İki kutuplu transistörler: anahtarlama devreleri. Ortak bir verici olan bir bipolar transistörün anahtarlama düzeni

Üç elektrotlu yarıiletken cihazların bir tipi iki kutuplu transistörlerdir. Anahtarlama şemaları iletkenliğe (delik veya elektronik) ve gerçekleştirilen işlevlere bağlıdır.

sınıflandırma

Transistörler gruplara ayrılır:

1. Malzemelerde: galyum arsenür ve silikon en çok kullanılır.
2. Sinyal frekansına göre: düşük (3 MHz'e kadar), orta (30 MHz'e kadar), yüksek (300 MHz'e kadar), ultra yüksek (300 MHz'in üstünde).
3. Maksimum güç dağılımına göre: 0,3 W, 3 W, 3 W'den fazla.
4. Cihazın türüne göre: Doğrudan ve ters uçlu yabancı madde iletim yöntemlerinde dönüşümlü olarak üç bağlı yarı iletken tabakası.

Transistörler nasıl çalışır?

Transistörün dış ve iç katmanları sırasıyla emitör, toplayıcı ve taban olarak adlandırılan besleme elektrodlarına bağlanır.

Verici ve toplayıcı iletkenlik tiplerinde farklılık göstermez, ancak sondajdaki yabancı madde katkısı derecesi çok daha düşüktür. Bu, izin verilen çıkış voltajında bir artış sağlar.

Orta tabaka olan taban, zayıf dopingli bir yarı iletkenden yapıldığı için büyük bir dirence sahiptir. Kollektör ile geniş bir temas alanı vardır, bu da geçişin ters yönü nedeniyle ısı dağılımını iyileştirir ve aynı zamanda azınlık taşıyıcılarının-elektronların geçişini de kolaylaştırır. Geçiş katmanlarının bir prensibe dayandığı gerçeğine rağmen, transistör asimetrik bir cihazdır. Aynı iletkenlik ile aşırı katmanların yerlerini değiştirirken yarı iletken cihazın analog parametrelerini elde etmek imkansızdır.

İki kutuplu transistör anahtarlama devreleri iki durumda destekleyebilir: açık veya kapalı olabilir. Aktif modda, transistör açık olduğunda, verici birleşme yer değiştirmesi ileri yönde yapılır. Bunu görsel olarak görmek için, örneğin, npn tipindeki bir yarıiletken triyoda, aşağıdaki şekilde gösterildiği gibi kaynaklardan güç verilmelidir.

İkinci kollektör kavşağındaki sınır kapalıdır ve içinden akım akmaz. Fakat pratikte, bunun tersi, geçişlerin birbirlerine yakın yerleri ve karşılıklı etkileri nedeniyle gerçekleşir. Akünün bir "eksi" si emitöre bağlandığından, açık geçiş, elektronların baz alanına girmesine izin verir, burada kısmi yeniden birleşim ana taşıyıcılarla deliklerle gerçekleşir. Bir taban akımı I _{b oluşturulur} . Güçlendikçe, çıkış akımı o kadar orantılıdır. Bu prensipte, yükselteçler bipolar transistörler üzerinde çalışırlar.

Tabandan elektronların sadece difüzyon hareketi vardır, çünkü elektrik alanının hareketi yoktur. Katmanın direnci yeterince büyük olmasına rağmen, önemsiz katman kalınlığı (mikron) ve negatif yüklü parçacıkların konsantrasyon gradyanının büyük değeri nedeniyle, hemen hemen hepsi kollektör bölgesine düşer. Aktif transferlerine katkıda bulunan geçiş elektrik alanı tarafından çekiliyorlar. Tabanda rekombinasyonun neden olduğu yüklerin önemsiz kaybını ihmal edersek, kollektör ve emitör akımları pratik olarak birbirine eşittir: I _e = I _b + I _k .

Transistör parametreleri

1. Gerilim yükseltme faktörleri U _eq / U _b ve akım: β = I _k / I _b (gerçek değerler). Genellikle β katsayısı 300'ü aşmaz, ancak 800 ve daha yüksek bir değere ulaşabilir.
2. Giriş direnci.
3. Frekans tepkisi - transistörün belirli bir frekansta çalışması, aşımı esnasında transientlerin verildiği sinyaldeki değişiklikleri takip etmemesi.

