Che cos'è un transistor bipolare e quali circuiti di commutazione esistono

L'uso di dispositivi a semiconduttore (SS) è molto diffuso nella radioelettronica. A causa di ciò, le dimensioni dei vari dispositivi sono diminuite. Il transistor bipolare ha ricevuto ampia applicazione, a causa di alcune caratteristiche la sua funzionalità è più ampia di quella di un semplice transistor ad effetto di campo. Per capire perché è necessario e in quali condizioni viene utilizzato, è necessario considerare il suo principio di funzionamento, le modalità di connessione e la classificazione.

Dispositivo e principio di funzionamento

Un transistor è un semiconduttore elettronico costituito da 3 elettrodi, uno dei quali è di controllo. Un transistor di tipo bipolare si differenzia da uno polare per la presenza di 2 tipi di portatori di carica (negativo e positivo).

Le cariche negative sono elettroni che vengono rilasciati dal guscio esterno del reticolo cristallino. Al posto dell'elettrone rilasciato si formano un tipo positivo di carica, o lacune.

Il dispositivo di un transistor bipolare (BT) è abbastanza semplice, nonostante la sua versatilità. È costituito da 3 strati di tipo conduttivo: emettitore (E), base (B) e collettore (K).

Un emettitore (dal latino "rilasciare") è un tipo di giunzione a semiconduttore la cui funzione principale è quella di iniettare cariche nella base. Il collezionista (dal latino "collezionista") è utilizzato per ricevere le cariche dell'emettitore. La base è l'elettrodo di controllo.

Gli strati di emettitore e collettore sono quasi gli stessi, ma differiscono per il grado di aggiunta di impurità per migliorare le caratteristiche del PCB. L'aggiunta di impurità è chiamata doping. Per lo strato collettore (CL), il drogaggio è espresso debolmente per aumentare la tensione del collettore (Uk). Lo strato semiconduttore emettitore è fortemente drogato per aumentare la rottura consentita inversa U e migliorare l'iniezione di portanti nello strato di base (il coefficiente di trasferimento di corrente aumenta - Kt). Lo strato di base è leggermente drogato per fornire maggiore resistenza (R).

La transizione tra la base e l'emettitore ha un'area più piccola rispetto al K-B. A causa della differenza di aree, si verifica il miglioramento di Kt. Durante il funzionamento del PCB, la transizione KB viene attivata con una polarizzazione inversa per rilasciare la frazione principale della quantità di calore Q, che viene dissipata e fornisce un migliore raffreddamento del cristallo.

La velocità di BT dipende dallo spessore dello strato di base (BS). Questa dipendenza è un valore che varia in proporzione inversa. Con meno spessore - più velocità. Questa dipendenza è correlata al tempo di volo dei vettori di carica.Tuttavia, allo stesso tempo, il Regno Unito diminuisce.

Una forte corrente scorre tra l'emettitore e K, chiamata corrente K (Ik). Una piccola corrente scorre tra E e B - la corrente B (Ib), che viene utilizzata per il controllo. Quando Ib cambia, Ik cambia.

Il transistor ha due giunzioni p-n: E-B e KB. Quando la modalità è attiva, E-B è collegato con una polarizzazione di tipo diretto e CB è collegato con una polarizzazione inversa. Poiché la transizione E-B è nello stato aperto, le cariche negative (elettroni) fluiscono nella B. Successivamente, si ricombinano parzialmente con i buchi. Tuttavia, la maggior parte degli elettroni raggiunge KB a causa della bassa legittimità e dello spessore di B.

In BS, gli elettroni sono portatori di carica minori e il campo elettromagnetico li aiuta a superare la transizione KB. Con un aumento di Ib, l'apertura E-B si espanderà e più elettroni scorreranno tra E e K. In questo caso si verificherà un'amplificazione significativa del segnale di bassa ampiezza, poiché Ik è maggiore di Ib.

Per comprendere più facilmente il significato fisico del funzionamento di un transistor di tipo bipolare è necessario associarlo ad un buon esempio. Si deve presumere che la pompa per il pompaggio dell'acqua sia una fonte di alimentazione, il rubinetto dell'acqua sia un transistor, l'acqua sia Ik, il grado di rotazione della maniglia del rubinetto sia Ib. Per aumentare la pressione, è necessario ruotare leggermente il rubinetto per eseguire un'azione di controllo. Sulla base dell'esempio, possiamo concludere un semplice principio di funzionamento del software.

Tuttavia, con un aumento significativo di U alla transizione KB, può verificarsi ionizzazione da impatto, che si traduce in una moltiplicazione della carica della valanga.Quando combinato con l'effetto tunnel, questo processo fornisce un guasto elettrico e, con l'aumento del tempo, un guasto termico, che disabilita il PP. A volte si verifica un guasto termico senza guasto elettrico a causa di un aumento significativo della corrente attraverso l'uscita del collettore.

Inoltre, quando U cambia in K-B ed E-B, lo spessore di questi strati cambia, se B è sottile, si verifica un effetto di chiusura (chiamato anche puntura B), in cui le transizioni K-B ed E-B sono collegate. A causa di questo fenomeno, il PP cessa di svolgere le sue funzioni.

Modalità operative

Il transistor di tipo bipolare può funzionare in 4 modalità:

1. Attivo.
2. Limiti (RO).
3. Saturazione (PH).
4. Barriera (RB).

La modalità attiva di BT è normale (NAR) e inversa (IAR).

Modalità attiva normale

In questa modalità, U scorre alla giunzione E-B, che è diretta ed è chiamata tensione E-B (Ue-b). La modalità è considerata ottimale e viene utilizzata nella maggior parte degli schemi. La transizione E inietta cariche nella regione di base, che si muovono verso il collettore. Quest'ultimo accelera le cariche, creando un effetto boost.

