역 컬렉터 전류. 트랜지스터의 작동 원리를 함께 이해합시다

반도체 소자 트랜지스터의 이름은 전송(transfer) - 전송(transfer)이라는 두 단어로 구성됩니다.+ 저항하다 - 저항. 왜냐하면 이는 실제로 하나의 전극의 전압에 의해 조절되는 저항의 형태로 표현될 수 있기 때문입니다. 트랜지스터는 때때로 반도체 삼극관이라고도 불립니다.

최초의 바이폴라 트랜지스터는 1947년에 만들어졌으며, 1956년에는 이 발명으로 3명의 과학자가 노벨 물리학상을 수상했습니다.

바이폴라 트랜지스터는 불순물 전도성이 교대로 나타나는 3개의 반도체로 구성된 반도체 장치입니다. 각 층마다 전극이 연결되어 출력됩니다. 바이폴라 트랜지스터는 캐리어가 전자인 전하를 동시에 사용합니다( n - "음수") 및 홀(p - "양수") "), 즉 두 가지 유형의 캐리어이므로 이름 접두사 "bi"-2가 형성됩니다.

트랜지스터는 레이어 교대 유형이 다릅니다.

피앤피 - 트랜지스터(직접 전도);

Npn- 트랜지스터(역전도).

베이스 (B)는 바이폴라 트랜지스터의 중앙층에 연결된 전극이다. 바깥층의 전극을 이미터(E)와 컬렉터(K)라고 합니다.


그림 1 - 바이폴라 트랜지스터 설계

다이어그램은 "버몬트 ", 오래된 러시아어 문서에서 "T", "PP"및 "PT"라는 명칭을 찾을 수 있습니다. 바이폴라 트랜지스터는 다음과 같습니다. 전기 다이어그램, 다음과 같이 반도체 전도도의 교대에 따라:


그림 2 - 바이폴라 트랜지스터 지정

위의 그림 1에서는 컬렉터와 이미터의 차이가 눈에 띄지 않습니다. 트랜지스터의 단순화된 단면 표현을 보면 면적이 p-n 컬렉터 전이는 이미터의 전이보다 큽니다.


그림 3 - 트랜지스터의 단면

베이스는 전도성이 약한 반도체로 이루어져 있는데, 즉 물질의 저항이 높다. 트랜지스터 효과가 발생하려면 전제 조건은 얇은 기본 레이어입니다. 접촉면적부터 p-n 컬렉터와 이미터 접합이 다르기 때문에 연결 극성을 변경할 수 없습니다. 이 특성은 트랜지스터를 비대칭 장치로 분류합니다.

바이폴라 트랜지스터에는 입력과 출력이라는 두 가지 전류-전압 특성(볼트-암페어 특성)이 있습니다.

입력 전류-전압 특성은 베이스 전류(나는 B ) 베이스 이미 터 전압 (당신은).




그림 4 - 바이폴라 트랜지스터의 입력 전류-전압 특성

출력 전류-전압 특성은 콜렉터 전류(나는 K ) 콜렉터 - 이미 터 전압 ( U KE).




그림 5 - 트랜지스터의 출력 전류-전압 특성

바이폴라 트랜지스터의 작동 원리를 살펴 보겠습니다. npn 유형, pnp용 마찬가지로, 고려되는 것은 전자가 아니라 정공뿐입니다.트랜지스터에는 두 개의 pn 접합이 있습니다.. 활성 작동 모드에서는 그 중 하나가 순방향 바이어스로 연결되고 다른 하나는 역방향 바이어스로 연결됩니다. EB 접합이 열려 있으면 이미터의 전자가 쉽게 베이스로 이동합니다(재결합이 발생함). 하지만 앞서 언급한 것처럼 베이스층이 얇고 전도성이 낮기 때문에 일부 전자가 베이스-컬렉터 접합으로 이동할 시간이 있습니다. 전기장여기서 전자는 소수 캐리어이기 때문에 층 전이 장벽을 극복(강화)하는 데 도움이 됩니다. 베이스 전류가 증가하면 이미터-베이스 접합이 더 많이 열리고 이미터에서 컬렉터로 더 많은 전자가 흐를 수 있습니다. 콜렉터 전류는 베이스 전류에 비례하며 후자(제어)의 변화는 작습니다. 컬렉터 전류크게 변화합니다. 이것이 바이폴라 트랜지스터에서 신호가 증폭되는 방식입니다.




그림 6 - 트랜지스터 작동의 활성 모드

사진을 보시면 설명이 가능합니다트랜지스터의 동작 원리 조금 더 간단합니다. CE가 다음과 같다고 상상해 보세요. 배수관, B는 물의 흐름을 조절할 수 있는 수도꼭지입니다. 즉, 그보다 더 최신베이스에 먹이를 줄수록 더 많은 것을 얻을 수 있습니다.

콜렉터 전류의 값은 베이스 전류를 형성하는 베이스의 재결합 손실을 제외하고 이미터 전류와 거의 동일하므로 다음 공식이 유효합니다.

나는 E = I B + I K입니다.

트랜지스터의 기본 매개변수:

전류 이득은 베이스 전류에 대한 컬렉터 전류의 유효 값의 비율입니다.

입력 저항 - 옴의 법칙에 따라 이미터-베이스 전압 비율과 동일합니다. U EB 전류를 제어하기 위해나 B .

전압 이득 – 매개변수는 출력 전압의 비율에 의해 결정됩니다. U EC를 입력하려면 U BE를 입력하세요.

주파수 응답은 입력 신호의 특정 제한 주파수까지 작동하는 트랜지스터의 능력을 나타냅니다. 최대 주파수를 초과하면 트랜지스터의 물리적 프로세스가 발생할 시간이 없으며 증폭 능력이 전혀 감소하지 않습니다.

바이폴라 트랜지스터용 스위칭 회로

트랜지스터를 연결하려면 세 개의 단자(전극)만 사용할 수 있습니다. 따라서 정상적인 작동을 위해서는 두 개의 전원이 필요합니다. 트랜지스터의 한 전극은 두 개의 소스에 동시에 연결됩니다. 결과적으로 바이폴라 트랜지스터에는 3가지 연결 방식이 있습니다. OE - 공통 이미터 사용, OB - 공통 베이스, OK - 공통 컬렉터. 각각에는 장점과 단점이 있으며, 용도와 필요한 특성에 따라 연결 방법이 선택됩니다.

공통 이미 터 (CE)를 사용한 연결 회로는 전류 및 전압, 그에 따른 전력의 최대 증폭이 특징입니다. 이 연결을 사용하면 출력 교류 전압이 입력에 비해 전기적으로 180도 이동됩니다. 가장 큰 단점은 저주파 응답, 즉 차단 주파수 값이 낮아 고주파수 입력 신호에 사용할 수 없다는 것입니다.

(OB)는 탁월한 주파수 응답을 제공합니다. 그러나 OE처럼 큰 신호 전압 이득을 제공하지는 않습니다. 그리고 전류 증폭은 전혀 발생하지 않습니다. 이 다이어그램전류 안정화 특성을 갖고 있기 때문에 전류 추종자라고도 합니다.

공통 컬렉터(CC)가 있는 회로는 OE와 거의 동일한 전류 이득을 갖지만 전압 이득은 거의 1과 같습니다(약간 낮음). 이 연결 다이어그램에서는 전압 오프셋이 일반적이지 않습니다. 또한 출력 전압( U EB )는 입력 전압에 해당합니다.

트랜지스터의 응용:

증폭기 회로;

신호 발생기;

전자 키.

주제 4. 바이폴라 트랜지스터

4.1 설계 및 작동 원리

바이폴라 트랜지스터는 전기 전도도가 교대로 나타나는 3개의 영역으로 구성된 반도체 소자로, 전력 증폭에 적합합니다.

현재 생산되는 바이폴라 트랜지스터는 다음 기준에 따라 분류할 수 있습니다.

재질별: 게르마늄 및 실리콘;

영역의 전도성 유형에 따라: p-n-p 및 n-p-n 유형;

전력별: 낮음(Pmax £ 0.3W), 중간(Pmax £ 1.5W) 및 고성능(R최대> 1.5W);

주파수별: 저주파, 중간 주파수, 고주파 및 마이크로파.

바이폴라 트랜지스터에서 전류는 전자와 정공(또는 다수와 소수)이라는 두 가지 유형의 전하 캐리어의 이동에 의해 결정됩니다. 따라서 그들의 이름은 양극성입니다.

현재 평면형 트랜지스터만 가능 pn 접합미.

평면 바이폴라 트랜지스터의 구조는 그림 1에 개략적으로 나와 있습니다. 4.1.

서로 다른 전기 전도도를 갖는 세 개의 영역이 생성된 게르마늄 또는 실리콘 판입니다. 트랜지스터에서 n-p-n 유형중간 영역에는 정공 전도성이 있고 가장 바깥쪽 영역에는 전자 전도성이 있습니다.

Pnp 트랜지스터는 중간 지역전자가 있는 영역과 홀의 전기 전도성이 있는 가장 바깥쪽 영역이 있습니다.

트랜지스터의 중간 영역을 베이스라고 하고, 한 끝 영역은 이미터, 다른 영역은 컬렉터라고 합니다. 따라서 트랜지스터에는 두 개의 p-n 접합이 있습니다. 이미 터 - 이미 터와베이스 사이, 컬렉터 -베이스와 컬렉터 사이. 이미터 접합의 면적은 컬렉터 접합의 면적보다 작습니다.

이미터는 베이스에 전하 캐리어를 주입하는 것이 목적인 트랜지스터의 영역입니다. 컬렉터는 베이스에서 전하 캐리어를 추출하는 것이 목적인 영역입니다. 베이스는 이미터가 이 영역의 대부분이 아닌 전하 캐리어를 주입하는 영역입니다.

이미터의 주 전하 캐리어 농도는 베이스의 주 전하 캐리어 농도보다 몇 배 더 크며, 컬렉터의 농도는 이미터의 농도보다 다소 낮습니다. 따라서 이미터 전도성은 기본 전도성보다 몇 배 더 높고 컬렉터 전도성은 이미터 전도성보다 다소 낮습니다.