Bipolar transistör: anahtarlama devreleri, çalışma modları

Çalışma modları devrenin nasıl monte edildiğine bağlı olarak değişir. Sinyal, her vaka için iki noktada beslenmeli ve fotoğraflanmalı ve sadece üç çıktı mevcuttur. Dolayısıyla, bir elektrodun aynı anda girdi ve çıktıya ait olması gerekir. Buna her iki kutuplu transistörler dahildir. Kapsama şemaları: OB, MA ve OK.

1. Tamam ile şema yapın

Bir bipolar transistörü ortak bir kollektör ile anahtarlama şeması: sinyal, kollektör devresine giren direne R _L uygulanır. Bu bağlantıya bir ortak kolektör devresi denir.

Bu seçenek yalnızca mevcut kazanç oluşturur. Emitör takipçisinin avantajı, kaskadların koordinasyonunu kolaylaştıran büyük bir giriş direnci (10-500 kOhm) oluşturmaktır.

2. OB ile şema

Ortak bir tabana sahip bir çift kutuplu transistör anahtarlama şeması: gelen sinyal C ₁ üzerinden beslenir ve yükseltildikten sonra taban elektrodunun ortak olduğu kollektör devresinin çıkışında çıkarılır. Bu durumda, MA ile çalışmaya benzer bir voltaj kazancı yaratılır.

Dezavantaj küçük giriş direncidir (30-100 Ohms) ve OB ile devre osilatör olarak kullanılır.

3. OE ile Şema

Birçok durumda, bipolar transistörler kullanıldığında, anahtarlama devreleri tercihen ortak bir verici ile yapılır. Besleme gerilimi R _L yük direnci ile beslenir ve harici beslemenin negatif kutbu emitöre bağlanır.

Girişten gelen değişken sinyal, vericinin elektrodlarına ve tabanına (V _in ) gider ve kolektör devresinde zaten daha büyük olur (V _CE ). Devrenin ana elemanları: transistör, direnç R _L ve harici güç ile amplifikatör çıkış devresi. Yardımcı: DC akımın giriş sinyalinin devresine akmasını ve R1'in reaktörün açıldığı R1 rezistansını engelleyen C ₁ kapasitörü.

Kollektör devresinde, transistörün çıkışındaki ve R _L direncindeki voltajlar, emf değerine eşittir: V _CC = I _C R _L + V _CE .

Böylece, girişteki küçük bir sinyal V _in , DC besleme geriliminin değişiminin yasasını, kontrol edilen transistor konvertörünün bir AC çıkışına ayarlar. Devre giriş akımında 20-100 kez ve gerilim - 10-200 kat artış sağlar. Buna göre, güç de artar.

Devrenin dezavantajı: küçük bir giriş direnci (500-1000 ohm). Bu nedenle, amplifikasyon kaskadlarının oluşumunda sorunlar ortaya çıkmaktadır. Çıkış direnci 2-20 kΩ'dur.

Yukarıdaki şemalar, bir çift kutuplu transistörün nasıl çalıştığını göstermektedir. Ek önlem almıyorsanız, performansları aşırı ısınma ve sinyal frekansı gibi dış etkenlerden kuvvetle etkilenir. Ayrıca, verici alanı, çıkışta doğrusal olmayan bozulma oluşturur. İşin güvenilirliğini arttırmak için devreye geri besleme devreleri, filtreler vb. Bağlanırken aynı zamanda kazanç faktörü de azalır, ancak cihaz daha verimli hale gelir.

Çalışma modları

Transistörün fonksiyonu bağlı voltaj değerinden etkilenir. Ortak emitörlü bir bipolar transistörün devreye girmesi için önceden devreye giren devre kullanılırsa, tüm çalışma modları gösterilebilir.

1. Kesme modu

Bu mod, V _BE geriliminin değeri 0,7 V'a düştüğünde oluşturulur. Bu durumda, verici bağlantı kesilir ve toplayıcı akım mevcut değildir çünkü tabanda serbest elektron yoktur. Böylece, transistör kilitli.

