Използването на полупроводникови устройства (SS) е широко разпространено в радиоелектрониката. Поради това размерите на различните устройства са намалели. Биполярният транзистор е получил широко приложение, поради някои характеристики неговата функционалност е по-широка от тази на обикновен полеви транзистор. За да разберем защо е необходимо и при какви условия се използва, е необходимо да се разгледа неговият принцип на действие, методи на свързване и класификация.
Съдържание
Устройство и принцип на действие
Транзисторът е електронен полупроводник, състоящ се от 3 електрода, единият от които е управляващ. Биполярният тип транзистор се различава от полярния по наличието на 2 вида носители на заряд (отрицателни и положителни).
Отрицателните заряди са електрони, които се освобождават от външната обвивка на кристалната решетка. Положителен тип заряд или дупки се образуват на мястото на освободения електрон.
Устройството на биполярен транзистор (BT) е доста просто, въпреки неговата гъвкавост. Състои се от 3 проводими слоя: емитер (E), основа (B) и колектор (K).
Емитерът (от латински "да освобождава") е вид полупроводников преход, чиято основна функция е да инжектира заряди в основата. Колекторът (от латински "колектор") се използва за приемане на зарядите на емитера. Основата е контролният електрод.
Емитерните и колекторните слоеве са почти еднакви, но се различават по степента на добавяне на примеси за подобряване на характеристиките на печатната платка. Добавянето на примеси се нарича допинг. За колекторния слой (CL) легирането е слабо изразено за повишаване на колекторното напрежение (Uk). Емитерният полупроводников слой е силно легиран, за да се увеличи обратният допустим пробив U и да се подобри инжектирането на носители в основния слой (коефициентът на пренос на тока се увеличава - Kt). Основният слой е леко легиран, за да осигури по-голямо съпротивление (R).
Преходът между основата и емитера е по-малък по площ от K-B. Поради разликата в областите настъпва подобрение на Kt. По време на работа на печатната платка преходът K-B се включва с обратно отклонение, за да се освободи основната част от количеството топлина Q, която се разсейва и осигурява по-добро охлаждане на кристала.
Скоростта на BT зависи от дебелината на основния слой (BS). Тази зависимост е стойност, която варира в обратна пропорция. С по-малка дебелина - повече скорост. Тази зависимост е свързана с времето на полета на носителите на заряд.Въпреки това, в същото време, Uk намалява.
Между емитера и K протича силен ток, наречен ток K (Ik). Между E и B протича малък ток - ток B (Ib), който се използва за управление. Когато Ib се промени, Ik се променя.
Транзисторът има два p-n прехода: E-B и K-B. Когато режимът е активен, E-B е свързан с преднамерен тип, а CB е свързан с обратно отклонение. Тъй като преходът E-B е в отворено състояние, отрицателните заряди (електрони) се вливат в B. След това те частично се рекомбинират с дупки. Въпреки това, повечето от електроните достигат K-B поради ниската легитимност и дебелина на B.
В BS електроните са второстепенни носители на заряд и електромагнитното поле им помага да преодолеят K-B прехода. С увеличаване на Ib, отворът E-B ще се разшири и повече електрони ще се движат между E и K. В този случай ще настъпи значително усилване на сигнала с ниска амплитуда, тъй като Ik е по-голям от Ib.
За да се разбере по-лесно физическото значение на работата на транзистор от биполярен тип, е необходимо да го свържем с добър пример. Трябва да се приеме, че помпата за изпомпване на вода е източник на енергия, водният кран е транзистор, водата е Ik, степента на въртене на дръжката на крана е Ib. За да увеличите налягането, трябва леко да завъртите крана - за да извършите контролно действие. Въз основа на примера можем да заключим прост принцип на работа на софтуера.
Въпреки това, със значително увеличение на U при K-B прехода, може да възникне ударна йонизация, което води до умножаване на лавинния заряд.Когато се комбинира с тунелния ефект, този процес дава електрическа и с увеличаване на времето термична повреда, която деактивира PP. Понякога термичният пробив възниква без електрическо прекъсване в резултат на значително увеличаване на тока през изхода на колектора.
Освен това, когато U се промени на K-B и E-B, дебелината на тези слоеве се променя, ако B е тънък, тогава възниква ефект на затваряне (нарича се също пункция B), при който преходите K-B и E-B са свързани. В резултат на това явление ПП престава да изпълнява функциите си.
Режими на работа
Биполярният тип транзистор може да работи в 4 режима:
- Активен.
- Прекъсвания (RO).
- Насищане (PH).
- Бариера (RB).
Активният режим на BT е нормален (NAR) и инверсен (IAR).
Нормален активен режим
В този режим U протича в E-B кръстовището, което е директно и се нарича напрежение E-B (Ue-b). Режимът се счита за оптимален и се използва в повечето схеми. Преход E инжектира заряди в основната област, които се движат към колектора. Последният ускорява зарядите, създавайки усилващ ефект.