결론은 베이스, 이미터, 컬렉터로부터 도출됩니다. 입력 및 출력 회로에 공통되는 단자에 따라 트랜지스터를 연결하는 회로에는 공통 베이스(CB), 공통 이미터(CE) 및 공통 컬렉터(CC)의 세 가지 회로가 있습니다.

입력 또는 제어 회로는 트랜지스터의 작동을 제어하는 ​​역할을 합니다. 출력 또는 제어 회로에서 증폭된 진동이 얻어집니다. 증폭된 진동의 소스는 다음과 같습니다. 입력 회로, 출력에서 ​​부하가 켜집니다.

공통 베이스가 있는 회로에 따라 연결된 pnp 트랜지스터의 예를 사용하여 트랜지스터의 작동 원리를 고려해 봅시다(그림 4.2).



그림 4.2 - 바이폴라 트랜지스터의 작동 원리(pnp 유형)

두 전원 EE, Ek의 외부 전압은 이미터 접합 P1이 순방향(순방향 전압)으로 바이어스되고, 컬렉터 접합 P2가 역방향(역전압)으로 바이어스되도록 트랜지스터에 연결됩니다. .

컬렉터 접합에 역전압이 가해지고 이미터 회로가 개방되면 컬렉터 회로에는 작은 역전류 Iko(마이크로암페어 단위)가 흐릅니다. 이 전류는 역전압의 영향으로 발생하며 콜렉터 접합을 통한 소수 전하 캐리어, 베이스 홀 및 콜렉터 전자의 방향 이동에 의해 생성됩니다. 역전류는 회로를 통해 흐릅니다: +Ek, 베이스 컬렉터, -Ek. 크기 역전류콜렉터 전압은 콜렉터 전압에 의존하지 않고 반도체 온도에 따라 달라집니다.

정전압 EE가 이미터 회로에 순방향으로 연결되면 이미터 접합의 전위 장벽이 감소합니다. 베이스에 구멍을 주입하기 시작합니다.

트랜지스터에 인가된 외부 전압은 주로 전이 P1과 P2에 인가되는 것으로 나타났습니다. 그들은 가지고 있다 높은 저항베이스, 이미터, 컬렉터 영역의 저항과 비교합니다. 따라서 베이스에 주입된 정공은 확산을 통해 베이스를 통해 이동합니다. 이 경우 정공은 베이스의 전자와 재결합합니다. 베이스의 캐리어 농도는 이미터의 캐리어 농도보다 훨씬 낮기 때문에 재결합되는 정공은 거의 없습니다. 베이스 두께가 얇으면 거의 모든 홀이 컬렉터 접합 P2에 도달합니다. 재결합된 전자 대신 전원 Ek의 전자가 베이스로 들어갑니다. 베이스의 전자와 재결합하는 정공은 베이스 전류 IB를 생성합니다.

역전압 Ek의 영향으로 컬렉터 접합의 전위 장벽이 증가하고 접합 P2의 두께가 증가합니다. 그러나 컬렉터 접합의 전위 장벽은 구멍이 통과하는 것을 막지 못합니다. 컬렉터 접합 영역으로 들어가는 정공은 컬렉터 전압에 의해 접합에서 생성된 강한 가속 필드에 들어가고 컬렉터에 의해 추출(수축)되어 컬렉터 전류 Ik를 생성합니다. 콜렉터 전류는 +Ek, 베이스-콜렉터, -Ek 회로를 통해 흐릅니다.

따라서 트랜지스터에는 이미터 전류, 컬렉터 전류, 베이스 전류라는 세 가지 전류가 흐릅니다.

베이스 터미널인 와이어에서 이미터 전류와 컬렉터 전류는 반대 방향으로 향합니다. 따라서 베이스 전류는 이미터 전류와 컬렉터 전류의 차이(IB = IE - IK)와 같습니다.

n-p-n 트랜지스터의 물리적 프로세스는 p-n-p 트랜지스터의 프로세스와 유사하게 진행됩니다.

총 이미터 전류 IE는 이미터에 의해 주입된 주 전하 캐리어의 수에 의해 결정됩니다. 컬렉터에 도달하는 이러한 전하 캐리어의 주요 부분은 컬렉터 전류 Ik를 생성합니다. 베이스에 주입된 전하 캐리어의 작은 부분이 베이스에서 재결합하여 베이스 전류 IB를 생성합니다. 결과적으로 이미터 전류는 베이스 전류와 컬렉터 전류로 나누어집니다. IE = IB + Ik.

이미터 전류는 입력 전류이고, 컬렉터 전류는 출력 전류입니다. 출력 전류는 입력 전류의 일부입니다.

(4.1)

여기서 a는 OB 회로의 전류 전달 계수입니다.

출력 전류가 입력 전류보다 작기 때문에 계수 a는<1. Он показывает, какая часть инжектированных в базу носителей заряда достигает коллектора. Обычно величина a составляет 0,95¸0,995.

공통 이미터 회로에서 출력 전류는 콜렉터 전류이고 입력 전류는 베이스 전류입니다. OE 회로의 전류 이득:

(4.2) (4.3)

결과적으로 OE 회로의 전류 이득은 수십 단위입니다.

트랜지스터의 출력 전류는 입력 전류에 따라 달라집니다. 따라서 트랜지스터는 전류 제어 장치입니다.

이미터 접합 전압의 변화에 ​​따른 이미터 전류의 변화는 컬렉터 회로에 완전히 전달되어 컬렉터 전류의 변화를 일으킵니다. 그리고 왜냐하면 컬렉터 전원 Ek의 전압은 이미터 Ee의 전압보다 훨씬 크며, 그러면 컬렉터 회로 Pk에서 소비되는 전력은 이미터 회로 Re의 전력보다 훨씬 더 커집니다. 따라서, 이미터 회로에서 소비되는 전력을 낮추면서 트랜지스터의 컬렉터 회로에서 높은 전력을 제어하는 ​​것이 가능합니다. 힘이 증가합니다.

4.2 바이폴라 트랜지스터 연결 회로

트랜지스터는 단자 (전극) 중 하나가 입력이고, 두 번째가 출력이고, 세 번째가 입력 및 출력 회로에 공통되는 방식으로 전기 회로에 연결됩니다. 어떤 전극이 공통인지에 따라 OB, OE 및 OK의 세 가지 트랜지스터 스위칭 회로가 있습니다. pnp 트랜지스터에 대한 이러한 회로는 그림 1에 나와 있습니다. 4.3. 스위칭 회로의 n-p-n 트랜지스터의 경우 전압의 극성과 전류의 방향만 변경됩니다. 모든 트랜지스터 스위칭 회로(활성 모드)의 경우 이미터 접합이 순방향으로 켜지고 컬렉터 접합이 역방향으로 켜지도록 전원 공급 장치의 극성을 선택해야 합니다.



그림 4.3 - 바이폴라 트랜지스터의 연결 회로: a) OB; b) OE; 다) 알았어

4.3 바이폴라 트랜지스터의 정적 특성

트랜지스터의 정적 작동 모드는 출력 회로에 부하가 없을 때의 모드입니다.

트랜지스터의 정적 특성은 입력 회로(입력 전류-전압 특성)와 출력 회로(출력 전류-전압 특성)의 전압 및 전류의 의존성을 그래픽으로 표현한 것입니다. 특성 유형은 트랜지스터를 켜는 방법에 따라 다릅니다.

4.3.1 OB 회로에 따라 연결된 트랜지스터의 특성

IE = f(UEB), UKB = const(그림 4.4, a).

IK = f(UKB), IE = const(그림 4.4, b).



그림 4.4 - OB 회로에 따라 연결된 바이폴라 트랜지스터의 정적 특성

출력 전류-전압 특성에는 세 가지 특성 영역이 있습니다. 1 - UKB에 대한 Ik의 강한 의존성(비선형 초기 영역) 2 – UKB(선형 영역)에 대한 Ik의 약한 의존성; 3 – 컬렉터 접합의 고장.

영역 2의 특성 특징은 전압 UKB가 증가함에 따라 약간 증가한다는 것입니다.

4.3.2 OE 회로에 따라 연결된 트랜지스터의 특성:

입력 특성은 종속성입니다.

IB = f(UBE), UKE = const(그림 4.5, b).

출력 특성은 종속성입니다.

IK = f(UKE), IB = const(그림 4.5, a).



그림 4.5 - OE 회로에 따라 연결된 바이폴라 트랜지스터의 정적 특성

OE 회로의 트랜지스터는 전류 증폭을 제공합니다. OE 회로의 전류 이득:

트랜지스터의 계수 a가 a = 0.9¸0.99이면 계수 b = 9¸99입니다. 이는 OE 회로에 따라 트랜지스터를 연결하는 것의 가장 중요한 이점이며, 특히 OB 회로에 비해 이 연결 회로의 더 넓은 실제 적용을 결정합니다.

트랜지스터의 작동 원리에 따르면 두 개의 전류 성분이 베이스 단자를 통해 반대 방향으로 흐르는 것으로 알려져 있습니다(그림 4.6). 컬렉터 접합 IKO의 역전류와 이미터 전류의 일부(1 - a) 즉. 이와 관련하여 베이스 전류(IB = 0)의 0 값은 지정된 전류 구성 요소의 동등성에 의해 결정됩니다. (1 − a) IE = IKO. 0 입력 전류는 이미터 전류 IE=IKO/(1−a)=(1+b)IKO 및 컬렉터 전류에 해당합니다.

. 즉, 베이스 전류가 0(IB = 0)일 때 초기 전류 또는 통과 전류 IKO(E)라고 하며 (1+ b) IKO와 같은 전류가 OE 회로의 트랜지스터를 통해 흐릅니다.

그림 4.6 - 공통 이미 터가있는 트랜지스터 연결 회로 (OE 회로)

4.4 기본 매개변수

바이폴라 트랜지스터가 있는 회로를 분석하고 계산하려면 OE 회로에 따라 연결된 트랜지스터의 소위 h 매개 변수가 사용됩니다.

OE 회로에 따라 연결된 트랜지스터의 전기적 상태는 IB, IBE, IK, UKE 값으로 특징 지어집니다.

h − 매개변수 시스템에는 다음 양이 포함됩니다.

1. 입력 임피던스

h11 = U2 = const에서 DU1/DI1. (4.4)

출력에서 단락이 발생하는 교류 입력 전류에 대한 트랜지스터의 저항을 나타냅니다. 즉, AC 출력 전압이 없는 경우.