2. Aktif mod

Transistörü açmak için yeterli voltaj tabana uygulanıyorsa, küçük bir giriş akımı görünür ve kazancın büyüklüğüne bağlı olarak çıkışta artar. Sonra transistör bir amplifikatör olarak çalışacaktır.

3. Doygunluk modu

Mod, aktif olanın transistör tamamen açık olması ve kollektör akımı mümkün olan en yüksek değere ulaşması bakımından farklıdır. Artışına yalnızca çıkış devresindeki EMF'yi veya yükü değiştirerek ulaşılabilir. Taban akımı değiştiğinde kollektör akımı değişmez. Doygunluk modu, transistörün aşırı derecede açık olması ve burada açık durumda bir anahtar olarak görev yapması ile karakterize edilir. Kesme ve doygunluk modlarını birleştirdiklerinde bipolar transistörlerin geçişine yönelik düzenlemeler, yardımları ile elektronik anahtarlar oluşturmalarına izin verir.

Tüm çalışma modları, grafikte gösterilen çıkış özelliklerinin türüne bağlıdır.

Bir çift kutuplu transistörü bir OE ile bağlamak için bir devre monte edildiyse, görsel olarak gösterilebilirler.

Mümkün olan maksimum kollektör akımı ve besleme gerilimi V _CC'nin büyüklüğüne karşılık gelen ordinatların ve eksenlere ait kesitlerin eksenlerini çizersek ve uçlarını birbirlerine bağlarsak, bir yük çizgisi elde ederiz (kırmızı renk). Aşağıdaki ifade ile tanımlanır: I _C = (V _CC - V _CE ) / R _C. Şekilden, kollektör akımı I _C'yi ve voltaj V _CE'yu belirleyen çalışma noktasının, taban akımı I _B arttıkça yükleme hattı boyunca aşağıdan yukarı kayacağı görülecektir.

V _CE ekseni ile birinci çıkış karakteristiği (gölgeli) arasındaki bölge, burada _B = 0, kesme modunu karakterize eder. Bu durumda, ters akım I _C önemsizdir ve transistör kapalıdır.

A noktasındaki en yüksek karakteristik direkt yük ile kesişir ve daha sonra yükseldiğimde kollektör akımı artık değişmez. Grafiğin doygunluk bölgesi I _C ekseni ve en dik karakteristik arasındaki gölgeli alandır.

Transistör farklı modlarda nasıl davranıyor?

Transistör, giriş devresine giren değişken veya sabit sinyallerle çalışır.

Bipolar transistör: anahtarlama devreleri, amplifikatör

Genellikle transistör bir amplifikatör görevi görür. Değişken bir giriş sinyali, çıkış akımında bir değişiklik meydana getirir. Burada şemaları OK veya OE ile uygulayabilirsiniz. Çıkış devresinde, sinyal için bir sinyal gereklidir. Genellikle toplayıcı devresinin çıkışına kurulmuş bir direnç kullanılır. Doğru seçilirse, çıkış gerilimi giriş voltajından çok daha yüksek olur.

Amplifikatörün çalışması zaman şemalarında açıkça görülür.

Darbe sinyalleri dönüştürüldüğünde, mod sinüsoidal sinyaller için olduğu gibi kalır. Armonik bileşenlerin dönüşüm kalitesi, transistörlerin frekans özelliklerine göre belirlenir.

Anahtarlama modunda çalışma

Transistör tuşları , elektrik devrelerindeki bağlantıların temassız olarak değiştirilmesi için tasarlanmıştır. Prensip, transistörün direncinde bir basamak değişikliğidir. Bipolar tip, anahtar cihazın gereksinimleri için oldukça uygundur.

Sonuç

Yarı iletken elemanlar elektrik sinyal dönüştürme devrelerinde kullanılır. Evrensel yetenekler ve geniş bir sınıflandırma, bipolar transistörlerin yaygın olarak kullanılmasını mümkün kılmaktadır. Anahtarlama devreleri fonksiyonlarını ve çalışma şeklini belirler. Çok da özelliklere bağlı.

Çift kutuplu transistörleri açma ana devreleri, giriş sinyallerini büyütür, üretir ve dönüştürür ve ayrıca elektrik devrelerini değiştirir.