Обратно активен режим
В този режим преходът K-B е отворен. BT работи в обратна посока, т.е. носителите на дупки се инжектират от K, преминавайки през B. Те се събират от прехода E. Свойствата на усилване на PP са слаби и BTs рядко се използват в този режим.
Режим на насищане
При PH и двата прехода са отворени. Когато E-B и K-B са свързани към външни източници в посока напред, BT ще работи в ракетата-носител. Дифузионното електромагнитно поле на Е и К преходите се отслабва от електрическото поле, което се създава от външни източници.В резултат на това ще има намаляване на бариерната способност и ограничаване на дифузната способност на основните носители на заряд. Ще започне инжектирането на дупки от E и K към B. Този режим се използва основно в аналоговата технология, но в някои случаи може да има изключения.
Режим на прекъсване
В този режим BT се затваря напълно и не е в състояние да провежда ток. В BT обаче има незначителни потоци от незначителни носители на заряд, които създават термични токове с малки стойности. Този режим се използва при различни видове защита срещу претоварване и късо съединение.
бариерен режим
Базата на BT е свързана чрез резистор към K. В веригата K или E е включен резистор, който задава текущата стойност (I) през BT. BR често се използва във вериги, тъй като позволява на BT да работи при всяка честота и в по-голям температурен диапазон.
Схеми за превключване
За правилното използване и свързване на BT, трябва да знаете тяхната класификация и тип. Класификация на биполярни транзистори:
- Производствен материал: германий, силиций и арсенидогалий.
- Характеристики на производство.
- Разсеяна мощност: ниска мощност (до 0,25 W), средна (0,25-1,6 W), мощна (над 1,6 W).
- Ограничаваща честота: нискочестотна (до 2,7 MHz), средна честота (2,7-32 MHz), високочестотна (32-310 MHz), микровълнова (повече от 310 MHz).
- Функционално предназначение.
Функционалното предназначение на BT е разделено на следните видове:
- Усилващи нискочестотни с нормализирана и ненормализирана стойност на шума (NiNNKSh).
- Усилване на висока честота с NiNNKSh.
- Усилваща микровълнова фурна с NiNNKSh.
- Усилващо мощно високо напрежение.
- Генератор с високи и свръхвисоки честоти.
- Превключващи устройства с ниска мощност и висока мощност.
- Мощен импулсен за високи U-стойности.
Освен това има такива видове биполярни транзистори:
- P-n-p.
- N-p-n.
Има 3 схеми за включване на биполярен транзистор, всяка от които има своите предимства и недостатъци:
- генерал Б.
- Генерал Е.
- Генерал К.
Включване с обща база (OB)
Веригата се прилага при високи честоти, което позволява оптимално използване на честотната характеристика. При свързване на един BT по схемата с OE, а след това с OB, честотата му на работа ще се увеличи. Тази схема на свързване се използва в усилватели от антенен тип. Нивото на шума при високи честоти е намалено.
Предимства:
- Оптимални температури и широк честотен диапазон (f).
- Висока стойност Великобритания.
недостатъци:
- Ниско печеля.
- Нисък вход R.
Превключване на общ емитер (CE)
При свързване по тази схема се получава усилване в U и I. Веригата може да се захранва от един източник. Често се използва в усилватели на мощност (P).
Предимства:
- Високи печалби за I, U, P.
- Едно захранване.
- Изходната променлива U се инвертира спрямо входа.
Той има значителни недостатъци: най-ниската стабилност на температурата и честотните характеристики са по-лоши, отколкото когато е свързан с OB.
Включване с общ колектор (ОК)
Входът U се прехвърля напълно обратно към входа, а Ki е подобен, когато е свързан с OE, но е с ниско съдържание на U.
Този тип превключване се използва за съпоставяне на каскади, направени на транзистори, или с източник на входен сигнал, който има висок изход R (кондензаторен тип микрофон или пикап). Предимствата включват следното: голяма стойност на входа и малък изход R.Недостатъкът е ниското усилване на U.
Основни характеристики на биполярните транзистори
Основните характеристики на BT:
- печеля.
- Вход и изход R.
- Обратно Ik-e.
- Време за включване.
- Честота на предаване Ib.
- Обратно Ik.
- Максимална I стойност.
Приложения
Използването на биполярни транзистори е широко разпространено във всички области на човешката дейност. Основното приложение на устройството е получено в устройства за усилване, генериране на електрически сигнали, а също така служат като комутируем елемент. Използват се в различни усилватели на мощност, в обикновени и импулсни захранвания с възможност за регулиране на стойностите на U и I, в компютърната техника.
В допълнение, те често се използват за изграждане на различна защита на потребителите срещу претоварвания, U пренапрежения и къси съединения. Те намират широко приложение в минната и металургичната промишленост.
Подобни статии:
