da UKB (regione lineare); 3 - rottura della giunzione del collettore.
Una caratteristica delle caratteristiche nella regione 2 è il loro leggero aumento all'aumentare della tensione UKB.
4.3.2 Caratteristiche del transistor collegato secondo lo schema OE:
La caratteristica di ingresso è la dipendenza:
IB \u003d f (UBE) con UKE \u003d const (Fig. 4.5, b).
La caratteristica di uscita è la dipendenza:
IK \u003d f (UKE) con IB \u003d const (Fig. 4.5, a).
Figura 4.5 - Caratteristiche statiche di un transistor bipolare collegato secondo il circuito OE
Il transistor nel circuito OE fornisce un guadagno di corrente. Guadagno di corrente nel circuito OE:
Se il coefficiente a per i transistor a = 0,9¸0,99, allora il coefficiente b = 9¸99. Questo è il vantaggio più importante dell'accensione del transistor secondo il circuito OE, che, in particolare, determina l'applicazione pratica più ampia di questo circuito di commutazione rispetto al circuito OB. Dal principio di funzionamento del transistor, è noto che due componenti di corrente scorrono nella direzione opposta attraverso il terminale di base (Fig. 4.6): la corrente inversa della giunzione del collettore IKO e parte della corrente dell'emettitore (1 - a) CIOÈ. A questo proposito, il valore zero della corrente di base (IB = 0) è determinato dall'uguaglianza delle componenti indicate delle correnti, cioè (1 - a)IE = IKO. La corrente di ingresso zero corrisponde alla corrente dell'emettitore IE=IKO/(1−a)=(1+b)IKO e alla corrente del collettore
. In altre parole, a corrente di base zero (IB \u003d 0), una corrente scorre attraverso il transistor nel circuito OE, chiamato IKO iniziale o attraverso la corrente (E) e uguale a (1 + b) IKO.
Figura 4.6 - Circuito di commutazione per un transistor con emettitore comune (circuito OE)
4.4 Parametri di base
Per l'analisi e il calcolo dei circuiti con transistor bipolari vengono utilizzati i cosiddetti h: i parametri di un transistor collegato secondo il circuito OE.
Lo stato elettrico di un transistor collegato secondo il circuito OE è caratterizzato dai valori IB, IBE, IK, UKE.
Il sistema dei parametri h include le seguenti quantità:
1. Impedenza di ingresso
h11 = DU1/DI1 con U2 = cost. (4.4)
rappresenta la resistenza del transistor a una corrente di ingresso alternata alla quale il cortocircuito all'uscita, ad es. in assenza di tensione AC in uscita.
2. Rapporto di retroazione di tensione:
h12 = DU1/DU2 con I1= cost. (4.5)
mostra quale proporzione della tensione CA in ingresso viene trasmessa all'ingresso del transistor a causa del feedback in esso contenuto.
3. Coefficiente di forza attuale (coefficiente di trasferimento attuale):
h21 = DI2/DI1 con U2= cost. (4.6)
mostra il guadagno CA del transistor in modalità a vuoto.
4. Conducibilità in uscita:
h22 = DI2/DU2 con I1 = cost. (4.7)
rappresenta la conduttanza AC tra i terminali di uscita del transistor.
Resistenza di uscita Rotta = 1/h22.
Per un circuito a emettitore comune, valgono le seguenti equazioni:
(4.8)
Per evitare il surriscaldamento della giunzione del collettore, è necessario che la potenza rilasciata in essa durante il passaggio della corrente del collettore non superi un determinato valore massimo:
(4.9)
Inoltre, ci sono restrizioni sulla tensione del collettore:
e corrente di collettore:
4.5 Modalità di funzionamento dei transistor bipolari
Il transistor può funzionare in tre modalità, a seconda della tensione alle sue giunzioni. Quando si opera in modalità attiva, la tensione è diretta alla giunzione dell'emettitore e inversa alla giunzione del collettore.
La modalità di taglio, o blocco, si ottiene applicando una tensione inversa a entrambe le giunzioni (entrambe le giunzioni p-n- sono chiuse).
Se la tensione è diretta su entrambe le giunzioni (entrambe le giunzioni p-n- sono aperte), il transistor funziona in modalità di saturazione.