Modalità attiva inversa

In questa modalità, la transizione KB è aperta. Il BT funziona nella direzione opposta, ovvero i portatori di carica del buco vengono iniettati da K, passando attraverso il B. Vengono raccolti dalla transizione E. Le proprietà di amplificazione del PP sono deboli e i BT sono usati raramente in questa modalità.

Modalità saturazione

A PH, entrambe le transizioni sono aperte. Quando E-B e KB sono collegati a fonti esterne nella direzione in avanti, il BT funzionerà nel veicolo di lancio. Il campo elettromagnetico di diffusione delle giunzioni E e K è indebolito dal campo elettrico, creato da sorgenti esterne.Di conseguenza, ci sarà una diminuzione della capacità di barriera e una limitazione della capacità diffusa dei principali portatori di carica. Inizierà l'iniezione di fori da E e K a B. Questa modalità è utilizzata principalmente nella tecnologia analogica, ma in alcuni casi potrebbero esserci delle eccezioni.

Modalità di interruzione

In questa modalità, il BT si chiude completamente e non è in grado di condurre corrente. Tuttavia, nel BT sono presenti flussi insignificanti di portatori di carica minori, che creano correnti termiche con piccoli valori. Questa modalità viene utilizzata in vari tipi di protezione contro sovraccarichi e cortocircuiti.

regime di barriera

La base BT è collegata tramite un resistore a K. Un resistore è incluso nel circuito K o E, che imposta il valore di corrente (I) attraverso il BT. BR è spesso utilizzato nei circuiti, perché consente al BT di funzionare a qualsiasi frequenza e in un intervallo di temperatura più ampio.

Cambio di schemi

Per il corretto utilizzo e collegamento dei BT è necessario conoscerne la classificazione e la tipologia. Classificazione dei transistor bipolari:

1. Materiale di produzione: germanio, silicio e arsenidogallium.
2. Caratteristiche di produzione.
3. Potenza dissipata: bassa potenza (fino a 0,25 W), media (0,25-1,6 W), potente (oltre 1,6 W).
4. Frequenza limite: bassa frequenza (fino a 2,7 MHz), media frequenza (2,7-32 MHz), alta frequenza (32-310 MHz), microonde (oltre 310 MHz).
5. Scopo funzionale.

Lo scopo funzionale di BT è suddiviso nei seguenti tipi:

1. Amplificazione di quelle a bassa frequenza con figura di rumore normalizzata e non normalizzata (NiNNKSh).
2. Amplificazione delle alte frequenze con NiNNKSh.
3. Microonde amplificante con NiNNKSh.
4. Amplificazione potente ad alta tensione.
5. Generatore ad alta e altissima frequenza.
6. Dispositivi di commutazione ad alta tensione a bassa potenza e ad alta potenza.
7. Potente pulsato per valori U elevati.

Inoltre, esistono tali tipi di transistor bipolari:

1. P-n-p.
2. N-p-n.

Esistono 3 circuiti per l'accensione di un transistor bipolare, ognuno dei quali ha i suoi vantaggi e svantaggi:

1. Generale B.
2. Generale E.
3. Il generale K.

Accensione con base comune (OB)

Il circuito è applicato alle alte frequenze, consentendo un uso ottimale della risposta in frequenza. Quando si collega un BT secondo lo schema con OE e quindi con OB, la sua frequenza operativa aumenterà. Questo schema di connessione viene utilizzato negli amplificatori di tipo antenna. Il livello di rumore alle alte frequenze è ridotto.

vantaggi:

1. Temperature ottimali e ampia gamma di frequenze (f).
2. Regno Unito di alto valore.

Screpolatura:

1. Basso guadagno.
2. Ingresso basso R.

Commutazione emettitore comune (CE)

Quando collegato secondo questo schema, l'amplificazione si verifica in U e I. Il circuito può essere alimentato da un'unica fonte. Spesso utilizzato negli amplificatori di potenza (P).

vantaggi:

1. Elevati guadagni per I, U, P.
2. Un alimentatore.
3. La variabile di uscita U è invertita rispetto all'ingresso.

Presenta svantaggi significativi: la stabilità della temperatura più bassa e le caratteristiche di frequenza sono peggiori rispetto a quando è collegato con OB.

Accensione con collettore comune (OK)

L'input U viene completamente ritrasferito all'input e Ki è simile quando è collegato a un OE, ma è basso in U.

Questo tipo di commutazione viene utilizzato per abbinare cascate realizzate su transistor o con una sorgente di segnale in ingresso che ha un'uscita elevata R (microfono a condensatore o pickup). I vantaggi includono quanto segue: un grande valore dell'ingresso e una piccola uscita R.Lo svantaggio è il basso guadagno U.

Principali caratteristiche dei transistor bipolari

Le principali caratteristiche di BT:

1. Io guadagno.
2. Ingresso e uscita R.
3. Reverse Ik-e.
4. Tempo di accensione.
5. Frequenza di trasmissione Ib.
6. Ik inverso.
7. Massimo I valore.

Applicazioni

L'uso dei transistor bipolari è diffuso in tutti i settori dell'attività umana. L'applicazione principale del dispositivo è stata ricevuta in dispositivi per l'amplificazione, la generazione di segnali elettrici e funge anche da elemento commutato. Sono utilizzati in vari amplificatori di potenza, in alimentatori ordinari e switching con la possibilità di regolare i valori di U e I, nella tecnologia informatica.

Inoltre, vengono spesso utilizzati per creare varie protezioni dei consumatori contro sovraccarichi, sovratensioni e cortocircuiti. Sono ampiamente utilizzati nelle industrie minerarie e metallurgiche.

Articoli simili: