Биполярные транзисторы

Конструирование Математика

• Главная
/
• Статьи
/
• Конструирование

Биполярные транзисторы, изобретённые в 1948 году, совершили революцию в мире электроники. Технические характеристики, которых можно было добиться только с помощью громоздких, механически хрупких и энергоёмких электронных ламп, стали достижимы при использовании небольших, механически прочных и не требующих большого количества энергии кусочков кристаллического кремния.

Этот переворот создал возможности для разработки и производства недорогих электронных устройств с небольшими габаритами, без которых немыслим современный мир. Понимание принципов работы транзисторов имеет первостепенную важность для любого, кто интересуется современной электроникой.

В данной статье в первую очередь речь пойдёт о возможном практическом применении биполярных транзисторов и принципах его работы. Мы не будем разбирать теорию работы полупроводников и оставим в стороне вопрос «дырок» и «электронов». Здесь будет дана информация об использовании транзисторов, а не анализ составляющих их компонентов. Речь не идёт о преуменьшении важности понимания физики полупроводников, — всё дело в том, что довольно часто чрезмерное внимание на теории удаляет нас от понимания функционирования транзисторов в реальных схемах. Однако, предполагается, что читатель уже имеет некоторый объём знаний о работе полупроводников: знает разницу между полупроводниками n-типа и p-типа, функциональные характеристики p-n (диодного) перехода и значение терминов «обратносмещённый» и «прямосмещённый». Если эти концепции не слишком понятны для вас, то вам следует предварительно ознакомиться с базовыми понятиями твердотельной электроники.

Своей структурой биполярный транзистор напоминает трёхслойный сендвич из примесных полупроводниковых материалов в комбинациях p-n-p или n-p-n (n (negative) — электронный тип примесной проводимости, p (positive) — дырочный). Для каждого слоя, образующего транзистор, существует особое название и на каждом слое имеется вывод для подключения транзистора к схеме. Ниже приведены схематическое условное изображение и внешний вид транзисторов обоих типов.

 

Единственным функциональным различием между транзистором PNP-типа и транзистором NPN-типа является полярность переходов при работе. При каждом данном режиме работы, направления тока и полярности напряжения полностью противоположны для транзисторов PNP- и NPN-типа.

Биполярные транзисторы представляют собой токоуправляемые регуляторы тока. Другими словами, они ограничивают количество проходящего через них тока в соответствии с меньшим управляющим током. В зависимости от типа транзистора основной (управляемый) ток течёт с коллектора на эмиттер, или же с эмиттера на коллектор (PNP или NPN соответственно). И также в зависимости от типа транзистора небольшой (управляющий) ток течёт с базы на эмиттер, или же с эмиттера на базу (PNP или NPN соответственно).

Согласно сбивающим с толку стандартам полупроводниковой электроники, стрелки на схемах всегда направлены в сторону, противоположную реальному направлению потока электронов:

Собственно название биполярных транзисторов объясняется тем, что в биполярном транзисторе, в отличие от обычного, основными носителями являются и электроны, и дырки (от слова «би» — «два»).

Как вы видите, управляющий ток и управляемый ток всегда объединяются на выводе эмиттера, и здесь поток электронов всегда двигается в направлении противоположном стрелке. Отсюда можно вывести первое и наиболее важное правило по использованию транзисторов: для того чтобы транзистор работал как регулятор тока, токи должны двигаться в верных направлениях. Небольшой управляющий ток обычно называют током базы, поскольку он является единственным током, протекающим через базу транзистора. И наоборот, больший управляемый ток называют током коллектора, так как он является единственным током, протекающим через вывод коллектора.

Ток эмиттера является суммой токов базы и коллектора, что соответствует закону токов Кирхгофа.

Если на базе транзистора ток отсутствует, то транзистор будет отключён подобно выключателю, что не позволит току протекать через коллектор. При наличии тока базы транзистор включается (теперь он напоминает замкнутый выключатель) и позволяет протекать через коллектор пропорциональному количеству тока. В первую очередь ток коллектора ограничивается током базы, в независимости от существующего напряжения. Таким образом, биполярные транзисторы могут использоваться в качестве переключающего элемента.

• РЕЗЮМЕ:
• Основными носителями заряда в биполярных транзисторах выступают как электроны, так и дырки.
• Биполярный транзистор состоит из трёх слоёв полупроводниковых материалов с различным типом проводимости. Возможны две структуры слоёв — P-N-P или N-P-N.
• Три вывода биполярного транзистора называются эмиттер, база и коллектор.
• Транзистор работает как регулятор тока, в котором посредством изменения малого тока базы, можно управлять значительно большим током коллектора. Количество тока, протекающего через коллектор определяется в первую очередь током, движущемся между базой и эмиттером.
• Для корректной работы транзистора, управляющий ток (ток базы) и управляемый ток (ток коллектора) должны течь в правильных направлениях. При этом они объединяются на эмиттере и движутся в направлении противоположном стрелке.

Нравится

Твитнуть

Теги Конструирование

Сюжеты Конструирование

Тактические фонари и профессиональная светотехника.

Тактические и профессиональные фонари. В первую очередь, это светотехнические средства, пригодные для применения в экстремальных и сложных условиях, а так же техника, оптимизированная для узкого спектра задач, например подствольные фонари или фонари для дайвинга.

14901 0

Активная распределенная антенная система

Активная распределенная антенная система представляет собой двунаправленный репитер, который усиливает и дублирует выходной сотовый сигнал внутри одного помещения.

Усиленный сигнал дублируется с помощью внутренней антенны. Подобным образом дублируется сотовый сигнал и за пределами здания.

6849 0

Интегратор

Для схемы данного интегратора подойдёт практически любая модель операционного усилителя, но в списке необходимых компонентов указана модель 1458, так как входные токи смещения этого ОУ гораздо выше. Как правило, высокий входной ток смещения считается плохой стороной того или иного операционного усилителя, если он используется в схеме усилителя постоянного тока (и особенно в схеме интегратора!).

8414 0

Комментарии (0)

Вы должны авторизоваться, чтобы оставлять комментарии.

Вход

Режимы работы биполярного транзистора | Основы электроакустики

Режимы работы биполярного транзистора

 

Биполярный транзистор – полупроводниковый элемент с двумя p-n переходами и тремя выводами, который служит для усиления или переключения сигналов. Они бывают p-n-p и n-p-n типа. На рис.7.1, а и б показаны их условные обозначения.

 Рис.7.1. Биполярные  транзисторы  и  их  диодные  эквивалентные   схемы:  а) p-n-p, б) n-p-n транзистор

Транзистор состоит из двух противоположно включенных диодов, которые обладают одним общим p- или n- слоем. Электрод, связанный с ним, называется базой Б. Два других электрода называются эмиттером Э и коллектором К. Диодная эквивалентная схема, приведенная рядом с условным обозначением, поясняет структуру включения переходов транзистора. Хотя эта схема не характеризует полностью функции транзистора, она дает возможность представить действующие в нем обратные и прямые напряжения. Обычно переход эмиттер – база смещен в прямом направлении (открыт), а переход база – коллектор – в обратном (заперт). Поэтому источники напряжения должны быть включены, как показано на рис.7.2.

Рис.7.2. Полярность включения: а) n-p-n, б) p-n-p транзистора 

Транзисторы n-p-n типа подчиняются следующим правилам (для транзисторов p-n-p типа правила сохраняются, но следует учесть, что полярности напряжений должны быть изменены на противоположные):

1.  Коллектор имеет более положительный потенциал, чем эмиттер.