Nelle modalità di taglio e saturazione, non c'è quasi nessun controllo del transistor. Nella modalità attiva, tale controllo viene eseguito in modo più efficiente e il transistor può svolgere le funzioni di un elemento attivo del circuito elettrico (amplificazione, generazione, ecc.).
4.6 Ambito
I transistor bipolari sono dispositivi a semiconduttore per uso universale e sono ampiamente utilizzati in vari amplificatori, generatori, impulsi e dispositivi chiave.
4.7 Lo stadio di amplificazione più semplice su un transistor bipolare
L'applicazione maggiore si trova nel circuito di commutazione del transistor secondo il circuito emettitore comune (Fig. 4.7)
Gli elementi principali del circuito sono l'alimentatore Ek, l'elemento controllato è il transistor VT e il resistore Rk. Questi elementi costituiscono il circuito principale (di uscita) dello stadio di amplificazione, in cui, a causa del flusso di una corrente controllata, viene creata una tensione alternata amplificata all'uscita del circuito.
Gli elementi rimanenti svolgono un ruolo di supporto. Il condensatore Cp si sta separando. In assenza di questo condensatore, si creerebbe una corrente continua nel circuito della sorgente del segnale di ingresso dalla sorgente di alimentazione Ek.
Figura 4.7 - Schema dello stadio di amplificazione più semplice su un transistor bipolare secondo un circuito emettitore comune
La resistenza RB, inclusa nel circuito di base, garantisce il funzionamento del transistor in modalità di riposo, ad es. in assenza di segnale in ingresso. La modalità di riposo è fornita dalla corrente di base a riposo IB » Ek/RB.
Con l'aiuto del resistore Rk, viene creata una tensione di uscita, ad es. Rk svolge la funzione di creare una tensione variabile nel circuito di uscita a causa del flusso di corrente in esso contenuto, controllato dal circuito di base.
Per il circuito del collettore dello stadio di amplificazione si può scrivere la seguente equazione dello stato elettrico:
Ek \u003d Uke + IkRk, (4.10)
cioè la somma della caduta di tensione attraverso il resistore Rk e la tensione collettore-emettitore Uke del transistor è sempre uguale a un valore costante: l'EMF del generatore Ek.
Il processo di amplificazione si basa sulla conversione dell'energia di una sorgente di tensione costante Ek nell'energia di una tensione alternata nel circuito di uscita a causa di una variazione della resistenza dell'elemento controllato (transistor) secondo la legge specificata dall'ingresso segnale.
Quando una tensione alternata uin viene applicata all'ingresso dello stadio di amplificazione, viene creata una componente di corrente alternata IB ~ nel circuito di base del transistor, il che significa che la corrente di base cambierà. Una variazione della corrente di base porta ad una variazione del valore della corrente di collettore (IK = bIB), e quindi ad una variazione dei valori delle tensioni sulla resistenza Rk e Uke. Le capacità di amplificazione sono dovute al fatto che la variazione dei valori della corrente di collettore è b volte maggiore della corrente di base.
4.8 Calcolo dei circuiti elettrici con transistor bipolari
Per il circuito del collettore dello stadio di amplificazione (Fig. 4.7), secondo la seconda legge di Kirchhoff, vale l'equazione (4.10).
La caratteristica volt-ampere del resistore di collettore RK è lineare e le caratteristiche volt-ampere del transistor sono le caratteristiche del collettore non lineare del transistor (Fig. 4.5, a) collegato secondo il circuito OE.
Il calcolo di tale circuito non lineare, ovvero la determinazione di IK, URK e UKE per vari valori delle correnti di base IB e della resistenza del resistore RK, può essere effettuato graficamente. Per fare ciò, sulla famiglia delle caratteristiche del collettore (Fig. 4.5, a), è necessario trarre dal punto EK sull'asse delle ascisse i volt - la caratteristica di corrente del resistore RK, che soddisfa l'equazione:
Uke \u003d Ek - RkIk. (4.11)
Questa caratteristica si basa su due punti:
Uke =Ek a Ik = 0 sull'asse x e Ik = Ek/Rk a Uke = 0 sull'asse y. Il CVC del resistore di collettore Rk costruito in questo modo è chiamato linea di carico. I suoi punti di intersezione con le caratteristiche del collettore danno una soluzione grafica all'equazione (4.11) per una data resistenza Rk e vari valori della corrente di base IB. Questi punti possono essere utilizzati per determinare la corrente di collettore Ik, che è la stessa per il transistor e il resistore Rk, nonché la tensione UKE e URK.
