Tranzistoriai skirstomi į dvipolius ir lauko efektus. Kiekvienas iš šių tipų turi savo veikimo principą ir dizainą, tačiau jiems bendra yra puslaidininkinių p-n struktūrų buvimas.

Tranzistorių simboliai pateikti lentelėje:

Prietaiso tipas				Įprastas grafinis simbolis (UGO)
Bipolinis	Dvipolis pnp tipas
	Dvipolis n-p-n tipas
Laukas	Su vadovu p-n sandūra	Su p tipo kanalu
		Su n tipo kanalu
	Su izoliuota sklendė MOSFET tranzistoriai	Su įmontuota kanalas	Įmontuotas kanalas p tipo
			Įmontuotas kanalas n tipo
		Su indukuota kanalas	Indukuotas kanalas p tipo
			Indukuotas kanalas n tipo

Bipoliniai tranzistoriai

„Dvipolio“ apibrėžimas rodo, kad tranzistoriaus veikimas yra susijęs su procesais, kuriuose dalyvauja dviejų tipų krūvininkai - elektronai ir skylės.

Tranzistorius yra puslaidininkinis įtaisas su dviem elektronų skylių jungtimis, skirtas stiprinti ir generuoti elektrinius signalus. Tranzistorius naudoja abiejų tipų nešiklius - pagrindinį ir mažąjį, todėl jis vadinamas bipoliniu.

Bipolinis tranzistorius susideda iš trijų skirtingų laidumo tipų monokristalinio puslaidininkio sričių: emiterio, bazės ir kolektoriaus.

• E - emiteris,
• B - bazė,
• K - kolekcionierius,
• EP - emiterio jungtis,
• KP - kolektoriaus jungtis,
• W - pagrindo storis.

Kiekvienas tranzistoriaus perėjimas gali būti įjungtas į priekį arba atgal. Priklausomai nuo to, yra trys tranzistoriaus veikimo režimai:

1. Išjungimo režimas - abi p-n sandūros yra uždarytos, o per tranzistorių paprastai teka palyginti maža srovė
2. Sodrumo režimas – abi p-n sandūros yra atviros
3. Aktyvus režimas – viena iš p-n sandūrų yra atvira, o kita – uždaryta

Atjungimo režimu ir prisotinimo režimu tranzistorius negali būti valdomas. Veiksmingas tranzistoriaus valdymas atliekamas tik aktyviu režimu. Šis režimas yra pagrindinis. Jei emiterio sandūroje įtampa yra tiesioginė, o kolektoriaus sandūroje - atvirkštinė, tada tranzistoriaus įjungimas laikomas normaliu, jei poliškumas yra priešingas, jis yra atvirkštinis.

Įprastu režimu kolektoriaus p-n sandūra uždaryta, emiterio sandūra atidaryta. Kolektoriaus srovė yra proporcinga bazinei srovei.

Krūvininkų judėjimas n-p-n tranzistoryje parodytas paveikslėlyje:

Kai emiteris yra prijungtas prie neigiamo maitinimo šaltinio gnybto, atsiranda emiterio srovė Ie. Kadangi emiterio sandūroje į priekį nukreipiama išorinė įtampa, elektronai kerta sandūrą ir patenka į bazinę sritį. Pagrindas pagamintas iš p-puslaidininkio, todėl elektronai yra mažumos krūvininkai.

Elektronai, patekę į pagrindo sritį, iš dalies rekombinuoja su skylėmis bazėje. Tačiau pagrindas dažniausiai gaminamas iš labai plono p-laidininko, turinčio didelę varžą (mažas priemaišų kiekis), todėl skylių koncentracija bazėje yra maža ir tik keli elektronai, patekę į bazę, rekombinuojasi su jo skylutėmis, sudarydami pagrindą. dabartinis Ib. Dauguma elektronų dėl šiluminio judėjimo (difuzijos) ir veikiami kolektoriaus lauko (drift) pasiekia kolektorių, sudarydami kolektoriaus srovės Ik komponentą.

Ryšys tarp emiterio ir kolektoriaus srovių prieaugio apibūdinamas srovės perdavimo koeficientu

Kaip matyti iš kokybinio procesų, vykstančių bipoliniame tranzistoryje, tyrimo, srovės perdavimo koeficientas visada yra mažesnis už vienetą. Šiuolaikiniams dvipoliams tranzistoriams α = 0,9 ÷ 0,95

Kai Ie ≠ 0, tranzistoriaus kolektoriaus srovė yra lygi:

Nagrinėjamoje prijungimo grandinėje bazinis elektrodas yra bendras emiterio ir kolektoriaus grandinėms. Ši dvipolio tranzistoriaus prijungimo grandinė vadinama grandine su bendra baze, o emiterio grandinė vadinama įvesties grandine, o kolektoriaus – išvesties grandine. Tačiau tokia dvipolio tranzistoriaus įjungimo grandinė naudojama labai retai.

Trys grandinės bipoliniam tranzistoriui įjungti

Yra perjungimo grandinės su bendra baze, bendru emiteriu ir bendru kolektoriumi. Pnp tranzistoriaus grandinės parodytos a, b, c paveiksluose:

Grandinėje su bendru pagrindu (pav. a) bazinis elektrodas yra bendras įėjimo ir išėjimo grandinėms su bendru emitteriu (b pav.), emiteris yra bendras; (c pav.), kolektorius yra bendras.

Paveikslėlyje parodyta: E1 – įvesties grandinės maitinimas, E2 – išėjimo grandinės maitinimas, Uin – sustiprinto signalo šaltinis.

Pagrindinė perjungimo grandinė yra tokia, kurioje bendras įvesties ir išvesties grandinių elektrodas yra emiteris (dvipolio tranzistoriaus su bendru emiteriu perjungimo grandinė). Tokios grandinės įvesties grandinė eina per bazės-emiterio jungtį ir joje atsiranda bazinė srovė:

Maža bazinės srovės vertė įvesties grandinėje paskatino plačiai naudoti bendrą emiterio grandinę.

Dvipolis tranzistorius bendro emiterio (CE) grandinėje

Tranzistoryje, prijungtame pagal OE grandinę, srovės ir įtampos santykis tranzistoriaus įėjimo grandinėje Ib = f1 (Ube) vadinamas tranzistoriaus įėjimo arba bazine srovės-įtampos charakteristika (VC). Kolektoriaus srovės priklausomybė nuo įtampos tarp kolektoriaus ir emiterio esant fiksuotoms bazinės srovės vertėms Iк = f2 (Uke), Ib – const vadinama tranzistoriaus išėjimo (kolektoriaus) charakteristikų šeima.

Vidutinės galios n-p-n tipo bipolinio tranzistoriaus įvesties ir išėjimo srovės-tampos charakteristikos parodytos paveikslėlyje:

Kaip matyti iš paveikslo, įėjimo charakteristika praktiškai nepriklauso nuo įtampos Uke. Išėjimo charakteristikos yra maždaug vienodu atstumu viena nuo kitos ir beveik tiesinės įvairiuose įtampos pokyčiuose Uke.

Priklausomybė Ib = f(Ube) yra į priekį nukreiptos p-n sandūros srovės eksponentinė priklausomybė. Kadangi bazinė srovė yra rekombinacija, jos reikšmė Ib yra β kartų mažesnė už įpurškiamą emiterio srovę Ie. Didėjant kolektoriaus įtampai Uк, įėjimo charakteristika pasislenka į aukštesnių įtampų Ub sritį. Taip yra dėl to, kad dėl bazės pločio moduliacijos (Ankstyvasis efektas) sumažėja rekombinacinės srovės dalis bipolinio tranzistoriaus bazėje. Įtampa Ube neviršija 0,6...0,8 V. Viršijus šią vertę smarkiai padidės srovė, tekanti per atvirą emiterio sandūrą.

Priklausomybė Ik = f(Uke) rodo, kad kolektoriaus srovė yra tiesiogiai proporcinga bazinei srovei: Ik = B Ib

Bipolinio tranzistoriaus parametrai

Tranzistoriaus vaizdavimas mažo signalo veikimo režimu kaip keturių galų tinklas

Mažo signalo veikimo režimu tranzistorius gali būti pavaizduotas keturių gnybtų tinklu. Kai įtampa u1, u2 ir srovės i1, i2 kinta pagal sinusoidinį dėsnį, ryšys tarp įtampų ir srovių nustatomas naudojant Z, Y, h parametrus.

Potencialai 1", 2", 3 yra vienodi. Tranzistorių patogu apibūdinti naudojant h parametrus.

Tranzistoriaus, sujungto pagal grandinę su bendru emiteriu, elektrinė būsena apibūdinama keturiais dydžiais: Ib, Ube, Ik ir Uke. Du iš šių dydžių gali būti laikomi nepriklausomais, o kiti du gali būti išreikšti jais. Praktiniais sumetimais Ib ir Uke kiekius patogu rinktis kaip nepriklausomus. Tada Ube = f1 (Ib, Uke) ir Ik = f2 (Ib, Uke).

Stiprinamuosiuose įrenginiuose įvesties signalai yra įvesties įtampos ir srovių žingsniai. Tiesinėje charakteristikų dalyje Ube ir Ik prieaugiams galioja šios lygybės:

Fizinė parametrų reikšmė:

Grandinei su OE koeficientai rašomi su indeksu E: h11e, h12e, h21e, h22e.

Paso duomenys rodo h21е = β, h21b = α. Šie parametrai apibūdina tranzistoriaus kokybę. Norėdami padidinti h21 reikšmę, turite arba sumažinti pagrindo plotį W, arba padidinti difuzijos ilgį, o tai yra gana sunku.

Kompozitiniai tranzistoriai

Norėdami padidinti h21 vertę, dvipoliai tranzistoriai prijungiami naudojant Darlington grandinę:

Sudėtiniame tranzistoryje, kurio charakteristikos yra tokios pat kaip ir vieno, bazė VT1 yra prijungta prie emiterio VT2 ir ΔIе2 = ΔIb1. Abiejų tranzistorių kolektoriai yra sujungti ir šis gnybtas yra kompozitinio tranzistoriaus gnybtas. Bazė VT2 atlieka sudėtinio tranzistoriaus ΔIb = ΔIb2 pagrindo vaidmenį, o emiteris VT1 atlieka sudėtinio tranzistoriaus ΔIe = ΔI1 emiterio vaidmenį.

Gaukime Darlingtono grandinės srovės stiprinimo β išraišką. Išreikškime ryšį tarp bazinės srovės dIb pokyčio ir susidariusio sudėtinio tranzistoriaus kolektoriaus srovės dIk pokyčio taip:

Kadangi dvipolių tranzistorių srovės stiprinimas paprastai yra kelios dešimtys (β1, β2 >> 1), bendras sudėtinio tranzistoriaus stiprinimas bus nustatomas pagal kiekvieno tranzistoriaus stiprinimo sandaugą βΣ = β1 · β2 ir gali būti gana didelis vertė.

Atkreipkite dėmesį į tokių tranzistorių darbo režimo ypatybes. Kadangi emiterio srovė VT2 Ie2 yra bazinė srovė VT1 dIb1, tai tranzistorius VT2 turėtų veikti mikro galios režimu, o tranzistorius VT1 - didelio įpurškimo režimu, jų emiterio srovės skiriasi 1-2 dydžiais. Esant tokiam neoptimaliam bipolinių tranzistorių VT1 ir VT2 veikimo charakteristikų pasirinkimui, kiekviename iš jų neįmanoma pasiekti didelių srovės stiprinimo verčių. Nepaisant to, net jei stiprinimo vertės β1, β2 ≈ 30, bendras padidėjimas βΣ bus βΣ ≈ 1000.