2. 전압 피드백 계수:

h12 = DU1/DU2at I1= const. (4.5)

피드백으로 인해 입력 AC 전압의 어느 부분이 트랜지스터의 입력으로 전달되는지 보여줍니다.

3. 전류 힘 계수(전류 전달 계수):

h21 = DI2/DI1at U2= const. (4.6)

무부하 모드에서 트랜지스터에 의한 교류 전류의 증폭을 보여줍니다.

4. 출력 전도도:

h22 = DI2/DU2, I1 = const. (4.7)

트랜지스터의 출력 단자 사이의 교류 전류에 대한 컨덕턴스를 나타냅니다.

출력 저항 Rout = 1/h22.

공통 이미터 회로의 경우 다음 방정식이 적용됩니다.

(4.8)

컬렉터 접합의 과열을 방지하려면 컬렉터 전류가 흐르는 동안 방출되는 전력이 특정 최대값을 초과하지 않아야 합니다.

(4.9)

또한 컬렉터 전압에는 제한이 있습니다.

및 컬렉터 전류:

4.5 바이폴라 트랜지스터의 작동 모드

트랜지스터는 접합점의 전압에 따라 세 가지 모드로 작동할 수 있습니다. 활성 모드에서 작동할 때 이미터 접합의 전압은 정방향이고 컬렉터 접합에서는 역방향입니다.

차단 또는 차단 모드는 두 접합 모두에 역전압을 적용하여 달성됩니다(두 p-n 접합 모두 닫힘).

두 접합의 전압이 직접적이면(두 p-n 접합 모두 개방) 트랜지스터는 포화 모드에서 작동합니다.

컷오프 모드와 포화 모드에서는 트랜지스터 제어가 거의 없습니다. 활성 모드에서는 이러한 제어가 가장 효율적으로 수행되며 트랜지스터는 전기 회로의 활성 요소 기능(증폭, 생성 등)을 수행할 수 있습니다.

4.6 적용 범위

바이폴라 트랜지스터는 범용 목적의 반도체 소자로 다양한 증폭기, 발생기, 펄스 및 스위칭 장치에 널리 사용됩니다.

4.7 바이폴라 트랜지스터를 사용한 가장 간단한 증폭기 스테이지

가장 널리 사용되는 회로는 공통 이미터 회로를 사용하여 트랜지스터를 연결하는 것입니다(그림 4.7).

회로의 주요 요소는 전원 공급 장치 Ek, 제어 요소 - 트랜지스터 VT 및 저항 Rk입니다. 이러한 요소는 제어된 전류의 흐름으로 인해 회로 출력에서 ​​증폭된 교류 전압이 생성되는 증폭기 스테이지의 주(출력) 회로를 형성합니다.

나머지 요소는 지원 역할을 합니다. 커패시터 Cp는 분리 커패시터입니다. 입력 신호 소스 회로에 이 커패시터가 없으면 전원 Ek에서 직류가 생성됩니다.



그림 4.7 - 공통 이미 터 회로에 따른 바이폴라 트랜지스터의 가장 간단한 증폭기 스테이지 다이어그램

베이스 회로에 연결된 저항 RB는 휴지 모드에서 트랜지스터의 작동을 보장합니다. 입력 신호가 없을 때. 대기 모드는 대기 베이스 전류 IB » Ek/RB에 의해 보장됩니다.

저항 Rk의 도움으로 출력 전압이 생성됩니다. Rк는 기본 회로를 통해 제어되는 전류 흐름으로 인해 출력 회로에서 다양한 전압을 생성하는 기능을 수행합니다.

증폭기 단의 컬렉터 회로의 경우 다음과 같은 전기 상태 방정식을 작성할 수 있습니다.

Ek = Uke + IkRk, (4.10)

즉, 저항기 Rk의 전압 강하와 트랜지스터의 컬렉터-이미터 전압 Uke의 합은 항상 일정한 값, 즉 전원 Ek의 emf와 같습니다.

증폭 과정은 입력 신호에 지정된 법칙에 따라 제어 요소(트랜지스터)의 저항을 변경하여 정전압원 Ek의 에너지를 출력 회로의 교류 전압 에너지로 변환하는 것을 기반으로 합니다.

교류 전압 uin이 증폭기 단의 입력에 적용되면 전류 IB~의 교류 성분이 트랜지스터의 베이스 회로에 생성되며 이는 베이스 전류가 변경됨을 의미합니다. 베이스 전류의 변화는 콜렉터 전류 값(IK = bIB)의 변화로 이어지며, 이에 따라 저항 Rk 및 Uke의 전압 값도 변경됩니다. 증폭 능력은 컬렉터 전류 값의 변화가 기본 전류보다 b배 더 크다는 사실에 기인합니다.

4.8 바이폴라 트랜지스터를 사용한 전기 회로 계산

증폭기 단(그림 4.7)의 컬렉터 회로의 경우 Kirchhoff의 제2법칙에 따라 방정식(4.10)이 유효합니다.

콜렉터 저항 RK의 볼트 암페어 특성은 선형이고 트랜지스터의 볼트 암페어 특성은 OE 회로에 따라 연결된 트랜지스터 (그림 4.5, a)의 비선형 컬렉터 특성입니다.

