Перший транзистор з біполярним переходом був винайдений в 1947 році в лабораторіях Bell. «Дві полярності» скорочено називається біполярним, звідси і назва Біполярний транзистор переходу. BJT - це три кінцеві пристрої з колектором (C), базою (B) та випромінювачем (E). Ідентифікація клем транзистора вимагає схеми контактів певної частини BJT, вона буде доступна в технічному паспорті. Існує два типи BJT - транзистори NPN і PNP. У цьому уроці ми поговоримо про транзистори NPN. Давайте розглянемо два приклади транзисторів NPN - BC547A і PN2222A, показані на зображеннях вище.
Залежно від процесу виготовлення конфігурація штифтів зміниться, а деталі будуть доступні у відповідній таблиці даних. У міру збільшення номінальної потужності транзистора необхідний тепловідвід потрібно прикріплювати до корпусу транзистора. Незаангажований транзистор або транзистор без потенціалу, що застосовується на клемах, подібний до двох діодів, з'єднаних між собою, як показано на малюнку нижче.
Діод D1 має властивість зворотної провідності на основі прямої провідності діода D2. Коли струм протікає через діод D2, діод D1 відчуває струм, і пропорційний струм буде пропускатись у зворотному напрямку від клеми колектора до клеми емітера за умови, що на клемі колектора подається більший потенціал. Пропорційною константою є коефіцієнт посилення (β).
Робота транзисторів NPN:
Як обговорювалося вище, транзистор - це пристрій з керованим струмом, який має два шари виснаження зі специфічним бар'єрним потенціалом, необхідним для дифузії шару виснаження. Бар'єрний потенціал для кремнієвого транзистора становить 0,7 В при 25 ° С і 0,3 В при 25 ° С для германієвого транзистора. Переважно типовим типом транзисторів є кремній, оскільки кремній є найпоширенішим елементом на землі після кисню.
Внутрішня робота:
Конструкція NPN транзистора є те, що колектор і емітера області леговані п-типу матеріалом і базова область, легована невеликим шаром р-типу матеріалу. Область випромінювача сильно легована в порівнянні з областю колектора. Ці три регіони утворюють два стики. Це перехід колектор-база (CB) і перехід база-емітер.
Коли потенційний VBE подається через перехід базового випромінювача, збільшуючись з 0 В, електрони та дірки починають накопичуватися в області виснаження. Коли потенціал збільшується вище 0,7 В, напруга бар'єру досягається і відбувається дифузія. Отже, електрони течуть до позитивного терміналу, а потоки базового струму (IB) протилежні потоку електронів. Крім того, струм від колектора до емітера починає надходити за умови подачі напруги VCE на клему колектора. Транзистор може виконувати роль перемикача та підсилювача.
Регіон експлуатації проти режиму роботи:
1. Активна область, IC = β × IB - робота підсилювача
2. Область насичення, IC = струм насичення - перемикач (повністю увімкнений)
3. Область відсікання, IC = 0 - Перемикач (повністю ВИМК.)
Транзистор як перемикач:
Для пояснення з PSPICE була обрана модель BC547A. Перше, що важливо мати на увазі, використовувати резистор, що обмежує струм, в основі. Вищі базові струми можуть пошкодити BJT. З таблиці даних максимальний струм колектора становить 100 мА і дається відповідний коефіцієнт посилення (hFE або β).
Кроки для вибору компонентів, 1. Знайдіть колектор струму струму споживаного вашим навантаженням струму. У цьому випадку це буде 60 мА (котушка реле або паралельні світлодіоди), а резистор = 200 Ом.
2. Для переведення транзистора в стан насичення повинен подаватися достатній струм бази, щоб транзистор був повністю увімкнений. Розрахунок струму бази та відповідного резистора, який буде використовуватися.
Для повного насичення базовий струм наближається до 0,6 мА (Не надто високий або занадто низький). Таким чином, нижче наведена схема з 0 В до бази, під час якої перемикач вимкнений.