Il punto di intersezione della linea di carico con una delle caratteristiche IV statiche è chiamato punto operativo del transistor. Modificando IB, puoi spostarlo lungo la linea di carico. La posizione iniziale di questo punto in assenza di un segnale variabile in ingresso è chiamata punto di riposo − Т0.
a) b) Figura 4.8 - Calcolo grafico-analitico della modalità di funzionamento del transistor utilizzando le caratteristiche di uscita e di ingresso.
Il punto di riposo (punto di lavoro) T0 determina la corrente IKP e la tensione UKEP nella modalità di riposo. Da questi valori è possibile ricavare la potenza dell'RCP, rilasciata nel transistor in modalità riposo, che non deve superare la potenza massima del PK max, che è uno dei parametri del transistor:
RKP = IKP ×UKEP £ RK max. (4.12)
I libri di riferimento di solito non forniscono una famiglia di caratteristiche di input, ma solo caratteristiche per UKE = 0 e per alcuni UKE > 0.
Le caratteristiche di ingresso per diversi UKE che superano 1 V sono molto vicine tra loro. Pertanto, il calcolo delle correnti e delle tensioni di ingresso può essere eseguito approssimativamente in base alla caratteristica di ingresso per UKE > 0, presa dal libro di riferimento.
I punti A, To e B della caratteristica di funzionamento dell'uscita vengono trasferiti su questa curva e si ottengono i punti A1, T1 e B1 (Fig. 4.8, b). Determina il punto operativo T1 pressione costante basi UBEP e corrente continua basi IBP.
La resistenza del resistore RB (garantisce il funzionamento del transistor in modalità di riposo), attraverso la quale verrà fornita una tensione costante alla base dalla sorgente EK:
(4.13)
Nella modalità attiva (amplificazione), il punto di riposo del transistor To si trova approssimativamente al centro della sezione della linea di carico AB e il punto operativo non va oltre la sezione AB.
Abbiamo analizzato l'articolo in questo modo parametro importante transistor come beta (β) . Ma c'è un altro parametro interessante nel transistor. Di per sé, è insignificante, ma può fare affari! È come un sassolino che entra nelle scarpe da ginnastica di un atleta: sembra piccolo, ma crea disagi durante la corsa.
Quindi cosa impedisce questo "sassolino" dal transistor? Scopriamolo...
Come ricordiamo, un transistor è costituito da tre semiconduttori. Giunzione P-N, che chiamiamo base-emettitore giunzione dell'emettitore, e la transizione che è il collezionista di base transizione del collettore.
Poiché in questo caso abbiamo Transistor NPN, quindi la corrente scorrerà dal collettore all'emettitore, a condizione di aprire la base applicando una tensione superiore a 0,6 Volt (beh, in modo che il transistor si apra).
Per divertimento, prendiamo un coltello sottile e sottile e tagliamo l'emettitore proprio lungo la giunzione PN. Otterremo qualcosa del genere:
Fermare! Abbiamo un diodo? Egli è. Ricorda, nell'articolo Current-Voltage Characteristic (CVC), abbiamo considerato la caratteristica IV di un diodo:
Sul lato destro del CVC, vediamo come il ramo del grafico sia salito molto bruscamente. In questo caso, abbiamo applicato una tensione costante al diodo in questo modo, cioè collegamento diretto del diodo.
Il diodo ha fatto passare una corrente elettrica attraverso se stesso. Tu ed io abbiamo anche effettuato esperimenti con l'accensione diretta e inversa del diodo. Chi non ricorda, sa leggere.
Ma se inverti la polarità
quindi il diodo non passerà corrente.Ci è sempre stato insegnato in questo modo, e c'è del vero in questo, ma... il nostro mondo non è perfetto).
A seconda della disposizione degli strati semiconduttori, transistor Esistono due tipi principali: transistor NPN e transistor PNP.
Gli elettrodi di un transistor bipolare convenzionale sono chiamati base, emettitore e collettore. Collettore ed emettitore costituiscono il circuito principale corrente elettrica nel transistor e la base ha lo scopo di controllare la quantità di corrente in questo circuito.
Sul simbolo la freccia del terminale dell'emettitore del transistor mostra la direzione della corrente.
Come funziona un transistor
Il circuito di base del transistor controlla la corrente che scorre nel circuito collettore-emettitore. Modificando entro piccoli limiti la piccola tensione applicata alla base, è possibile modificare la corrente nel circuito collettore-emettitore entro un intervallo abbastanza ampio.
Schema che mostra come funziona un transistor
Mettiamo insieme un diagramma che dimostri chiaramente funzionamento a transistor
e il principio della sua inclusione. Abbiamo bisogno di un transistor con struttura NPN, ad esempio 2N3094, un resistore variabile o trimmer, un resistore con resistenza costante e una lampadina per torcia. I valori nominali dei dispositivi elettronici sono indicati sul diagramma.
Modificando la resistenza resistenza variabile R1, osserveremo come cambia la luminosità della lampadina H1.
Il resistore fisso R2 in questo circuito svolge il ruolo di limitatore, proteggendo la base del transistor da troppa corrente che può essere applicata ad esso nel momento in cui la resistenza del resistore variabile si avvicina allo zero. Il resistore di limitazione impedisce il guasto del transistor.
Ora proviamo a sostituire la lampada con un motore elettrico a bassa potenza. Ruotando l'asse del resistore variabile, possiamo osservare una variazione regolare della velocità di rotazione del motore M1.
I transistor vengono utilizzati nei circuiti dei robot per amplificare i segnali dei sensori, per controllare i motori, i transistor possono essere utilizzati per assemblare elementi logici che implementano le operazioni di negazione logica, moltiplicazione logica e addizione logica. I transistor sono la base di quasi tutti i moderni microcircuiti.
I transistor sono divisi in due grandi sottogruppi: bipolare e di campo. Sono comunemente usati per amplificare, generare e convertire segnali elettrici.Nel 1956, William Shockley, John Bardeen e Walter Brattain hanno ricevuto il Premio Nobel per la Fisica per l'invenzione del transistor bipolare.
TRANSISTORI BIPOLARI.
transistor bipolare è un dispositivo a semiconduttore con due giunzione p-n mi, che ha tre conclusioni. Il funzionamento di un transistor bipolare si basa sull'uso di portatori di carica di entrambi i segni (buchi ed elettroni) e la corrente che lo attraversa è controllata utilizzando una corrente di controllo.
Il transistor bipolare è il dispositivo a semiconduttore attivo più comune.
dispositivo a transistor. Il transistor bipolare contiene fondamentalmente tre strati semiconduttori (p-n-p o n-p-n) e, di conseguenza, due giunzioni p-n. Ciascuno strato di semiconduttore è collegato tramite un contatto metallo-semiconduttore non rettificante ad un terminale esterno.
Lo strato intermedio e l'uscita corrispondente sono chiamati base, uno degli strati estremi e l'uscita corrispondente sono chiamati emettitore e l'altro strato estremo e l'uscita corrispondente sono chiamati collettore.
Diamo una rappresentazione schematica e semplificata della struttura di un transistor del tipo n-p-n(Fig. 1, a) e due varianti accettabili della designazione grafica convenzionale (Fig. 1, b). Tipo di transistor p-n-p disposto in modo simile. In questo caso, la "freccia" dell'emettitore sarà diretta nella direzione opposta, verso la base. Le frecce dell'emettitore mostrano la direzione delle correnti attraverso il transistor.
Riso. 1. Rappresentazione schematica della struttura del transistor
transistor chiamato bipolare, poiché il processo del flusso di corrente elettrica coinvolge portatori di elettricità di due segni: elettroni e lacune. Ma in vari tipi transistor, il ruolo di elettroni e lacune è diverso.
I transistor NPN sono più comuni dei transistor pnp, come di solito accade migliori parametri. Ciò è spiegato come segue: il ruolo principale nei processi elettrici nei transistor di tipo npn è svolto dagli elettroni e in transistor p-n-p- buchi. Gli elettroni, d'altra parte, hanno una mobilità da due a tre volte maggiore delle lacune.
È importante notare che in realtà l'area della giunzione del collettore è molto più grande dell'area della giunzione dell'emettitore, poiché tale asimmetria migliora significativamente le proprietà del transistor.