이러한 비선형 회로의 계산, 즉 베이스 전류 IB 및 저항 저항 RK의 다양한 값에 대한 IK, URK 및 UKE 결정은 그래픽으로 수행할 수 있습니다. 이를 위해서는 컬렉터 특성 계열(그림 4.5, a)에서 다음 방정식을 만족하는 저항 RK의 볼트-암페어 특성을 가로축의 EK 지점에서 그려야 합니다.

우케 = Ek − RkIk. (4.11)

이 특성은 두 가지 점에서 만들어집니다.

가로 좌표에 Ik = 0이 있는 Uke = Ek 및 세로 좌표에 Uke = 0이 있는 Ik = Ek/Rk. 이렇게 구성된 콜렉터 저항 Rk의 I-V 특성을 부하선이라 합니다. 콜렉터 특성과 교차하는 지점은 주어진 저항 Rк 및 베이스 전류 IB의 다양한 값에 대한 방정식 (4.11)에 대한 그래픽 솔루션을 제공합니다. 이 지점에서 트랜지스터와 저항기 Rk뿐만 아니라 전압 UKE와 URK에 대해 동일한 컬렉터 전류 Ik를 결정할 수 있습니다.

부하 라인과 정적 전류-전압 특성 중 하나의 교차점을 트랜지스터의 동작점이라고 합니다. IB를 변경하면 로드 라인을 따라 이동할 수 있습니다. 입력 교번 신호가 없을 때 이 지점의 초기 위치를 휴지 지점(T0)이라고 합니다.



가) 나)

그림 4.8 – 출력 및 입력 특성을 사용한 트랜지스터 작동 모드의 그래픽 분석 계산.

휴지점(작동점) T0는 휴지 모드에서 현재 ICP와 전압 UCP를 결정합니다. 이 값을 사용하면 휴지 모드에서 트랜지스터에서 방출되는 RCP의 전력을 찾을 수 있습니다. 이는 트랜지스터의 매개변수 중 하나인 RK max의 최대 전력을 초과해서는 안 됩니다.

RKP = IKP ×UKEP £ RK 최대. (4.12)

참고 서적은 일반적으로 입력 특성 계열을 제공하지 않고 UKE = 0 및 일부 UKE > 0에 대한 특성만 제공합니다.

1V를 초과하는 다양한 UCE의 입력 특성은 서로 매우 가깝게 위치합니다. 따라서 입력 전류 및 전압 계산은 참고서에서 가져온 UCE > 0에 대한 입력 특성을 사용하여 대략적으로 수행할 수 있습니다.

출력 작동 특성의 점 A, To 및 B가 이 곡선으로 전송되고 점 A1, T1 및 B1이 얻어집니다(그림 4.8, b). 작동점 T1이 결정합니다. 정전압 UBEP 데이터베이스 및 정전류 IBP 베이스.

소스 EK에서 베이스로 일정한 전압이 공급되는 저항 RB(휴지 모드에서 트랜지스터의 작동 보장)의 저항:

(4.13)

활성(증폭) 모드에서 트랜지스터 To의 휴지점은 대략 AB 로드 라인 섹션의 중간에 위치하며 동작 포인트는 AB 섹션을 넘어 확장되지 않습니다.

우리는 기사를 다음과 같이 분석했습니다. 중요한 매개변수베타 계수로서의 트랜지스터 (β) . 그러나 트랜지스터에는 또 다른 흥미로운 매개변수가 있습니다. 그 자체로는 중요하지 않지만 많은 사업을 할 수 있습니다! 마치 운동선수의 운동화 속에 들어가는 조약돌처럼 작아 보이지만 달릴 때 불편함을 줍니다.

그렇다면 왜 이 동일한 "조약돌"이 트랜지스터를 방해합니까? 알아보자...

우리가 기억하는 것처럼 트랜지스터는 세 개의 반도체로 구성됩니다. 베이스-이미터(base-emitter)라고 부르는 P-N 접합 이미 터 접합및 기본 수집기인 전환 - 수집가 전환.



이 경우부터 우리는 NPN 트랜지스터, 이는 베이스를 열고 0.6V 이상의 전압을 적용하면(트랜지스터가 열리도록) 전류가 콜렉터에서 이미 터로 흐른다는 것을 의미합니다.

재미삼아 얇고 얇은 칼을 사용하여 P-N 접합을 따라 이미터를 잘라봅시다. 우리는 다음과 같이 끝날 것입니다 :

멈추다! 다이오드가 있나요? 그 사람이 바로 그 사람이에요. 전류-전압 특성(CVC) 기사에서 다이오드의 CVC를 살펴보았습니다.



전류-전압 특성의 오른쪽에서 그래프의 분기가 매우 급격하게 상승하는 모습을 볼 수 있습니다. 이 경우에는 이와 같이 다이오드에 일정한 전압을 인가했습니다. 다이오드의 직접 연결.

다이오드는 자체적으로 전류를 통과시켰다. 우리는 다이오드의 직접 연결과 역 연결에 대한 실험도 수행했습니다. 기억나지 않는 분들은 읽어보셔도 됩니다.

하지만 극성을 바꾸면

그러면 우리 다이오드는 전류를 통과하지 못할 것입니다.우리는 항상 이런 식으로 배워왔고 그 안에 어느 정도 진실이 있지만... 우리 세상은 이상적이지 않습니다.

반도체층의 위치에 따라, 트랜지스터 NPN 트랜지스터와 PNP 트랜지스터의 두 가지 주요 유형으로 나뉩니다.

기존 바이폴라 트랜지스터의 전극을 베이스, 이미터, 컬렉터라고 합니다. 콜렉터와 이미터가 주 회로를 구성합니다. 전류트랜지스터에 있고 베이스는 이 회로의 전류량을 제어하기 위한 것입니다.

~에 상징트랜지스터에서 이미터 단자 화살표는 전류의 방향을 나타냅니다.

트랜지스터는 어떻게 작동하나요?

트랜지스터의 베이스 회로는 컬렉터-에미터 회로에 흐르는 전류를 제어합니다. 베이스에 공급되는 저전압을 작은 한계 내에서 변경하면 상당히 넓은 범위 내에서 컬렉터-이미터 회로의 전류를 변경할 수 있습니다.

트랜지스터의 동작 원리를 보여주는 회로

명확하게 보여주는 다이어그램을 만들어 보겠습니다. 트랜지스터 작동
그리고 그 포함의 원리. NPN 구조의 트랜지스터(예: 2N3094), 가변 또는 튜닝 저항, 일정한 저항그리고 손전등용 전구. 전자 장치의 등급은 다이어그램에 표시됩니다.


저항 변화 가변저항기 R1, 전구 H1의 밝기가 어떻게 변하는지 관찰하겠습니다.

이 회로의 상수 저항 R2는 리미터 역할을 하며 가변 저항의 저항이 0이 되는 순간에 공급될 수 있는 너무 많은 전류로부터 트랜지스터 베이스를 보호합니다. 제한 저항은 트랜지스터의 고장을 방지합니다.

이제 램프를 저전력 전기 모터로 교체해 보겠습니다. 가변저항의 축을 회전시키면 전기모터(M1)의 회전속도가 부드럽게 변화하는 것을 관찰할 수 있다.


트랜지스터는 로봇 회로에서 센서의 신호를 증폭하고 모터를 제어하는 ​​데 사용됩니다. 트랜지스터는 논리 부정, 논리 곱셈 및 논리 덧셈 연산을 구현하는 논리 요소를 조립하는 데 사용할 수 있습니다. 트랜지스터는 거의 모든 최신 미세 회로의 기초입니다.

트랜지스터는 두 개의 큰 하위 그룹으로 나뉩니다. 양극성 및 장. 이는 일반적으로 전기 신호를 증폭, 생성 및 변환하는 데 사용됩니다. 1956년에 William Shockley, John Bardeen 및 Walter Brattain은 바이폴라 트랜지스터 발명으로 상을 받았습니다. 노벨상물리학에서.

바이폴라 트랜지스터.

바이폴라 트랜지스터 두 개의 반도체 소자이다. p-n 접합 mi에는 세 개의 출력이 있습니다. 바이폴라 트랜지스터의 작동은 두 부호(정공과 전자)의 전하 캐리어 사용을 기반으로 하며 이를 통해 흐르는 전류는 제어 전류를 사용하여 제어됩니다.

바이폴라 트랜지스터는 가장 일반적인 능동형 반도체 소자이다.

트랜지스터 장치.바이폴라 트랜지스터는 기본적으로 세 개의 반도체 층(pnp 또는 npn)과 그에 따른 두 개의 pn 접합을 포함합니다. 각 반도체층은 비정류 금속-반도체 접점을 통해 외부단자와 연결된다.

중간 레이어와 해당 핀을 베이스라고 하고, 가장 바깥쪽 레이어 중 하나와 해당 핀을 이미터라고 하며, 다른 가장 바깥쪽 레이어와 해당 핀을 컬렉터라고 합니다.

다음 유형의 트랜지스터 구조에 대한 개략적이고 단순화 된 이미지를 제공하겠습니다. n-р-n(그림 1, a) 및 조건부에 허용되는 두 가지 옵션 그래픽 지정(그림 1, b). 트랜지스터 유형 p-n-p비슷하게 정리했습니다. 이 경우 이미 터의 "화살표"는 반대 방향, 즉 베이스를 향하게 됩니다. 이미터 화살표는 트랜지스터를 통과하는 전류의 방향을 나타냅니다.


쌀. 1. 트랜지스터 구조의 도식적 표현

트랜지스터라고 불리는 양극성, 전류의 흐름에는 전자와 정공이라는 두 가지 기호의 전기 운반체가 포함되기 때문입니다. 하지만 다양한 유형트랜지스터에서는 전자와 정공의 역할이 다릅니다.

NPN형 트랜지스터는 pnp형 트랜지스터에 비해 더 일반적입니다. 최고의 매개변수. 이는 다음과 같이 설명됩니다. n-p-n 트랜지스터의 전기적 과정에서 주요 역할은 전자에 의해 수행됩니다. pnp 트랜지스터- 구멍. 전자는 정공보다 2~3배 더 큰 이동성을 가지고 있습니다.