Didelės kompozitinių tranzistorių stiprinimo vertės realizuojamos tik statistiniu režimu, todėl kompozitiniai tranzistoriai plačiai naudojami operacinių stiprintuvų įvesties etapuose. Aukšto dažnio grandinėse kompozitiniai tranzistoriai nebeturi tokių pranašumų, priešingai, tiek ribinis srovės stiprinimo dažnis, tiek sudėtinių tranzistorių veikimo greitis yra mažesni už tuos pačius kiekvieno tranzistoriaus VT1, VT2 parametrus atskirai.

Bipolinių tranzistorių dažninės savybės

Mažumos krūvininkų, įšvirkštų į bazę, sklidimo procesas nuo emiterio iki kolektoriaus sandūros vyksta difuzijos būdu. Šis procesas vyksta gana lėtai, o iš emiterio įpurškiami nešikliai kolektorių pasieks ne anksčiau kaip nešiklių difuzijos per bazę metu. Toks delsimas sukels fazės poslinkį tarp srovės Ie ir srovės Ik. Esant žemiems dažniams, Ie, Ik ir Ib srovių fazės sutampa.

Įvesties signalo dažnis, kuriam esant stiprinimo modulis sumažėja koeficientu, palyginti su statine verte β0, vadinamas ribiniu dvipolio tranzistoriaus srovės stiprinimo dažniu bendro emiterio grandinėje.

Fβ – ribinis dažnis (ribinis dažnis)
fgr – ribinis dažnis (vieneto stiprinimo dažnis)

Lauko efekto tranzistoriai

Lauko efekto arba vienpoliai tranzistoriai naudoja lauko efektą kaip pagrindinį fizinį principą. Skirtingai nuo bipolinių tranzistorių, kuriuose už tranzistoriaus efektą atsakingi abiejų tipų nešikliai, tiek pagrindiniai, tiek smulkūs, lauko efekto tranzistoriai tranzistoriaus efektui realizuoti naudoja tik vieno tipo nešiklį. Dėl šios priežasties lauko tranzistoriai vadinami vienpoliais. Priklausomai nuo lauko efekto įgyvendinimo sąlygų, lauko tranzistoriai skirstomi į dvi klases: lauko tranzistorius su izoliuotais užtaisais ir lauko tranzistorius su valdymo p-n sandūra.

Lauko tranzistoriai su valdymo p-n jungtimi

Schematiškai lauko tranzistorius su valdymo pn sandūra gali būti pavaizduotas kaip plokštė, prie kurios galų prijungti elektrodai, šaltinis ir nutekėjimas. Fig. parodyta lauko tranzistoriaus su n tipo kanalu struktūra ir prijungimo schema:

n kanalo tranzistoryje dauguma kanalo krūvininkų yra elektronai, kurie kanalu juda iš žemo potencialo šaltinio į didesnio potencialo nutekėjimą, sukurdami nutekėjimo srovę Ic. Tarp vartų ir šaltinio įvedama įtampa, blokuojanti p-n sandūrą, kurią sudaro kanalo n sritis ir vartų p sritis.

Kai į p-n sandūrą Uzi taikoma blokavimo įtampa, kanalo ribose atsiranda vienodas sluoksnis, išeikvotas krūvininkų ir turintis didelę savitąją varžą. Dėl to sumažėja laidus kanalo plotis.

Keičiant šios įtampos vertę, galima keisti kanalo skerspjūvį ir atitinkamai pakeisti kanalo elektrinės varžos reikšmę. n kanalo lauko efekto tranzistoriaus nutekėjimo potencialas yra teigiamas šaltinio potencialo atžvilgiu. Kai vartai įžeminti, srovė teka iš kanalizacijos į šaltinį. Todėl norint sustabdyti srovę, prie vartų reikia prijungti kelių voltų atvirkštinę įtampą.

Įtampos reikšmė Uzi, kuriai esant srovė per kanalą tampa beveik lygi nuliui, vadinama ribine įtampa Uzap

Taigi lauko tranzistorius su vartais p-n sandūros pavidalu reiškia varžą, kurios vertę reguliuoja išorinė įtampa.

Lauko tranzistorius pasižymi tokia srovės įtampos charakteristika:

Čia drenažo srovės Ic priklausomybė nuo įtampos esant pastoviai įtampai prie vartų Uzi lemia lauko tranzistoriaus išėjimo arba nutekėjimo charakteristikas. Pradinėje charakteristikų dalyje Usi + |Uzi |< Uзап ток стока Iс возрастает с увеличением Uси . При повышении напряжения сток - исток до Uси = Uзап - |Uзи | происходит перекрытие канала и дальнейший рост тока Iс прекращается (участок насыщения). Отрицательное напряжение Uзи между затвором и истоком смещает момент перекрытия канала в сторону меньших значений напряжения Uси и тока стока Iс . Участок насыщения является рабочей областью выходных характеристик полевого транзистора. Дальнейшее увеличение напряжения Uси приводит к пробою р-n-перехода между затвором и каналом и выводит транзистор из строя.

Srovės-įtampos charakteristika Ic = f(Uzi) rodo įtampą Uzap. Kadangi Uzi ≤ 0, p-n sandūra uždaryta, o vartų srovė labai maža, apie 10 -8…10-9 A, todėl pagrindiniai lauko tranzistoriaus pranašumai, palyginti su dvipoliu tranzistoriumi, yra didelė įėjimo varža, apie 10 10…1013 omų. Be to, jie išsiskiria mažu triukšmu ir gamybiškumu.

Yra dvi pagrindinės perjungimo schemos, kurios turi praktinį pritaikymą. Grandinė su bendru šaltiniu (a pav.) ir grandinė su bendru nutekėjimu (b pav.), kurios parodytos paveikslėlyje:

Izoliuoti lauko efekto tranzistoriai
(MOS tranzistoriai)

Terminas „MOS tranzistorius“ vartojamas kalbant apie lauko tranzistorius, kuriuose valdymo elektrodas – užtvarai – yra atskirtas nuo lauko tranzistoriaus aktyviosios srities dielektriniu sluoksniu – izoliatoriumi. Pagrindinis šių tranzistorių elementas yra metalo-izoliatoriaus-puslaidininkio (M-D-S) struktūra.

MOS tranzistoriaus su įmontuotais vartais technologija parodyta paveikslėlyje:

Originalus puslaidininkis, ant kurio pagamintas MOS tranzistorius, vadinamas substratu (pin P). Dvi stipriai legiruotos n+ sritys vadinamos šaltiniu (I) ir nutekėjimu (C). Pagrindo plotas po vartais (3) vadinamas įterptuoju kanalu (n kanalu).

Lauko tranzistoriaus su metalo izoliatoriaus-puslaidininkio struktūra veikimo fizinis pagrindas yra lauko efektas. Lauko efektas yra tas, kad veikiant išoriniam elektriniam laukui kinta laisvųjų krūvininkų koncentracija puslaidininkio paviršiuje. Lauko įrenginiuose su MIS struktūra išorinį lauką sukelia metalinio užtvaro elektrodo įtampa. Priklausomai nuo taikomos įtampos ženklo ir dydžio, kanale gali būti dvi erdvės krūvio srities (SCR) būsenos – sodrinimas, išeikvojimas.

Išsekimo režimas atitinka neigiamą įtampą Uzi, kuriai esant mažėja elektronų koncentracija kanale, todėl sumažėja nutekėjimo srovė. Sodrinimo režimas atitinka teigiamą Uzi įtampą ir nutekėjimo srovės padidėjimą.

Srovės ir įtampos charakteristika parodyta paveikslėlyje:

MOS tranzistoriaus su indukuotu (indukuotu) p tipo kanalu topologija parodyta paveiksle:

Kai Uzi = 0, kanalo nėra, o Ic = 0. Tranzistorius gali veikti tik Uzi sodrinimo režimu< 0. Если отрицательное напряжение Uзи превысит пороговое Uзи.пор , то происходит формирование инверсионного канала. Изменяя величину напряжения на затворе Uзи в области выше порогового Uзи.пор , можно менять концентрацию свободных носителей в инверсионном канале и сопротивление канала. Источник напряжения в стоковой цепи Uси вызовет ток стока Iс .

Srovės ir įtampos charakteristika parodyta paveikslėlyje:

MOS tranzistoriuose vartai nuo puslaidininkio atskiriami SiO2 oksido sluoksniu. Todėl tokių tranzistorių įėjimo varža yra apie 1013 ... 1015 omų.

Pagrindiniai lauko tranzistorių parametrai yra šie:

• Charakteristikos nuolydis ties Usp = const, Upi = const. Tipinės parametrų reikšmės yra (0,1...500) mA/V;
• Charakteristikos nuolydis išilgai substrato ties Usp = const, Uzi = const. Tipinės parametrų reikšmės (0,1...1) mA/V;
• Pradinė nutekėjimo srovė Is.init. – išleidimo srovė esant nulinei įtampos vertei Uzi. Tipinės parametrų reikšmės: (0,2...600) mA – tranzistoriams su valdymo kanalo p-n sandūra; (0,1...100) mA – tranzistoriams su įmontuotu kanalu; (0,01...0,5) µA – tranzistoriams su indukuotu kanalu;
• Atjungimo įtampa Uzi.ots. . Tipinės reikšmės (0,2...10) V; slenkstinė įtampa Aukštyn. Tipinės reikšmės (1...6) V;
• Atsparumas nutekėjimo šaltiniui atviroje būsenoje. Tipinės vertės (2...300) omų
• Diferencinė varža (vidinė): ties Uzi = const;
• Statistinis padidėjimas: μ = S ri

Tiristoriai

Tiristorius yra puslaidininkinis įtaisas, turintis tris ar daugiau elektronų skylių p-n sandūrų. Jie daugiausia naudojami kaip elektroniniai raktai. Priklausomai nuo išorinių gnybtų skaičiaus, jie skirstomi į tiristorius su dviem išoriniais gnybtais – dinistoriais ir tiristorius su trimis gnybtais – tiristorius. Raidės simbolis VS naudojamas tiristoriams žymėti.

Dinistoriaus konstrukcija ir veikimo principas

Dinistoriaus struktūra, UGO ir srovės įtampos charakteristikos parodytos paveikslėlyje:



Išorinė p sritis vadinama anodu (A), išorinė n sritis vadinama katodu (K). Trys p-n sandūros žymimos skaičiais 1, 2, 3. Dinistoriaus struktūra yra 4 sluoksnių - p-n-p-n.

Maitinimo įtampa E į dinistorių tiekiama taip, kad 1 iš 3 sandūrų būtų atvira ir jų varža nereikšminga, o 2 perėjimas uždarytas ir jai tiekiama visa maitinimo įtampa Upr. Per dinistorių teka nedidelė atvirkštinė srovė, apkrova R atjungiama nuo maitinimo šaltinio E.

Pasiekus kritinę įtampą, lygią įjungimo įtampai Uon, atsidaro 2 perėjimas, o visi trys perėjimai 1, 2, 3 bus atviroje (įjungtoje) būsenoje. Dinistoriaus varža sumažėja iki dešimtųjų omų.

Įjungimo įtampa yra keli šimtai voltų. Dinistorius atsidaro ir per jį teka didelės srovės. Įtampos kritimas dinistoriuje atviroje būsenoje yra 1-2 voltai ir mažai priklauso nuo tekančios srovės dydžio, kurios reikšmė yra τa ≈ E / R, o UR ≈ E, t.y. apkrova prijungiama prie maitinimo šaltinio E. Dinisoriaus įtampa, atitinkanti didžiausią leistiną tašką Iopen.max, vadinama atviros būsenos įtampa Uokr. Didžiausia leistina srovė svyruoja nuo šimtų mA iki šimtų A. Dinistorius yra atviroje būsenoje, kol juo tekanti srovė tampa mažesnė už palaikymo srovę Iud. Dinistorius užsidaro, kai išorinė įtampa sumažėja iki 1 V dydžio arba pasikeičia išorinio šaltinio poliškumas. Todėl toks įtaisas naudojamas pereinamosios srovės grandinėse. Taškai B ir D atitinka dinistoriaus srovių ir įtampų ribines vertes. 2 perėjimo varžos atsistatymo laikas nuėmus maitinimo įtampą yra apie 10-30 μs.