In questo articolo cercheremo di descrivere principio di funzionamento Il tipo più comune di transistor è quello bipolare. transistor bipolareè uno dei principali elementi attivi dei dispositivi radioelettronici. Il suo scopo è quello di lavorare sull'amplificazione della potenza del segnale elettrico che arriva al suo ingresso. L'amplificazione di potenza avviene tramite una fonte di energia esterna. Un transistor è un componente elettronico con tre terminali.
Caratteristica di progetto di un transistor bipolare
Per la produzione di un transistor bipolare è necessario un semiconduttore a foro o conducibilità di tipo elettronico, che si ottiene per diffusione o fusione con impurità accettore. Di conseguenza, su entrambi i lati della base si formano regioni con tipi di conducibilità polari.
I transistor bipolari per conducibilità sono di due tipi: npn e pnp. Le regole di funzionamento a cui è soggetto un transistor bipolare con conducibilità n-p-n (per p-n-p è necessario cambiare la polarità della tensione applicata):
- Il potenziale positivo sul collezionista ha maggior valore rispetto all'emettitore.
- Qualsiasi transistor ha i propri parametri massimi consentiti Ib, Ik e Uke, il cui eccesso è in linea di principio inaccettabile, poiché ciò può portare alla distruzione del semiconduttore.
- I terminali base-emettitore e base-collettore funzionano come diodi. Di norma, il diodo nella direzione base-emettitore è aperto e nella direzione base-collettore è polarizzato nella direzione opposta, ovvero la tensione in ingresso interferisce con il flusso di corrente elettrica attraverso di essa.
- Se i punti da 1 a 3 sono soddisfatti, la corrente Ik è direttamente proporzionale alla corrente Ib e ha la forma: Ik = he21*Ib, dove he21 è il guadagno di corrente. Questa regola caratterizza la qualità principale del transistor, ovvero che la bassa corrente di base fornisce il controllo corrente potente collettore.
Per diversi transistor bipolari della stessa serie, l'indice he21 può variare fondamentalmente da 50 a 250. Il suo valore dipende anche dalla corrente di collettore che scorre, dalla tensione tra emettitore e collettore e dalla temperatura ambiente.
Studiamo la regola numero 3. Ne consegue che la tensione applicata tra l'emettitore e la base non deve essere aumentata in modo significativo, perché se la tensione di base è 0,6 ... 0,8 V maggiore dell'emettitore (tensione diretta del diodo), allora una corrente estremamente grande sarà apparire. Pertanto, in un transistor funzionante, le tensioni all'emettitore e alla base sono interconnesse secondo la formula: Ub \u003d Ue + 0,6 V (Ub \u003d Ue + Ube)
Ricordiamo ancora una volta che tutti questi punti si riferiscono a transistor aventi conduttività n-p-n. Per tipo pnp tutto dovrebbe essere invertito.
Dovresti anche prestare attenzione al fatto che la corrente del collettore non ha alcuna connessione con la conduttività del diodo, poiché, di norma, viene fornita una tensione inversa al diodo collettore-base. Inoltre, la corrente che scorre attraverso il collettore dipende molto poco dal potenziale del collettore (questo diodo è simile a una piccola sorgente di corrente)
Quando il transistor è acceso in modalità di amplificazione, la giunzione dell'emettitore è aperta e la giunzione del collettore è chiusa. Questo si ottiene collegando gli alimentatori.
Poiché la giunzione dell'emettitore è aperta, una corrente di emettitore la attraverserà, derivante dal passaggio di lacune dalla base all'emettitore, nonché dagli elettroni dall'emettitore alla base. Pertanto, la corrente dell'emettitore contiene due componenti: il buco e l'elettrone. Il rapporto di iniezione determina l'efficienza dell'emettitore. L'iniezione di addebito si riferisce al trasferimento di vettori di carica dalla zona in cui erano dominanti alla zona in cui diventano minori.
Nella base, gli elettroni si ricombinano e la loro concentrazione nella base viene reintegrata dal plus della sorgente EE. Di conseguenza, in circuito elettrico la base scorrerà una corrente abbastanza debole. Gli elettroni rimanenti, che non hanno avuto il tempo di ricombinarsi nella base, sotto l'effetto accelerante del campo della giunzione del collettore bloccata, come portatori di minoranza, si sposteranno nel collettore, creando una corrente di collettore. Il trasferimento di portatori di carica da una zona in cui erano minori a una zona in cui diventano maggiori è chiamato estrazione di cariche elettriche.