а) PSPICE-моделювання BJT як перемикача, і b) еквівалентний стан перемикача
Теоретично перемикач повністю відкритий, але практично можна спостерігати потік струму витоку. Цей струм незначний, оскільки вони знаходяться в pA або nA. Для кращого розуміння управління струмом транзистор можна розглядати як змінний резистор на колекторі (C) та випромінювачі (E), опір якого змінюється залежно від струму через базу (B).
Спочатку, коли через основу не протікає струм, опір СЕ дуже високий, і через нього не протікає струм. Коли на базовій клеммі подається потенціал 0,7 В і вище, перехід BE дифундує і викликає дифузію переходу CB. Тепер струм перетікає від колектора до емітера на основі коефіцієнта посилення.
а) PSPICE-моделювання BJT як перемикача, і b) еквівалентний стан перемикача
Тепер давайте подивимося, як управляти вихідним струмом, керуючи базовим струмом. Враховуючи IC = 42 мА і дотримуючись тієї ж формули вище, ми отримуємо IB = 0,35 мА; RB = 14,28 кОм ≈ 15 кОм.
а) PSPICE-моделювання BJT як перемикача, і b) еквівалентний стан перемикача
Відхилення практичного значення від розрахункового значення зумовлене падінням напруги на транзисторі та використовуваним резистивним навантаженням.
Транзистор як підсилювач:
Посилення - це перетворення слабкого сигналу в придатну для використання форму. Процес посилення був важливим кроком у багатьох додатках, таких як бездротові передані сигнали, бездротові сигнали, що приймаються, MP3-плеєри, мобільні телефони тощо. Транзистор може посилювати потужність, напругу та струм при різних конфігураціях.
Деякі конфігурації, що використовуються в схемах підсилювача, такі
- Підсилювач загального випромінювача
- Спільний колекторний підсилювач
- Підсилювач загальної бази
З наведених типів загальним типом випромінювачів є популярна і в основному використовувана конфігурація. Операція відбувається в активній області. Прикладом для цього є одноступенева схема підсилювача загального випромінювача. Стабільна точка зміщення постійного струму та стабільний коефіцієнт підсилення змінного струму важливі для проектування підсилювача. Назва однокаскадного підсилювача, коли використовується лише один транзистор.
Вище є однокаскадна схема підсилювача, де слабкий сигнал, поданий на базовій клемі, перетворюється в β, помножений на фактичний сигнал на терміналі колектора.
Призначення частини:
CIN - це конденсатор зв'язку, який з'єднує вхідний сигнал з базою транзистора. Таким чином, цей конденсатор ізолює джерело від транзистора і дозволяє проходити лише змінного сигналу. CE - це байпасний конденсатор, який діє як шлях низького опору для посиленого сигналу. COUT - це з'єднувальний конденсатор, який з'єднує вихідний сигнал з колектора транзистора. Таким чином, цей конденсатор ізолює вихід з транзистора і дозволяє проходити лише змінного сигналу. R2 і RE забезпечують стійкість підсилювача, тоді як R1 і R2 разом забезпечують стабільність в точці зміщення постійного струму, діючи як потенційний дільник.
Операція:
Схема працює миттєво для кожного інтервалу часу. Просто зрозуміти, коли змінна напруга на базовій клемі збільшується відповідно збільшенням струму, що протікає через емітерний резистор. Таким чином, це збільшення струму випромінювача збільшує вищий струм колектора, який протікає через транзистор, що зменшує падіння випромінювача колектора VCE. Подібним чином, коли вхідна змінна напруга експоненціально зменшується, напруга VCE починає зростати через зменшення струму емітера. Всі ці зміни напруг миттєво відображаються на виході, який буде інверсованим сигналом входу, але посиленим.
|
Характеристика |
Загальна база |
Загальний випромінювач |
Спільний колектор |
|
Посилення напруги |
Високий |
Середній |
Низький |
|
Поточний приріст |
Низький |
Середній |
Високий |
|
Приріст потужності |
Низький |
Дуже високо |
Середній |
Таблиця: Таблиця порівняння прибутків
Виходячи з наведеної таблиці, може бути використана відповідна конфігурація.