Pagal savo principą dinistoriai yra pagrindiniai veikimo įrenginiai. Įjungtoje būsenoje (BV sekcija) jis panašus į uždarą klavišą, o išjungtoje būsenoje (EG sekcija) – kaip atvirą klavišą.

Tiristoriaus (tiristoriaus) konstrukcija ir veikimo principas

Tiristorius yra valdomas įrenginys. Jame yra valdymo elektrodas (CE), prijungtas prie p tipo puslaidininkio arba n tipo vidurinės jungties 2 puslaidininkio.

Trinistoriaus (dažniausiai vadinamo tiristoriumi) struktūra, UGO ir srovės įtampos charakteristikos parodytos paveikslėlyje:



Įtampa Uoff, kuriai esant prasideda laviną primenantis srovės padidėjimas, gali būti sumažinta įvedant mažumos krūvininkus į bet kurį iš sluoksnių, esančių greta 2 sandūros. Uon mažėjimo mastas rodomas srovės įtampos charakteristikoje. Svarbus parametras yra atrakinimo valdymo srovė Iу.оt, kuri užtikrina, kad tiristorius persijungs į atvirą būseną esant žemesnei nei įtampa Uon. Paveikslėlyje parodytos trys įjungtos UI įjungimo įtampos reikšmės< Un вкл < Um вкл соответствует трем значениям управляющего тока UI у.от >Un u.ot > Um u.ot .

Panagrinėkime paprasčiausią grandinę, kai tiristorius pakrautas ant rezistoriaus apkrovos Rн






• Ia – anodo srovė (galios srovė tiristoriaus anodo-katodo grandinėje);
• Uak – įtampa tarp anodo ir katodo;
• Iу – valdymo elektrodo srovė (realiose grandinėse naudojami srovės impulsai);
• Uuk – įtampa tarp valdymo elektrodo ir katodo;
• Upit – maitinimo įtampa.

Norint perkelti tiristorių į atvirą būseną, nekontrolinis elektrodas tiekiamas iš impulsų generavimo grandinės su trumpalaikiu (kelių mikrosekundžių eilės) valdymo impulsu.

Būdingas nagrinėjamo neužrakinamo tiristoriaus bruožas, kuris labai plačiai naudojamas praktikoje, yra tai, kad jo negalima išjungti naudojant valdymo srovę.

Norint praktiškai išjungti tiristorių, jam taikoma atvirkštinė įtampa Uac< 0 и поддерживают это напряжение в течении времени, большего так называемого времени выключения tвыкл . Оно обычно составляет единицы или десятки микросекунд.

Triako konstrukcija ir veikimo principas

Plačiai naudojami vadinamieji simetriniai tiristoriai (triacai, triacai). Kiekvienas triakas yra panašus į porą nagrinėjamų tiristorių, sujungtų viena su kita. Simetriniai tiristoriai yra valdomas įtaisas su simetriška srovės ir įtampos charakteristika. Simetrinei charakteristikai gauti naudojamos dvipusės p-n-p-n-p puslaidininkinės konstrukcijos.

Triac struktūra, jo UGO ir srovės įtampos charakteristikos parodytos paveikslėlyje:



Triac (triac) yra du tiristoriai p1-n1-p2-n2 ir p2-n2-p1-n4, sujungti vienas su kitu. Triake yra 5 perėjimai P1-P2-P3-P4-P5. Jei nėra kontrolinio elektrono, UE triac vadinamas diaku.

Esant teigiamam elektrodo E1 poliškumui, tiristoriaus efektas atsiranda p1-n1-p2-n2, o priešingo poliškumo p2-n1-p1-n4.

Kai į UE įvedama valdymo įtampa, priklausomai nuo jos poliškumo ir vertės, keičiasi jungiklio įtampa Uon

Tiristoriai (dinistoriai, tiristoriai, triakai) yra pagrindiniai galios elektronikos prietaisų elementai. Yra tiristorių, kurių perjungimo įtampa yra didesnė nei 1 kV, o didžiausia leistina srovė yra didesnė nei 1 kA

Elektroniniai raktai

Siekiant padidinti galios elektronikos prietaisų efektyvumą, plačiai naudojamas impulsinis diodų, tranzistorių ir tiristorių darbo režimas. Impulsiniam režimui būdingi staigūs srovių ir įtampos pokyčiai. Impulsiniu režimu diodai, tranzistoriai ir tiristoriai naudojami kaip jungikliai.

Naudojant elektroninius raktus, perjungiamos elektroninės grandinės: prijungiama/atjungiama grandinė į/nuo elektros energijos ar signalo šaltinio(-ių), sujungiami arba atjungiami grandinės elementai, keičiami grandinės elementų parametrai, keičiamas įtakojančio signalo šaltinio tipas.

UGO idealūs klavišai parodyti paveikslėlyje:

Raktai, kuriais atitinkamai atidaroma ir uždaroma.




Klavišo režimui būdingos dvi būsenos: „įjungta“ / „išjungta“.

Idealiems klavišams būdingas momentinis pasipriešinimo pokytis, kurio reikšmė gali būti 0 arba ∞. Idealaus uždaro jungiklio įtampos kritimas lygus 0. Kai jungiklis atidarytas, srovė lygi 0.

Tikriems raktams taip pat būdingos dvi ekstremalios pasipriešinimo vertės Rmax ir Rmin. Perėjimas iš vienos varžos vertės į kitą realiuose jungikliuose įvyksta per ribotą laiką. Realaus uždaro jungiklio įtampos kritimas nėra lygus nuliui.

Jungikliai skirstomi į raktus, naudojamus mažos galios grandinėse ir klavišus, naudojamus didelės galios grandinėse. Kiekviena iš šių klasių turi savo ypatybes.

Mažos galios grandinėse naudojami klavišai pasižymi:

1. Pagrindinės varžos atvirose ir uždarose būsenose;
2. Našumas – laikas, per kurį raktas pereina iš vienos būsenos į kitą;
3. Įtampos kritimas ant uždaro jungiklio ir nuotėkio srovė ant atviro jungiklio;
4. Triukšmo atsparumas – rakto gebėjimas išlikti vienoje iš būsenų, kai jį veikia trikdžiai;
5. Rakto jautrumas – tai valdymo signalo, perkeliančio raktą iš vienos būsenos į kitą, dydis;
6. Slenkstinė įtampa - valdymo įtampos vertė, šalia kurios smarkiai pasikeičia elektroninio rakto varža.

Diodiniai elektroniniai raktai

Paprasčiausias elektroninių raktų tipas yra diodiniai jungikliai. Diodo jungiklio grandinė, statinio perdavimo charakteristika, srovės-įtampos charakteristika ir diferencinės varžos priklausomybė nuo diodo įtampos parodyta paveikslėlyje:

Diodinio elektroninio jungiklio veikimo principas pagrįstas puslaidininkinio diodo diferencinės varžos vertės keitimu šalia diodo Uthr slenkstinės įtampos vertės. "c" paveiksle parodyta puslaidininkinio diodo srovės įtampos charakteristika, kuri rodo Uthr reikšmę. Ši vertė yra įtampos ašies sankirtoje su liestine, nubrėžta į kylančią srovės įtampos charakteristikos elementą.

Paveikslėlyje „d“ parodyta diferencialinės varžos priklausomybė nuo diodo įtampos. Iš paveikslo matyti, kad šalia 0,3 V slenkstinės įtampos staigiai pasikeičia diodo diferencinė varža, kurios kraštutinės vertės yra 900 ir 35 omų (Rmin = 35 omai, Rmax = 900 omų).

„Įjungtoje“ būsenoje diodas yra atidarytas ir Uout ≈ Uin.

„Išjungtoje“ būsenoje diodas yra uždarytas ir , Uout ≈ Uin · Rн / Rmax<

Siekiant sutrumpinti perjungimo laiką, naudojami diodai, kurių perėjimo talpa yra 0,5-2 pF, o išjungimo laikas yra 0,5-0,05 μs.

Diodiniai jungikliai neleidžia elektriškai atskirti valdymo ir valdomų grandinių, o tai dažnai reikalinga praktinėse grandinėse.

Tranzistorių jungikliai

Dauguma kompiuteriuose, nuotolinio valdymo įrenginiuose, automatinio valdymo sistemose ir kt. naudojamų grandinių yra pagrįstos tranzistoriniais jungikliais.

Bipolinio tranzistoriaus jungiklių grandinės ir srovės įtampos charakteristikos parodytos paveikslėlyje:

Pirmoji būsena „išjungta“ (tranzistorius uždarytas) nustatoma pagal tranzistoriaus išėjimo charakteristikų tašką A1; jis vadinamas išjungimo režimu. Atjungimo režimu bazinė srovė Ib = 0, kolektoriaus srovė Ik1 lygi pradinei kolektoriaus srovei, o kolektoriaus įtampa Uk = Uk1 ≈ Ek. Atjungimo režimas įgyvendinamas esant Uin = 0 arba esant neigiamiems baziniams potencialams. Šioje būsenoje jungiklio varža pasiekia didžiausią vertę: Rmax = , kur RT yra tranzistoriaus varža uždaroje būsenoje, daugiau nei 1 MOhm.

Antroji būsena „įjungta“ (tranzistorius atidarytas) nustatoma pagal srovės įtampos charakteristikos tašką A2 ir vadinama prisotinimo režimu. Iš atjungimo režimo (A1) į soties režimą (A2) tranzistorius perjungiamas teigiama įvesties įtampa Uin. Šiuo atveju įtampa Uout įgyja mažiausią reikšmę Uk2 = Uk.e.us maždaug 0,2-1,0 V, kolektoriaus srovė Ik2 = Ik.us ≈ Ek / Rk. Bazinė srovė soties režimu nustatoma pagal sąlygą: Ib > Ib.us = Ik.us / h21.

Įvesties įtampa, reikalinga tranzistoriui perjungti į atvirą būseną, nustatoma pagal sąlygą: U in > Ib.us · Rb + Uk.e.us

Geras atsparumas triukšmui ir mažas galios išsklaidymas tranzistorius paaiškinamas tuo, kad dažniausiai tranzistorius yra prisotintas (A2) arba uždarytas (A1), o perėjimo iš vienos būsenos į kitą laikas yra nedidelė trukmės dalis. šių valstybių. Dvipolių tranzistorių jungiklių perjungimo laiką lemia p-n sandūrų barjerinės talpos bei mažumos krūvininkų kaupimosi ir rezorbcijos bazėje procesai.

Norint padidinti greitį ir įėjimo varžą, naudojami lauko tranzistorių jungikliai.

Lauko tranzistorių su valdymo pn jungtimi ir indukuotu kanalu su bendru šaltiniu ir bendru nutekėjimu jungiklių grandinės parodytos paveikslėlyje:

Bet kokiam lauko tranzistoriaus jungikliui Rн > 10-100 kOhm.

Valdymo signalas Uin prie vartų yra apie 10-15 V. Lauko tranzistoriaus varža uždaroje būsenoje yra didelė, apie 108 -109 Ohm.

Lauko tranzistoriaus varža atviroje būsenoje gali būti 7-30 omų. Lauko tranzistoriaus varža išilgai valdymo grandinės gali būti 108–109 omų. („a“ ir „b“ grandinės) ir 1012–1014 omų („c“ ir „d“ grandinės).

Galios (galios) puslaidininkiniai įtaisai

Galios puslaidininkiniai įtaisai naudojami energetinėje elektronikoje – sparčiausiai besivystančioje ir perspektyviausioje technologijų srityje. Jie skirti valdyti dešimčių ir šimtų amperų sroves, dešimčių ir šimtų voltų įtampą.

Galios puslaidininkiniai įtaisai yra tiristoriai (dinistoriai, tiristoriai, triacai), tranzistoriai (dvipoliai ir lauko efektai) ir statiškai indukuoti bipoliniai tranzistoriai (IGBT). Jie naudojami kaip elektroniniai raktai, perjungiantys elektronines grandines. Jie stengiasi priartinti savo savybes prie idealių klavišų savybių.

Pagal veikimo principą, charakteristikas ir parametrus didelės galios tranzistoriai yra panašūs į mažos galios tranzistorius, tačiau yra tam tikrų savybių.

Galios lauko efekto tranzistoriai

Šiuo metu lauko tranzistorius yra vienas perspektyviausių galios įrenginių. Plačiausiai naudojami tranzistoriai yra izoliuotų vartų ir indukuotų kanalų tranzistoriai. Siekiant sumažinti kanalo atsparumą, jo ilgis sumažinamas. Norint padidinti nutekėjimo srovę, tranzistoriuje daromi šimtai ir tūkstančiai kanalų, o kanalai sujungiami lygiagrečiai. Lauko tranzistoriaus savaiminio įkaitimo tikimybė yra maža, nes Kanalo varža didėja didėjant temperatūrai.

Galios lauko tranzistoriai turi vertikalią struktūrą. Kanalai gali būti išdėstyti tiek vertikaliai, tiek horizontaliai.

DMOS tranzistorius

Šis MOS tranzistorius, pagamintas dvigubos difuzijos metodu, turi horizontalų kanalą. Paveikslėlyje parodytas struktūros elementas, kuriame yra kanalas.

VMOS tranzistorius

Šis V formos MOS tranzistorius turi vertikalų kanalą. Paveikslėlyje parodytas vienas struktūros elementas, kuriame yra du kanalai.

Nesunku pastebėti, kad VMOS tranzistoriaus ir DMIS tranzistoriaus struktūros yra panašios.

IGBT tranzistorius

IGBT yra hibridinis puslaidininkinis įrenginys. Jis apjungia du elektros srovės valdymo būdus, iš kurių vienas būdingas lauko tranzistoriams (elektrinio lauko valdymas), o antrasis – dvipoliams (elektrinių nešiklių įpurškimo valdymas).

Paprastai IGBT naudoja n tipo indukuoto kanalo MOS tranzistoriaus struktūrą. Šio tranzistoriaus struktūra nuo DMIS tranzistoriaus skiriasi papildomu p tipo puslaidininkio sluoksniu.

Atkreipkite dėmesį, kad terminai „emiteris“, „kolektorius“ ir „vartai“ dažniausiai vartojami kalbant apie IGBT elektrodus.

Pridėjus p tipo sluoksnį, susidaro antroji bipolinio tranzistoriaus struktūra (pnp tipo). Taigi, IGBT turi dvi dvipolies struktūras – n-p-n tipo ir p-n-p tipo.

UGO ir IGBT išjungimo grandinė parodyta paveikslėlyje:

Tipiškas išėjimo charakteristikų tipas parodytas paveikslėlyje:

SIT tranzistorius

SIT yra lauko tranzistorius su valdymo p-n jungtimi su statine indukcija. Jis yra daugiakanalis ir turi vertikalią struktūrą. SIT ir bendro šaltinio grandinės schema parodyta paveikslėlyje:

P tipo puslaidininkio sritys yra cilindrų formos, kurių skersmuo yra keli mikrometrai ar daugiau. Ši cilindrų sistema veikia kaip sklendė. Kiekvienas cilindras yra prijungtas prie vartų elektrodo (paveikslėlyje „a“ vartų elektrodas nepavaizduotas).

Taškinė linija nurodo p-n sandūrų sritis. Tikrasis kanalų skaičius gali būti tūkstančiai. Paprastai SIT naudojamas įprastose šaltinio grandinėse.

Kiekvienas iš svarstomų įrenginių turi savo taikymo sritį. Tiristorių jungikliai naudojami įrenginiuose, veikiančiuose žemu dažniu (kilohercų ir žemesniu). Pagrindinis tokių raktų trūkumas yra mažas jų veikimas.

Pagrindinė tiristorių taikymo sritis yra žemo dažnio įrenginiai, turintys didelę perjungimo galią iki kelių megavatų, kurie nekelia rimtų našumo reikalavimų.

Galingi dvipoliai tranzistoriai naudojami kaip aukštos įtampos jungikliai įrenginiuose, kurių perjungimo arba konversijos dažnis yra 10-100 kHz diapazone, o išėjimo galios lygis nuo kelių W iki kelių kW. Optimalus perjungimo įtampų diapazonas yra 200-2000 V.

Lauko tranzistoriai (MOSFET) naudojami kaip elektroniniai jungikliai žemos įtampos aukšto dažnio įrenginiams perjungti. Optimalios perjungimo įtampų vertės neviršija 200 V (maksimali vertė iki 1000 V), o perjungimo dažnis gali svyruoti nuo kelių kHz iki 105 kHz. Perjungiamų srovių diapazonas yra 1,5-100 A. Teigiamos šio įrenginio savybės yra valdomumas įtampa, o ne srove ir mažesnė priklausomybė nuo temperatūros, lyginant su kitais įrenginiais.

Izoliuotų vartų dvipoliai tranzistoriai (IGBT) naudojami žemesniais nei 20 kHz dažniais (kai kurių tipų įrenginiai naudojami didesniais nei 100 kHz dažniais), kurių perjungimo galia viršija 1 kW. Perjungiama įtampa ne mažesnė kaip 300-400 V. Optimalios perjungiamų įtampų vertės viršija 2000 V. Norint visiškai įjungti IGBT ir MOSFET, neigiamos įtampos nereikia prietaisai. Jie pasižymi dideliu perjungimo greičiu.

Medžiaga pasiruošimui sertifikavimui

Tranzistorius

Tranzistorius yra puslaidininkinis įtaisas, leidžiantis valdyti stipresnį signalą naudojant silpną signalą. Dėl šios savybės jie dažnai kalba apie tranzistoriaus gebėjimą sustiprinti signalą. Nors iš tikrųjų jis nieko nepadidina, o tiesiog leidžia įjungti ir išjungti didelę srovę daug silpnesnėmis srovėmis. Elektronikoje tranzistoriai yra labai paplitę, nes bet kurio valdiklio išėjimas retai gali pagaminti didesnę nei 40 mA srovę, todėl net 2-3 mažos galios šviesos diodai negali būti maitinami tiesiogiai iš mikrovaldiklio. Čia į pagalbą ateina tranzistoriai. Straipsnyje aptariami pagrindiniai tranzistorių tipai, P-N-P ir N-P-N dvipolių tranzistorių skirtumai, P-kanalo ir N kanalo lauko tranzistoriai, aptariamos pagrindinės tranzistorių sujungimo subtilybės ir atskleidžiama jų taikymo sritis.

Nepainiokite tranzistoriaus su rele. Relė yra paprastas jungiklis. Jo darbo esmė yra uždaryti ir atidaryti metalinius kontaktus. Tranzistorius yra sudėtingesnis ir jo veikimas pagrįstas elektronų skylės perėjimu. Jei norite sužinoti daugiau apie tai, galite žiūrėti puikų vaizdo įrašą, kuriame aprašomas tranzistoriaus veikimas nuo paprasto iki sudėtingo. Nesijaudinkite dėl vaizdo įrašo sukūrimo metų – nuo ​​to laiko fizikos dėsniai nepasikeitė, o naujesnio vaizdo įrašo, kuriame taip gerai pateikiama medžiaga, nepavyko rasti:

Tranzistorių tipai

Bipolinis tranzistorius

Dvipolis tranzistorius skirtas valdyti silpnas apkrovas (pavyzdžiui, mažos galios variklius ir servus). Jis visada turi tris išėjimus:

Kolektorius - tiekiama aukšta įtampa, kurią valdo tranzistorius

• Bazė - srovė tiekiama arba išjungiama, norint atidaryti arba uždaryti tranzistorių

Emitter (angl. emitter) – tranzistoriaus „išvestis“. Per jį teka srovė iš kolektoriaus ir pagrindo.

Bipolinis tranzistorius valdomas srove. Kuo daugiau srovės tiekiama į bazę, tuo daugiau srovės tekės iš kolektoriaus į emiterį. Srovės, einančios iš emiterio į kolektorių, ir tranzistoriaus pagrindo srovės santykis vadinamas stiprinimu. Žymima kaip h fe (anglų literatūroje jis vadinamas pelnu).

Pavyzdžiui, jei h fe= 150, o 0,2 mA praeina per bazę, tada tranzistorius per save praleis daugiausia 30 mA. Jei prijungiamas komponentas, sunaudojantis 25 mA (pvz., šviesos diodas), jam bus tiekiama 25 mA. Jei prijungiamas komponentas, sunaudojantis 150 mA, jam bus tiekiama tik maksimali 30 mA. Kontakto dokumentacijoje nurodytos didžiausios leistinos srovių ir įtampų vertės bazė-> skleidėjas Ir kolekcininkas -> skleidėjas . Viršijus šias vertes, tranzistorius perkaista ir sugenda.

Juokingi paveiksliukai:

NPN ir PNP dvipoliai tranzistoriai

Yra 2 poliarinių tranzistorių tipai: NPN Ir PNP. Jie skiriasi sluoksnių kaitaliojimu. N (iš neigiamo) – sluoksnis su neigiamų krūvininkų (elektronų) pertekliumi, P (iš teigiamo) – sluoksnis su teigiamų krūvininkų (skylių) pertekliumi. Daugiau informacijos apie elektronus ir skyles aprašyta aukščiau esančiame vaizdo įraše.

Tranzistorių elgesys priklauso nuo sluoksnių kaitos. Aukščiau pateikta animacija rodo NPN tranzistorius. IN PNP tranzistoriaus valdymas yra atvirkščiai - srovė teka per tranzistorių, kai bazė yra įžeminta, o blokuojama, kai srovė teka per bazę. Kaip parodyta diagramoje PNP Ir NPN skiriasi rodyklės kryptimi. Rodyklė visada rodo perėjimą iš NĮ P:

NPN (kairėje) ir PNP (dešinėje) tranzistorių žymėjimas diagramoje

NPN tranzistoriai yra labiau paplitę elektronikoje, nes jie yra efektyvesni.

Lauko efekto tranzistorius

Lauko tranzistoriai nuo dvipolių tranzistorių skiriasi savo vidine struktūra. MOS tranzistoriai yra labiausiai paplitę mėgėjų elektronikoje. MOS yra metalo oksido laidininko santrumpa. Tas pats angliškai: Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor, sutrumpintai MOSFET. MOS tranzistoriai leidžia valdyti dideles galias esant santykinai mažam paties tranzistoriaus dydžiui. Tranzistorius valdomas įtampa, o ne srove. Kadangi tranzistorius valdomas elektra lauke, tranzistorius gavo savo pavadinimą - lauke kaukti.

Lauko efekto tranzistoriai turi mažiausiai 3 gnybtus:

Drenažas – jai tiekiama aukšta įtampa, kurią norima valdyti

Vartai - įtampa į jį įvedama tranzistoriui valdyti

Šaltinis - srovė teka per jį iš kanalizacijos, kai tranzistorius yra „atidarytas“

Turėtų būti animacija su lauko tranzistoriumi, bet ji niekuo nesiskirs nuo dvipolio tranzistoriaus, išskyrus pačių tranzistorių scheminį atvaizdavimą, todėl animacijos nebus.

N kanalo ir P kanalo lauko efekto tranzistoriai

Lauko tranzistoriai taip pat skirstomi į 2 tipus, priklausomai nuo įrenginio ir elgesio. N kanalas(N kanalas) atsidaro, kai įtampa tiekiama į vartus, ir užsidaro. kai nėra įtampos. P kanalas(P kanalas) veikia atvirkščiai: kol prie vartų nėra įtampos, srovė teka per tranzistorių. Kai įtampa patenka į vartus, srovė sustoja. Diagramoje lauko tranzistoriai pavaizduoti šiek tiek kitaip:

Pagal analogiją su bipoliniais tranzistoriais lauko tranzistoriai skiriasi poliškumu. N kanalo tranzistorius buvo aprašytas aukščiau. Jie yra labiausiai paplitę.

P kanalas, kai jis pažymėtas, skiriasi rodyklės kryptimi ir vėl veikia „apverstu“.

Yra klaidinga nuomonė, kad lauko efekto tranzistorius gali valdyti kintamąją srovę. Tai yra blogai. Norėdami valdyti kintamąją srovę, naudokite relę.

Darlingtono tranzistorius

Darlingtono tranzistorių priskirti atskiram tranzistorių tipui nėra visiškai teisinga. Tačiau šiame straipsnyje jų nepaminėti neįmanoma. Darlingtono tranzistorius dažniausiai randamas mikroschemos, apimančios kelis tranzistorius, pavidalu. Pavyzdžiui, ULN2003. Darlingtono tranzistorius pasižymi gebėjimu greitai atsidaryti ir uždaryti (todėl leidžia dirbti) ir tuo pačiu atlaikyti dideles sroves. Tai yra sudėtinių tranzistorių tipas ir yra dviejų arba retai daugiau tranzistorių, sujungtų taip, kad ankstesnės pakopos emiterio apkrova yra kitos pakopos tranzistoriaus bazės-emiterio sandūra, yra, tranzistoriai yra sujungti kolektoriais, o įvesties tranzistoriaus emiteris yra prijungtas prie bazinės poilsio dienos. Be to, ankstesnio tranzistoriaus emiterio varžinė apkrova gali būti naudojama kaip grandinės dalis, siekiant pagreitinti uždarymą. Toks ryšys kaip visuma laikomas vienu tranzistoriumi, kurio srovės stiprinimas, kai tranzistoriai veikia aktyviu režimu, yra maždaug lygus visų tranzistorių stiprinimo sandaugai.

Tranzistoriaus jungtis

Ne paslaptis, kad „Arduino“ plokštė gali tiekti 5 V įtampą į išvestį, kurios maksimali srovė yra iki 40 mA. Šios srovės nepakanka norint prijungti galingą apkrovą. Pavyzdžiui, jei bandysite prijungti LED juostelę arba variklį tiesiai prie išvesties, galite sugadinti Arduino išvestį. Gali būti, kad suges visa lenta. Be to, kai kuriems prijungtiems komponentams gali prireikti daugiau nei 5 V įtampos. Tranzistorius išsprendžia abi šias problemas. Tai padės, naudojant nedidelę srovę iš Arduino kaiščio, valdyti galingą srovę iš atskiro maitinimo šaltinio arba naudojant 5 V įtampą aukštesnei įtampai valdyti (net silpniausių tranzistorių maksimali įtampa retai būna mažesnė nei 50 V). . Pavyzdžiui, apsvarstykite variklio prijungimą:

Aukščiau pateiktoje diagramoje variklis prijungtas prie atskiro maitinimo šaltinio. Tarp variklio kontakto ir variklio maitinimo šaltinio įdėjome tranzistorių, kuris bus valdomas naudojant bet kurį Arduino skaitmeninį kaištį. Kai į valdiklio išvestį iš valdiklio išvesties pateiksime HIGH signalą, tranzistoriui atidaryti imsime labai mažą srovę, o per tranzistorių tekės didelė srovė ir nepažeis valdiklio. Atkreipkite dėmesį į rezistorių, sumontuotą tarp Arduino kaiščio ir tranzistoriaus pagrindo. Jis reikalingas norint apriboti srovę, tekančią mikrovaldiklio - tranzistoriaus - įžeminimo maršrutu, ir užkirsti kelią trumpiesiems jungimams. Kaip minėta anksčiau, maksimali srovė, kurią galima paimti iš Arduino kaiščio, yra 40 mA. Todėl mums reikės bent 125 Ohm rezistoriaus (5V/0,04A=125Om). Galite saugiai naudoti 220 omų rezistorių. Tiesą sakant, rezistorius turėtų būti parenkamas atsižvelgiant į srovę, kuri turi būti tiekiama į bazę, kad per tranzistorių gautų reikiamą srovę. Norėdami pasirinkti tinkamą rezistorių, turite atsižvelgti į stiprinimo koeficientą ( h fe).

SVARBU!! Jei prijungiate galingą apkrovą iš atskiro maitinimo šaltinio, turite fiziškai prijungti apkrovos maitinimo šaltinio žemę („minusą“) ir „Arduino“ įžeminimą („GND“ kaištį). Priešingu atveju negalėsite valdyti tranzistoriaus.

Naudojant lauko efekto tranzistorių, srovės ribojimo rezistorius ant vartų nereikalingas. Tranzistorius valdomas tik įtampa ir per vartus neteka srovė.

Dvipoliai tranzistoriai yra puslaidininkiniai įtaisai su trimis elektrodais, sujungtais į tris sluoksnius nuosekliai, turintys skirtingą laidumą. Skirtingai nuo kitų tranzistorių, turinčių vieno tipo įkrovą, jis vienu metu gali nešti dviejų tipų įkrovas.

Sujungimo schemos naudojant dvipolius tranzistorius priklauso nuo atliekamo darbo ir laidumo tipo. Laidumas gali būti elektroninis arba skylinis.

Bipolinių tranzistorių tipai

Bipoliniai tranzistoriai skirstomi pagal įvairius kriterijus į tipus pagal:

• Gamybos medžiaga: silicio arba galio arsenidas.
• Dažnio reikšmė: iki 3 MHz – žemas, iki 30 MHz – vidutinis, iki 300 MHz – didelis, daugiau nei 300 MHz – itin aukštas.
• Didžiausias galios išsklaidymas: 0-0,3 W, 0,3-3 W, daugiau nei 3 W.
• Prietaiso tipas: 3 puslaidininkio sluoksniai su nuoseklia laidumo tvarka.

Dizainas ir veikimas

Tranzistorių sluoksniai, tiek vidiniai, tiek išoriniai, yra sujungti su įmontuotais elektrodais, kurie vadinami baze, emiteriu ir kolektorius.

Didelių skirtumų tarp kolektoriaus ir emiterio laidumo tipai nėra, tačiau priemaišų įtraukimo į kolektorių procentas yra daug mažesnis, o tai leidžia padidinti leistiną įtampą išėjime.

Vidurinis puslaidininkio sluoksnis (pagrindas) turi didelę atsparumo vertę, nes jis pagamintas iš lengvai legiruotos medžiagos. Jis liečiasi su kolektoriumi dideliame plote. Tai leidžia padidinti šilumos išsklaidymą, kuris yra būtinas dėl šilumos išsiskyrimo iš sankryžos poslinkio kita kryptimi. Geras pagrindo ir kolektoriaus kontaktas leidžia lengvai prasiskverbti elektronams, kurie yra mažumos nešikliai.

Pereinamieji sluoksniai gaminami pagal tą patį principą. Tačiau bipoliniai tranzistoriai laikomi nesubalansuotais įrenginiais. Kaitaliojus išorinius sluoksnius tose pačiose laidumo vietose, neįmanoma suformuoti panašių puslaidininkių parametrų.

Tranzistorių prijungimo grandinės yra suprojektuotos taip, kad jos galėtų užtikrinti tiek uždarą, tiek atvirą būseną. Aktyvaus veikimo metu, kai puslaidininkis yra atidarytas, emiteris yra pakreiptas į priekį. Norėdami visiškai suprasti šią konstrukciją, turite prijungti maitinimo įtampą pagal parodytą schemą.

Šiuo atveju riba 2-oje kolektoriaus sandūroje yra uždaryta, per ją neteka srovė. Praktiškai priešingas reiškinys atsiranda dėl gretimų perėjimų ir jų įtakos vienas kitam. Kadangi akumuliatoriaus minusinis polius yra prijungtas prie emiterio, atvirojo tipo perėjimas leidžia elektronams pereiti į pagrindą, kur jie rekombinuojasi su skylutėmis, kurios yra pagrindiniai nešikliai. Pasirodo bazinė srovė I b. Kuo didesnė bazinė srovė, tuo didesnė išėjimo srovė. Tai yra stiprintuvų veikimo principas.

Per bazę vyksta tik elektronų difuzinis judėjimas, nes nėra elektrinio lauko darbo. Dėl mažo šio sluoksnio storio ir žymaus dalelių gradiento beveik visos jos patenka į kolektorių, nors pagrindas pasižymi dideliu atsparumu. Sankryžoje yra elektrinis laukas, skatinantis perdavimą ir įtraukiantis juos. Emiterio ir kolektoriaus srovės yra vienodos, išskyrus nedidelį įkrovos praradimą dėl perskirstymo bazėje: I e = I b + I k.

Charakteristikos

• Dabartinis pelnas β = I k / I b.
• Įtampos padidėjimas U lygis / U būti.
• Įėjimo varža.
• Dažninė charakteristika – tai tranzistoriaus gebėjimas veikti iki tam tikro dažnio, už kurį pereinamieji procesai atsilieka nuo signalo pokyčio.

Darbo režimai ir schemos

Grandinės tipas turi įtakos bipolinio tranzistoriaus veikimo režimui. Signalas gali būti renkamas ir perduodamas dviejose vietose skirtingiems atvejams, yra trys elektrodai. Vadinasi, vienas savavališkas elektrodas turi būti ir išvestis, ir įvestis. Visi bipoliniai tranzistoriai yra prijungti pagal šį principą ir turi trijų tipų grandines, kurias mes apsvarstysime toliau.

Bendra kolektoriaus grandinė

Signalas praeina per pasipriešinimą R L, kuris taip pat įtrauktas į kolektoriaus grandinę.

Ši sujungimo schema leidžia sukurti tik srovės stiprintuvą. Tokio emiterio sekiklio pranašumas yra didelės varžos susidarymas įėjime. Tai leidžia suderinti stiprinimo etapus.

Schema su bendra baze

Grandinė turi trūkumą mažo įėjimo varžos pavidalu. Kaip osciliatorius dažniausiai naudojama bendra bazinė grandinė.

Bendra emiterio grandinė

Dažniausiai, naudojant bipolinius tranzistorius, naudojama grandinė su bendru emiteriu. Įtampa praeina per apkrovos varžą RL, o maitinimas prijungiamas prie emiterio su neigiamu poliumi.

Kintamos vertės signalas ateina į bazę ir emiterį. Kolektoriaus grandinėje jis tampa didesnės vertės. Pagrindiniai grandinės elementai yra rezistorius, tranzistorius ir stiprintuvo išėjimo grandinė su maitinimo šaltiniu. Papildomi plieniniai elementai: konteineris C 1, kuris neleidžia srovei pereiti į įėjimą, varža R 1, kurio dėka atsidaro tranzistorius.

Kolektoriaus grandinėje tranzistoriaus įtampa ir varža yra lygi EMF vertei: E= Ik Rk + Vke.

Iš to išplaukia, kad mažas signalas Ec nustato potencialų skirtumo pakeitimo į kintamą tranzistoriaus keitiklio išvestį taisyklę. Ši grandinė leidžia daug kartų padidinti įėjimo srovę, taip pat įtampą ir galią.

Vienas iš tokios grandinės trūkumų yra maža įėjimo varža (iki 1 kOhm). Dėl to kyla problemų formuojant kaskadas. Išėjimo varža yra nuo 2 iki 20 kOhm.

Nagrinėjamos grandinės parodo bipolinio tranzistoriaus veikimą. Jo veikimui įtakos turi signalo dažnis ir perkaitimas. Norėdami išspręsti šią problemą, taikomos papildomos atskiros priemonės. Emiterio įžeminimas sukelia iškraipymus išėjime. Norint sukurti grandinės patikimumą, prijungiami filtrai, grįžtamasis ryšys ir kt. Po tokių priemonių grandinė veikia geriau, tačiau pelnas mažėja.

Veikimo režimai

Tranzistoriaus greitį įtakoja prijungtos įtampos dydis. Panagrinėkime skirtingus darbo režimus, naudodamiesi grandinės, kurioje bipoliniai tranzistoriai yra prijungti prie bendro emiterio, pavyzdžiu.

Nupjauti

Šis režimas susidaro, kai įtampa V BE sumažėja iki 0,7 volto. Tokiu atveju emiterio jungtis užsidaro ir kolektoriuje nėra srovės, nes bazėje nėra elektronų, o tranzistorius lieka uždarytas.

Aktyvus režimas

Kai į pagrindą tiekiama įtampa, pakankama tranzistoriui įjungti, atsiranda maža įėjimo srovė ir didelė išėjimo srovė. Tai priklauso nuo pelno dydžio. Šiuo atveju tranzistorius veikia kaip stiprintuvas.

Sodrumo režimas

Šis darbas turi skirtumų nuo aktyvaus režimo. Puslaidininkis atsidaro iki galo, kolektoriaus srovė pasiekia didžiausią vertę. Jo padidėjimą galima pasiekti tik pakeitus išvesties grandinės apkrovą arba EMF. Reguliuojant bazinę srovę, kolektoriaus srovė nesikeičia. Prisotinimo režimas turi ypatumus, kad tranzistorius yra visiškai atidarytas ir veikia kaip jungiklis. Jei derinate bipolinių tranzistorių prisotinimo ir išjungimo režimus, galite sukurti jungiklius.

Išėjimo charakteristikų savybės turi įtakos režimams. Tai parodyta grafike.

Nubraižant atkarpas, atitinkančias didžiausią kolektoriaus srovę ir įtampos dydį koordinačių ašyse, o paskui sujungiant galus vienas su kitu, susidaro raudona apkrovos linija. Diagrama rodo, kad didėjant bazinei srovei, srovės ir įtampos taškas judės aukštyn išilgai apkrovos linijos.

Plotas tarp užtemdytos išvesties charakteristikos ir Vke ašies yra ribinis darbas. Šiuo atveju tranzistorius yra uždarytas, o atvirkštinė srovė yra maža. Charakteristika taške A viršuje kertasi su apkrova, po kurios vėliau padidėjus I B kolektoriaus srovė nebesikeičia. Diagramoje sodrumo sritis yra užtemdyta dalis tarp Ik ašies ir stačiausio grafiko.

Bipoliniai tranzistoriai įvairiais režimais

Tranzistorius sąveikauja su skirtingų tipų signalais įvesties grandinėje. Tranzistorius daugiausia naudojamas stiprintuvuose. Įvesties kintamosios srovės signalas keičia išėjimo srovę. Šiuo atveju naudojamos grandinės su bendru emiteriu arba kolektoriumi. Išvesties grandinė reikalauja signalo apkrovos.

Dažniausiai tam naudojama kolektoriaus išėjimo grandinėje sumontuota varža. Jei jis pasirinktas teisingai, išėjimo įtampos vertė bus daug didesnė nei įėjime.

Impulsinio signalo konvertavimo metu režimas išlieka toks pat kaip ir sinusinių signalų. Harmonikos kitimo kokybę lemia puslaidininkių dažninės charakteristikos.

Perjungimo režimas

Tranzistoriniai jungikliai naudojami bekontaktiniam perjungimui elektros grandinėse. Šį darbą sudaro puslaidininkio varžos vertės su pertraukomis koregavimas. Bipoliniai tranzistoriai dažniausiai naudojami perjungimo įrenginiuose.

Puslaidininkiai naudojami signalų modifikavimo grandinėse. Jų universalus veikimas ir plati klasifikacija leidžia naudoti tranzistorius įvairiose grandinėse, kurios lemia jų veikimo galimybes. Pagrindinės naudojamos grandinės yra stiprinimo ir perjungimo grandinės.

Bipolinis tranzistorius- elektroninis puslaidininkinis įtaisas, vienas iš tranzistorių tipų, skirtas stiprinti, generuoti ir konvertuoti elektrinius signalus. Tranzistorius vadinamas dvipolis, kadangi įrenginio veikime vienu metu dalyvauja dviejų tipų krūvininkai - elektronų Ir skyles. Tuo jis skiriasi nuo vienpolis(lauko efekto) tranzistorius, kuriame dalyvauja tik vieno tipo krūvininkas.

Abiejų tipų tranzistorių veikimo principas panašus į vandens čiaupo, reguliuojančio vandens srautą, veikimą, per tranzistorių praeina tik elektronų srautas. Bipoliniuose tranzistoriuose per įrenginį praeina dvi srovės - pagrindinė „didelė“ ir valdymo „mažoji“ srovė. Pagrindinės srovės galia priklauso nuo valdiklio galios. Naudojant lauko tranzistorius per įrenginį praeina tik viena srovė, kurios galia priklauso nuo elektromagnetinio lauko. Šiame straipsnyje mes atidžiau pažvelgsime į bipolinio tranzistoriaus veikimą.

Bipolinio tranzistoriaus dizainas.

Bipolinis tranzistorius susideda iš trijų puslaidininkių sluoksnių ir dviejų PN jungčių. PNP ir NPN tranzistoriai išsiskiria skylės ir elektronų laidumo kaitos tipu. Tai panašu į du diodus, sujungtus akis į akį arba atvirkščiai.

Bipolinis tranzistorius turi tris kontaktus (elektrodus). Iš centrinio sluoksnio išeinantis kontaktas vadinamas bazė. Kraštutiniai elektrodai vadinami kolekcininkas Ir skleidėjas (kolekcininkas Ir skleidėjas). Bazinis sluoksnis yra labai plonas kolektoriaus ir emiterio atžvilgiu. Be to, puslaidininkių sritys tranzistoriaus kraštuose yra asimetriškos. Puslaidininkio sluoksnis kolektoriaus pusėje yra šiek tiek storesnis nei emiterio pusėje. Tai būtina, kad tranzistorius veiktų tinkamai.

Panagrinėkime bipolinio tranzistoriaus veikimo metu vykstančius fizinius procesus. Paimkime NPN modelį kaip pavyzdį. PNP tranzistoriaus veikimo principas panašus, tik įtampos tarp kolektoriaus ir emiterio poliškumas bus priešingas.

Kaip jau minėta straipsnyje apie puslaidininkių laidumo tipus, P tipo medžiagose yra teigiamai įkrautų jonų – skylių. N tipo medžiaga yra prisotinta neigiamo krūvio elektronų. Tranzistoryje elektronų koncentracija N srityje žymiai viršija skylių koncentraciją P srityje.

Sujungkime įtampos šaltinį tarp kolektoriaus ir emiterio V CE (V CE). Jo veikimo metu elektronai iš viršutinės N dalies pradės traukti prie pliuso ir kauptis šalia kolektoriaus. Tačiau srovė negalės tekėti, nes įtampos šaltinio elektrinis laukas nepasiekia emiterio. To neleidžia storas kolektoriaus puslaidininkio sluoksnis ir bazinio puslaidininkio sluoksnis.

Dabar prijungkime įtampą tarp pagrindo ir emiterio V BE , bet žymiai mažesnę nei V CE (silicio tranzistoriams minimalus reikalingas V BE yra 0,6 V). Kadangi sluoksnis P yra labai plonas ir prie pagrindo prijungtas įtampos šaltinis, jis savo elektriniu lauku galės „pasiekti“ emiterio N sritį. Jo įtakoje elektronai bus nukreipti į bazę. Kai kurie iš jų pradės užpildyti ten esančias skyles (rekombinuoti). Kita dalis laisvos skylės neras, nes skylių koncentracija bazėje yra daug mažesnė nei elektronų koncentracija emiteryje.

Dėl to centrinis pagrindo sluoksnis yra praturtintas laisvais elektronais. Dauguma jų eis link kolektoriaus, nes ten įtampa daug didesnė. Tai palengvina ir labai mažas centrinio sluoksnio storis. Kai kuri elektronų dalis, nors ir daug mažesnė, vis tiek tekės link pliusinės bazės pusės.

Dėl to gauname dvi sroves: mažą - nuo pagrindo iki emiterio I BE ir didelę - nuo kolektoriaus iki emiterio I CE.

Jei padidinsite įtampą prie pagrindo, tada P sluoksnyje susikaups dar daugiau elektronų. Dėl to bazinė srovė šiek tiek padidės, o kolektoriaus srovė žymiai padidės. Taigi, šiek tiek pasikeitus bazinei srovei I B , kolektoriaus srovė I labai pasikeičia S. Taip ir atsitinka. signalo stiprinimas bipoliniame tranzistoryje. Kolektoriaus srovės I C ir bazinės srovės I B santykis vadinamas srovės stiprinimo koeficientu. Paskirta β , hfe arba h21e, priklausomai nuo skaičiavimų, atliktų su tranzistoriumi, specifikos.

Paprasčiausias bipolinis tranzistorių stiprintuvas

Išsamiau apsvarstykime signalo stiprinimo elektros plokštumoje principą, naudodamiesi grandinės pavyzdžiu. Leiskite man iš anksto pasakyti, kad ši schema nėra visiškai teisinga. Niekas nejungia nuolatinės srovės šaltinio tiesiai prie kintamosios srovės šaltinio. Tačiau šiuo atveju bus lengviau ir aiškiau suprasti patį stiprinimo mechanizmą naudojant bipolinį tranzistorių. Be to, pati skaičiavimo technika toliau pateiktame pavyzdyje yra šiek tiek supaprastinta.

1.Pagrindinių grandinės elementų aprašymas

Taigi, tarkime, kad turime tranzistorių, kurio stiprinimas yra 200 (β = 200). Kolektoriaus pusėje prijungsime gana galingą 20V maitinimo šaltinį, dėl kurio energijos įvyks stiprinimas. Nuo tranzistoriaus pagrindo prijungiame silpną 2V maitinimo šaltinį. Prie jo nuosekliai prijungsime sinusinės bangos pavidalo kintamos įtampos šaltinį, kurio virpesių amplitudė yra 0,1 V. Tai bus signalas, kurį reikia sustiprinti. Rezistorius Rb šalia pagrindo yra būtinas norint apriboti srovę, gaunamą iš signalo šaltinio, kuris paprastai turi mažą galią.

2. Bazinės įėjimo srovės I b apskaičiavimas

Dabar apskaičiuokime bazinę srovę I b. Kadangi mes susiduriame su kintamąja įtampa, turime apskaičiuoti dvi srovės reikšmes - esant maksimaliai įtampai (V max) ir mažiausiai (V min). Pavadinkime šias esamas reikšmes atitinkamai - I bmax ir I bmin.

Be to, norint apskaičiuoti bazinę srovę, reikia žinoti bazės emiterio įtampą V BE. Tarp pagrindo ir emiterio yra viena PN jungtis. Pasirodo, kad pagrindinė srovė "susitinka" su puslaidininkiniu diodu savo kelyje. Įtampa, kuriai esant puslaidininkinis diodas pradeda laiduoti, yra apie 0,6 V. Mes nesigilinsime į diodo srovės įtampos charakteristikas, o skaičiavimų paprastumui paimsime apytikslį modelį, pagal kurį srovę nešančio diodo įtampa visada yra 0,6 V. Tai reiškia, kad įtampa tarp pagrindo ir emiterio yra V BE = 0,6 V. O kadangi emiteris yra prijungtas prie žemės (V E = 0), įtampa nuo pagrindo iki žemės taip pat yra 0,6 V (V B = 0,6 V).

Apskaičiuokime I bmax ir I bmin pagal Ohmo dėsnį:

2. Kolektoriaus išėjimo srovės I C apskaičiavimas

Dabar, žinodami stiprinimą (β = 200), galite lengvai apskaičiuoti didžiausias ir minimalias kolektoriaus srovės reikšmes (I cmax ir I cmin).

3. Išėjimo įtampos V out apskaičiavimas

Kolektoriaus srovė teka per rezistorių Rc, kurį mes jau apskaičiavome. Belieka pakeisti reikšmes:

4. Rezultatų analizė

Kaip matyti iš rezultatų, V Cmax buvo mažesnis nei V Cmin. Taip yra dėl to, kad įtampa per rezistorių V Rc atimama iš maitinimo įtampos VCC. Tačiau daugeliu atvejų tai nesvarbu, nes mus domina kintama signalo sudedamoji dalis - amplitudė, kuri padidėjo nuo 0,1 V iki 1 V. Signalo dažnis ir sinusinė forma nepasikeitė. Žinoma, santykis V out / V dešimt kartų toli gražu nėra geriausias stiprintuvo rodiklis, tačiau jis yra gana tinkamas iliustruoti stiprinimo procesą.

Taigi, apibendrinkime stiprintuvo, pagrįsto bipoliniu tranzistoriumi, veikimo principą. Srovė I b teka per bazę, nešdama pastovias ir kintamas sudedamąsias dalis. Reikalingas pastovus komponentas, kad PN jungtis tarp pagrindo ir emiterio pradėtų vesti - „atsidarytų“. Kintamasis komponentas iš tikrųjų yra pats signalas (naudinga informacija). Tranzistoriaus viduje esanti kolektoriaus-emiterio srovė yra bazės srovės, padaugintos iš stiprinimo β, rezultatas. Savo ruožtu, rezistoriaus Rc įtampa virš kolektoriaus yra sustiprintos kolektoriaus srovės padauginimo iš rezistoriaus vertės rezultatas.

Taigi, V išvesties kaištis gauna signalą su padidinta virpesių amplitudė, bet su tokia pačia forma ir dažniu. Svarbu pabrėžti, kad tranzistorius stiprina energiją iš VCC maitinimo šaltinio. Jei maitinimo įtampa yra nepakankama, tranzistorius negalės visiškai veikti, o išėjimo signalas gali būti iškraipytas.

Bipolinio tranzistoriaus veikimo režimai

Atsižvelgiant į tranzistoriaus elektrodų įtampos lygius, yra keturi jo veikimo režimai:

• Išjungimo režimas.
• Aktyvus režimas.
• Sodrumo režimas.
• Atbulinis režimas.

Išjungimo režimas

Kai bazės ir emiterio įtampa yra mažesnė nei 0,6 V - 0,7 V, PN jungtis tarp pagrindo ir emiterio uždaroma. Šioje būsenoje tranzistorius neturi bazinės srovės. Dėl to nebus ir kolektoriaus srovės, nes bazėje nėra laisvų elektronų, pasiruošusių judėti link kolektoriaus įtampos. Pasirodo, kad tranzistorius yra tarsi užrakintas, ir jie sako, kad jis yra išjungimo režimas.

Aktyvus režimas

IN aktyvus režimasĮtampa prie pagrindo yra pakankama, kad PN jungtis tarp pagrindo ir emiterio atsidarytų. Šioje būsenoje tranzistorius turi bazės ir kolektoriaus sroves. Kolektoriaus srovė lygi bazinei srovei, padaugintai iš stiprinimo. Tai yra, aktyvusis režimas yra įprastas tranzistoriaus, kuris naudojamas stiprinimui, veikimo režimas.

Sodrumo režimas

Kartais bazinė srovė gali būti per didelė. Dėl to maitinimo galios tiesiog nepakanka, kad būtų užtikrintas toks kolektoriaus srovės dydis, kuris atitiktų tranzistoriaus stiprinimą. Prisotinimo režimu kolektoriaus srovė bus didžiausia, kurią gali suteikti maitinimo šaltinis, ir nepriklausys nuo bazinės srovės. Šioje būsenoje tranzistorius negali sustiprinti signalo, nes kolektoriaus srovė nereaguoja į bazinės srovės pokyčius.

Prisotinimo režimu tranzistoriaus laidumas yra didžiausias ir jis labiau tinka jungiklio (jungiklio) funkcijai „įjungtoje“ būsenoje. Panašiai ir išjungimo režimu tranzistoriaus laidumas yra minimalus, ir tai atitinka jungiklį išjungtoje būsenoje.

Atvirkštinis režimas

Šiuo režimu kolektoriaus ir emiterio vaidmenys keičiasi: kolektoriaus PN sandūra pakreipta į priekį, o emiterio sandūra – priešinga kryptimi. Dėl to srovė teka iš pagrindo į kolektorių. Kolektoriaus puslaidininkio sritis yra asimetriška emiterio atžvilgiu, o stiprinimas atvirkštiniu režimu yra mažesnis nei įprastu aktyviuoju režimu. Tranzistorius suprojektuotas taip, kad aktyviuoju režimu veiktų kuo efektyviau. Todėl atvirkštiniu režimu tranzistorius praktiškai nenaudojamas.

Pagrindiniai dvipolio tranzistoriaus parametrai.

Dabartinis pelnas– kolektoriaus srovės I C ir bazinės srovės I B santykis. Paskirta β , hfe arba h21e, priklausomai nuo skaičiavimų, atliekamų su tranzistoriais, specifikos.

β yra pastovi vieno tranzistoriaus vertė ir priklauso nuo fizinės įrenginio struktūros. Didelis padidėjimas skaičiuojamas šimtais vienetų, mažas padidėjimas - dešimtimis. Dviejų atskirų to paties tipo tranzistorių, net jei gamybos metu jie buvo „vamzdyno kaimynai“, β gali šiek tiek skirtis. Ši bipolinio tranzistoriaus charakteristika yra bene svarbiausia. Jei skaičiuojant dažnai galima nepaisyti kitų prietaiso parametrų, srovės stiprinimas yra beveik neįmanomas.

Įvesties varža– tranzistoriaus varža, „atitinkanti“ bazinę srovę. Paskirta Rin (R in). Kuo jis didesnis, tuo geresnės įrenginio stiprinimo charakteristikos, nes bazinėje pusėje dažniausiai yra silpno signalo šaltinis, kuriam reikia sunaudoti kuo mažiau srovės. Idealus variantas yra tada, kai įvesties varža yra begalinė.

Vidutinio bipolinio tranzistoriaus R įvestis yra keli šimtai KΩ (kiloomų). Čia dvipolis tranzistorius labai daug pralaimi lauko tranzistoriui, kur įėjimo varža siekia šimtus GΩ (gigaomų).

Išėjimo laidumas- tranzistoriaus laidumas tarp kolektoriaus ir emiterio. Kuo didesnis išėjimo laidumas, tuo daugiau kolektoriaus-emiterio srovės galės praeiti per tranzistorių su mažesne galia.

Be to, padidėjus išėjimo laidumui (arba sumažėjus išėjimo varžai), padidėja maksimali apkrova, kurią stiprintuvas gali atlaikyti su nereikšmingais bendrojo stiprinimo nuostoliais. Pavyzdžiui, jei tranzistorius su mažu išėjimo laidumu be apkrovos sustiprina signalą 100 kartų, tai prijungus 1 KΩ apkrovą, jis jau sustiprins tik 50 kartų. Tranzistorius, turintis tą patį stiprinimą, bet didesnį išėjimo laidumą, turės mažesnį stiprinimo kritimą. Idealus variantas yra tada, kai išėjimo laidumas yra begalybė (arba išėjimo varža R out = 0 (R out = 0)).

Sveikinimai, mieli draugai! Šiandien kalbėsime apie dvipolius tranzistorius ir informacija bus naudinga pirmiausia pradedantiesiems. Taigi, jei jus domina, kas yra tranzistorius, jo veikimo principas ir apskritai kam jis naudojamas, tai pasiimkite patogesnę kėdę ir prieikite arčiau.

Tęskime, ir mes turime čia turinį, bus patogiau naršyti straipsnį :)

Tranzistorių tipai

Tranzistoriai daugiausia yra dviejų tipų: bipoliniai tranzistoriai ir lauko tranzistoriai. Žinoma, viename straipsnyje buvo galima apsvarstyti visų tipų tranzistorius, bet aš nenoriu virti košės jūsų galvoje. Todėl šiame straipsnyje apžvelgsime tik dvipolius tranzistorius, o apie lauko tranzistorius kalbėsiu viename iš šių straipsnių. Nemaišykime visko į vieną krūvą, o kreipkime dėmesį į kiekvieną atskirai.

Bipolinis tranzistorius

Dvipolis tranzistorius yra vamzdinių triodų, tų, kurie buvo XX amžiaus televizoriuose, palikuonis. Triodai nuėjo į užmarštį ir užleido vietą funkcionalesniems broliams – tranzistoriams, tiksliau – bipoliniams tranzistoriams.

Triodai, išskyrus retas išimtis, naudojami melomanų įrangoje.

Bipoliniai tranzistoriai gali atrodyti taip.

Kaip matote, bipoliniai tranzistoriai turi tris gnybtus ir struktūriškai gali atrodyti visiškai kitaip. Tačiau elektros schemose jie atrodo paprasti ir visada vienodi. Ir visas šis grafinis spindesys atrodo maždaug taip.

Šis tranzistorių vaizdas dar vadinamas UGO (Įprastinis grafinis simbolis).

Be to, bipoliniai tranzistoriai gali turėti skirtingus laidumo tipus. Yra NPN tipo ir PNP tipo tranzistoriai.

Skirtumas tarp n-p-n tranzistoriaus ir p-n-p tranzistoriaus yra tik tas, kad jis yra elektros krūvio (elektronų arba "skylių") "nešiklis". Tie. Pnp tranzistoriaus atveju elektronai juda iš emiterio į kolektorių ir yra varomi bazės. N-p-n tranzistoriaus atveju elektronai eina iš kolektoriaus į emiterį ir yra valdomi bazės. Dėl to darome išvadą, kad norint grandinėje pakeisti vieno laidumo tipo tranzistorių kitu, pakanka pakeisti tiekiamos įtampos poliškumą. Arba kvailai pakeiskite maitinimo šaltinio poliškumą.

Bipoliniai tranzistoriai turi tris gnybtus: kolektorius, emiterį ir bazę. Manau, kad bus sunku supainioti su UGO, bet tikrame tranzistoriuje susipainioti lengviau nei bet kada.

Paprastai tai, kuri išvestis nustatoma, yra iš žinyno, bet galite tiesiog . Tranzistoriaus gnybtai skamba kaip du diodai, sujungti bendrame taške (tranzistoriaus pagrindo srityje).

Kairėje yra p-n-p tipo tranzistoriaus paveikslėlis, kai bandote, atsiranda jausmas (per multimetro rodmenis), kad priešais jus yra du diodai, kurie yra sujungti viename taške savo katodais. N-p-n tranzistoriaus atveju diodai baziniame taške yra sujungti jų anodais. Manau, paeksperimentavus su multimetru bus aiškiau.

Bipolinio tranzistoriaus veikimo principas

Dabar pabandysime išsiaiškinti, kaip veikia tranzistorius. Aš nesileisiu į detales apie vidinę tranzistorių struktūrą, nes ši informacija tik suklaidins. Geriau pažiūrėkite į šį piešinį.

Šis vaizdas geriausiai paaiškina tranzistoriaus veikimo principą. Šiame paveikslėlyje asmuo valdo kolektoriaus srovę naudodamas reostatą. Jis žiūri į bazinę srovę, jei padidėja bazinė srovė, tada žmogus taip pat padidina kolektoriaus srovę, atsižvelgdamas į tranzistoriaus h21E stiprinimą. Jei bazinė srovė nukrenta, tada sumažės ir kolektoriaus srovė - žmogus ją pataisys naudodamas reostatą.

Ši analogija neturi nieko bendra su tikruoju tranzistoriaus veikimu, tačiau leidžia lengviau suprasti jo veikimo principus.

Dėl tranzistorių galima atkreipti dėmesį į taisykles, kurios padės lengviau suprasti dalykus. (Šios taisyklės paimtos iš knygos).

1. Kolektorius turi didesnį teigiamą potencialą nei emiteris
2. Kaip jau sakiau, bazinio kolektoriaus ir bazinio emiterio grandinės veikia kaip diodai
3. Kiekvienam tranzistoriui būdingos ribinės vertės, tokios kaip kolektoriaus srovė, bazės srovė ir kolektoriaus-emiterio įtampa.
4. Jei laikomasi 1-3 taisyklių, tada kolektoriaus srovė Ik yra tiesiogiai proporcinga bazinei srovei Ib. Šį ryšį galima parašyti kaip formulę.

Iš šios formulės galime išreikšti pagrindinę tranzistoriaus savybę – maža bazinė srovė valdo didelę kolektoriaus srovę.

Dabartinis pelnas.

Jis taip pat žymimas kaip

Remiantis tuo, kas išdėstyta pirmiau, tranzistorius gali veikti keturiais režimais:

1. Tranzistoriaus išjungimo režimas— šiuo režimu bazinio emiterio jungtis uždaryta, tai gali atsitikti, kai bazinio emiterio įtampa yra nepakankama. Dėl to nėra bazinės srovės, todėl nebus ir kolektoriaus srovės.
2. Tranzistoriaus aktyvusis režimas- tai įprastas tranzistoriaus veikimo režimas. Šiuo režimu bazės-emiterio įtampa yra pakankama, kad atsidarytų bazės-emiterio jungtis. Pakanka bazinės srovės, taip pat yra kolektoriaus srovė. Kolektoriaus srovė lygi bazinei srovei, padaugintai iš stiprinimo.
3. Tranzistoriaus prisotinimo režimas - Tranzistorius persijungia į šį režimą, kai bazinė srovė tampa tokia didelė, kad maitinimo šaltinio galios tiesiog nepakanka dar labiau padidinti kolektoriaus srovę. Šiuo režimu kolektoriaus srovė negali padidėti padidėjus bazinei srovei.
4. Atvirkštinis tranzistoriaus režimas— šis režimas naudojamas itin retai. Šiuo režimu tranzistoriaus kolektorius ir emiteris sukeičiami. Dėl tokių manipuliacijų tranzistoriaus stiprinimas labai nukenčia. Iš pradžių tranzistorius nebuvo sukurtas veikti tokiu specialiu režimu.

Norėdami suprasti, kaip veikia tranzistorius, turite pažvelgti į konkrečius grandinės pavyzdžius, todėl pažvelkime į kai kuriuos iš jų.

Tranzistorius perjungimo režimu

Tranzistorius perjungimo režimu yra vienas iš tranzistorių grandinių su bendru emiteriu atvejų. Tranzistoriaus grandinė perjungimo režimu naudojama labai dažnai. Ši tranzistoriaus grandinė naudojama, pavyzdžiui, kai reikia valdyti galingą apkrovą naudojant mikrovaldiklį. Valdiklio kojelė nepajėgi traukti galingos apkrovos, bet tranzistorius gali. Pasirodo, valdiklis valdo tranzistorių, o tranzistorius – galingą apkrovą. Na, pirmieji dalykai.

Pagrindinė šio režimo idėja yra ta, kad bazinė srovė valdo kolektoriaus srovę. Be to, kolektoriaus srovė yra daug didesnė už bazinę srovę. Čia plika akimi matosi, kad srovės signalas yra sustiprintas. Šis stiprinimas atliekamas naudojant maitinimo šaltinio energiją.

Paveikslėlyje parodyta tranzistoriaus veikimo perjungimo režimu schema.

Tranzistorių grandinėms įtampos nevaidina didelio vaidmens, svarbios tik srovės. Todėl, jei kolektoriaus srovės ir bazinės srovės santykis yra mažesnis nei tranzistoriaus stiprinimas, tada viskas gerai.

Tokiu atveju, net jei į bazę įjungsime 5 voltų įtampą, o kolektoriaus grandinėje – 500 voltų, nieko blogo nenutiks, tranzistorius paklusniai perjungs aukštos įtampos apkrovą.

Svarbiausia, kad šios įtampos neviršytų tam tikro tranzistoriaus ribinių verčių (nustatytų tranzistoriaus charakteristikose).

Kiek žinome, dabartinė vertė yra apkrovos charakteristika.

Nežinome lemputės varžos, bet žinome, kad lemputės veikimo srovė yra 100 mA. Kad tranzistorius atsidarytų ir leistų tokiai srovei tekėti, reikia pasirinkti atitinkamą bazinę srovę. Bazinę srovę galime reguliuoti keisdami bazinio rezistoriaus reikšmę.

Kadangi minimali tranzistoriaus stiprinimo vertė yra 10, tada, kad tranzistorius atsidarytų, bazinė srovė turi tapti 10 mA.

Mums reikalinga srovė yra žinoma. Įtampa per pagrindinį rezistorių bus Ši įtampos vertė rezistoriuje yra dėl to, kad bazės ir emiterio sandūroje nukrenta 0,6 V–0, 7 V, ir mes neturime pamiršti į tai atsižvelgti.

Dėl to mes galime lengvai rasti rezistoriaus varžą

Belieka pasirinkti konkrečią vertę iš daugybės rezistorių ir ji yra maišelyje.

Dabar tikriausiai manote, kad tranzistoriaus jungiklis veiks taip, kaip turėtų? Kad pajungus bazinį rezistorių prie +5 V užsidega lemputė, išjungus lemputė užgęsta? Atsakymas gali būti teigiamas arba ne.

Reikalas tas, kad čia yra nedidelis niuansas.

Kai rezistoriaus potencialas bus lygus žemės potencialui, lemputė užges. Jei rezistorius tiesiog atjungtas nuo įtampos šaltinio, tada viskas nėra taip paprasta. Bazinio rezistoriaus įtampa gali stebuklingai atsirasti dėl trukdžių ar kitų piktųjų dvasių :)

Norėdami išvengti šio poveikio, atlikite šiuos veiksmus. Kitas rezistorius Rbe yra prijungtas tarp pagrindo ir emiterio. Šis rezistorius pasirenkamas bent 10 kartų didesne nei bazinis rezistorius Rb (mūsų atveju mes paėmėme 4,3 kOhm rezistorių).

Kai bazė yra prijungta prie bet kokios įtampos, tranzistorius veikia kaip turėtų, rezistorius Rbe jam netrukdo. Šis rezistorius sunaudoja tik nedidelę bazinės srovės dalį.

Tuo atveju, kai įtampa prie pagrindo neteikiama, bazė patraukiama iki įžeminimo potencialo, o tai apsaugo mus nuo visų rūšių trukdžių.

Taigi iš esmės mes išsiaiškinome, kaip tranzistorius veikia rakto režimu, ir, kaip matote, rakto veikimo režimas yra tam tikras signalo įtampos stiprinimas. Juk 12 V įtampą valdėme naudodami žemą 5 V įtampą.

Emiterio sekėjas

Emiterio sekėjas yra ypatingas bendro kolektoriaus tranzistorių grandinių atvejis.

Išskirtinis grandinės su bendru kolektorius iš grandinės su bendru emiteriu (pasirinktis su tranzistoriniu jungikliu) bruožas yra tas, kad ši grandinė nestiprina įtampos signalo. Kas pateko per bazę, išėjo per emiterį, su ta pačia įtampa.

Iš tiesų, tarkime, kad bazei prijungėme 10 voltų, nors žinome, kad bazės ir emiterio sankryžoje nukrenta maždaug 0,6–0,7 V. Pasirodo, kad išėjime (prie emiterio, prie apkrovos Rн) bus minus 0,6 V bazinė įtampa.

Pasirodė 9,4V, žodžiu, beveik tiek, kiek įėjo ir išėjo. Įsitikinome, kad ši grandinė mums nepadidins įtampos.

„Kokia prasmė įjungti tranzistorių taip? Tačiau pasirodo, kad ši schema turi dar vieną labai svarbią savybę. Tranzistoriaus prijungimo prie bendro kolektoriaus grandinė sustiprina signalą galios atžvilgiu. Galia yra srovės ir įtampos sandauga, bet kadangi įtampa nekinta, tada galia didėja tik dėl srovės! Apkrovos srovė yra bazinės srovės ir kolektoriaus srovės suma. Bet jei palyginsite bazinę srovę ir kolektoriaus srovę, bazinė srovė yra labai maža, palyginti su kolektoriaus srove. Pasirodo, apkrovos srovė lygi kolektoriaus srovei. Ir rezultatas yra tokia formulė.

Dabar manau, kad aišku, kokia yra emiterio sekėjų grandinės esmė, bet tai dar ne viskas.

Emiterio sekėjas turi dar vieną labai vertingą savybę – didelę įėjimo varžą. Tai reiškia, kad ši tranzistoriaus grandinė beveik nevartoja įvesties srovės ir nesukuria jokios apkrovos signalo šaltinio grandinei.

Norint suprasti tranzistoriaus veikimo principą, šių dviejų tranzistorių grandinių pakaks. O jei eksperimentuosite su lituokliu rankose, epifanija tiesiog neprivers jūsų laukti, nes teorija yra teorija, o praktika ir asmeninė patirtis šimtus kartų vertingesnė!

Kur galima nusipirkti tranzistorių?

Kaip ir visus kitus radijo komponentus, tranzistorius galima įsigyti bet kurioje netoliese esančioje radijo dalių parduotuvėje. Jei gyvenate kur nors pakraštyje ir negirdėjote apie tokias parduotuves (kaip aš dariau anksčiau), tada lieka paskutinė galimybė – užsisakykite tranzistorius iš internetinės parduotuvės. Aš pats dažnai užsakau radijo komponentus per internetines parduotuves, nes įprastoje neinternetinėje parduotuvėje kažko gali tiesiog nebūti.

Tačiau jei įrenginį surenkate tik sau, galite dėl to nesijaudinti, o ištraukti jį iš senojo ir, taip sakant, įkvėpti senam radijo komponentui naujos gyvybės.

Na, draugai, tai viskas man. Aš tau pasakiau viską, ką šiandien planavau. Jei turite klausimų, užduokite juos komentaruose, jei neturite klausimų, vis tiek rašykite komentarus, man visada svarbi jūsų nuomonė. Beje, nepamirškite, kad visi pirmą kartą palikę komentarą gaus dovanėlę.

Taip pat būtinai užsiprenumeruokite naujus straipsnius, nes ir toliau jūsų laukia daug įdomių ir naudingų dalykų.

Linkiu sėkmės, sėkmės ir saulėtos nuotaikos!

Iš n/a Vladimiras Vasiljevas

P.S. Draugai, būtinai užsiprenumeruokite naujienas! Prenumeruodami gausite naują medžiagą tiesiai į savo el. Ir beje, kiekvienas užsiregistravęs gaus naudingą dovanėlę!