실제로 컬렉터 접합 영역은 이미 터 접합 영역보다 훨씬 크다는 점에 유의하는 것이 중요합니다. 왜냐하면 이러한 비대칭이 트랜지스터의 특성을 크게 향상시키기 때문입니다.

이 기사에서 우리는 설명하려고 노력할 것입니다 작동 원리가장 일반적인 유형의 트랜지스터는 바이폴라입니다. 바이폴라 트랜지스터무선 전자 장치의 주요 활성 요소 중 하나입니다. 그 목적은 입력에 도달하는 전기 신호의 전력을 증폭시키는 것입니다. 전력 증폭은 외부 에너지원을 사용하여 수행됩니다. 트랜지스터는 세 개의 단자가 있는 무선 전자 부품입니다.

바이폴라 트랜지스터의 설계 특징

바이폴라 트랜지스터를 생산하려면 수용체 불순물과 확산 또는 합금을 통해 얻어지는 정공 또는 전자 전도성 유형의 반도체가 필요합니다. 결과적으로 극성 유형의 전도성을 갖는 영역이 베이스의 양쪽에 형성됩니다.


바이폴라 트랜지스터는 전도도에 따라 n-p-n과 p-n-p의 두 가지 유형이 있습니다. n-p-n 전도성을 갖는 바이폴라 트랜지스터를 제어하는 ​​작동 규칙(p-n-p의 경우 인가 전압의 극성을 변경해야 함):

  1. 컬렉터의 양전위는 다음과 같습니다. 더 높은 가치이미터와 비교.
  2. 모든 트랜지스터에는 고유한 최대 허용 매개변수 Ib, Ik 및 Uke가 있으며, 이를 초과하는 것은 원칙적으로 허용되지 않습니다. 왜냐하면 이로 인해 반도체가 파손될 수 있기 때문입니다.
  3. 베이스 이미터 및 베이스 컬렉터 단자는 다이오드처럼 작동합니다. 일반적으로 베이스-에미터 방향의 다이오드는 열려 있고 베이스-콜렉터 방향에서는 반대 방향으로 바이어스됩니다. 즉, 들어오는 전압이 이를 통과하는 전류의 흐름을 방해합니다.
  4. 1~3단계가 완료되면 전류 Ik는 전류 Ib에 정비례하고 다음 형식을 갖습니다. Ik = he21*Ib, 여기서 he21은 전류 이득입니다. 이 규칙트랜지스터의 주요 품질, 즉 낮은 베이스 전류가 제어력을 발휘한다는 특징이 있습니다. 강력한 전류수집기

동일한 시리즈의 다양한 바이폴라 트랜지스터의 경우 he21 표시기는 기본적으로 50에서 250까지 다양합니다. 그 값은 또한 흐르는 콜렉터 전류, 이미 터와 콜렉터 사이의 전압 및 주변 온도에 따라 달라집니다.


규칙 3번을 공부해 봅시다. 따라서 베이스 전압이 이미터(다이오드의 순방향 전압)보다 0.6...0.8V 더 크면 이미터와 베이스 사이에 적용되는 전압이 크게 증가해서는 안 됩니다. 그러면 극도로 큰 전류가 발생하기 때문입니다. 나타나다. 따라서 작동하는 트랜지스터에서 이미 터와베이스의 전압은 다음 공식에 따라 상호 연결됩니다. Ub = Ue + 0.6V (Ub = Ue + Ube)

이 모든 사항은 n-p-n 전도성을 갖는 트랜지스터에 적용된다는 점을 다시 한 번 상기시켜 드리겠습니다. 을 위한 p-n-p 유형모든 것이 거꾸로 되어야 합니다.

또한 콜렉터 전류는 다이오드의 전도도와 관련이 없다는 사실에도 주의해야 합니다. 일반적으로 콜렉터 기반 다이오드에는 역전압이 공급되기 때문입니다. 또한 컬렉터를 통해 흐르는 전류는 컬렉터의 전위에 거의 의존하지 않습니다(이 다이오드는 소형 전류원과 유사합니다).

증폭 모드에서 트랜지스터가 켜지면 이미터 접합은 열리고 컬렉터 접합은 닫힙니다. 이는 전원 공급 장치를 연결하여 달성됩니다.


이미터 접합이 열려 있기 때문에 베이스에서 이미터로 정공이 전이되고 이미터에서 베이스로 전자가 전이되어 이미터 전류가 이를 통과합니다. 따라서 이미 터 전류에는 정공과 전자라는 두 가지 구성 요소가 포함됩니다. 주입 비율은 이미터의 효율을 결정합니다. 전하 주입은 전하 캐리어가 다수였던 영역에서 소수가 되는 영역으로 이동하는 것입니다.

베이스에서는 전자가 재결합하고 베이스의 농도는 EE 소스의 플러스에서 보충됩니다. 이로 인해, 전기 회로다소 약한 전류가 베이스에서 흐릅니다. 잠긴 컬렉터 접합 필드의 가속 영향으로 베이스에서 재결합할 시간이 없었던 나머지 전자는 소수 캐리어로서 컬렉터로 이동하여 컬렉터 전류를 생성합니다. 전하 캐리어가 소수였던 구역에서 다수가 되는 구역으로 이동하는 것을 전하 추출이라고 합니다.




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