2. Цепи база-эмиттер и база-коллектор работают как диоды (рис.7.1). Обычно переход база-эмиттер открыт, а переход база-коллектор смещен в обратном направлении, т.е. приложенное напряжение препятствует протеканию тока через него. Из этого правила следует, что напряжение между базой и эмиттером нельзя увеличивать неограниченно, так как потенциал базы будет превышать потенциал эмиттера более чем на 0,6 – 0,8 В (прямое напряжение диода), при этом возникает очень большой ток. Следовательно, в работающем транзисторе напряжение на базе и эмиттере связаны следующим соотношением: UБ ≈ UЭ+0,6В; (UБ = UЭ + UБЭ).   

3. Каждый транзистор характеризуется максимальными значениями IК, IБ, UКЭ. В случае превышения этих параметров необходимо использовать еще один транзистор. Следует помнить и о предельных значениях других параметров, например рассеиваемой мощности РК, температуры, UБЭ и др.

4. Если правила 1-3 соблюдены, то ток коллектора прямо пропорционален току базы. Соотношение токов коллектора и эмиттера приблизительно равно 

IК = αIЭ,    где α=0,95…0,99 – коэффициент передачи тока эмиттера. Разность между эмиттерным и коллекторным токами в соответствии с первым законом Кирхгофа (и как видно из рис. 7.2, а) представляет собой базовый ток IБ = IЭ – IК.    Ток коллектора зависит от тока базы в соответствии с выражением: IК = βIБ,   где β=α/(1-α) – коэффициент передачи тока базы, β >>1.

Правило 4 определяет основное свойство транзистора: небольшой ток базы управляет большим током коллектора.

Режимы работы транзистора. Каждый переход биполярного транзистора можно включить либо в прямом, либо в обратном направлении. В зависимости от этого различают следующие четыре режима работы транзистора.

Усилительный или активный режим – на эмиттерный переход подано прямое напряжение, а на коллекторный – обратное. Именно этот режим работы транзистора соответствует максимальному значению коэффициента передачи тока эмиттера. Ток коллектора пропорционален току базы, обеспечиваются минимальные искажения усиливаемого сигнала.

Инверсный режим – к коллекторному переходу подведено прямое напряжение, а к эмиттерному – обратное. Инверсный режим приводит к значительному уменьшению коэффициента передачи тока базы транзистора по сравнению с работой транзистора в активном режиме и поэтому на практике используется только в ключевых схемах.

Режим насыщения – оба перехода (эмиттерный и коллекторный) находятся под прямым напряжением. Выходной ток в этом случае не зависит от входного и определяется только параметрами нагрузки. Из-за малого напряжения между выводами коллектора и эмиттера режим насыщения используется для замыкания цепей передачи сигнала.

Режим отсечки – к обоим переходам подведены обратные напряжения. Так как выходной ток транзистора в режиме отсечки практически равен нулю, этот режим используется для размыкания цепей передачи сигналов.

Основным режимом работы биполярных транзисторов в аналоговых устройствах является активный режим. В цифровых схемах транзистор работает в ключевом режиме, т.е. он находится только в режиме отсечки или насыщения, минуя активный режим.

 

 

Определение, конструкция, типы, функции, применение и часто задаваемые вопросы

У. Шокли, Дж. Барден и У. Браттейн изобрели транзистор в 1947 году. Термин «транзистор» происходит от слов «передача» и «резистор». Эти слова описывают работу BJT, которая представляет собой передачу входного сигнала из цепи с низким сопротивлением в цепь с высоким сопротивлением. В этой статье давайте узнаем больше о транзисторе с биполярным переходом.

Содержание: Что такое транзистор с биполярным переходом (BJT)? Обозначение биполярного транзистора Конструкция биполярного переходного транзистора Работа биполярного переходного транзистора Типы биполярных транзисторов ПНП БДЖТ НПН БДЖТ Функция биполярного переходного транзистора Напряжение, контроль заряда и ток Конфигурация биполярных транзисторов Применение BJT Часто задаваемые вопросы – Часто задаваемые вопросы

Что такое транзистор с биполярным переходом (BJT)?

Транзистор с биполярным переходом представляет собой полупроводниковый прибор с тремя выводами, состоящий из двух p-n переходов, способных усиливать или усиливать сигнал. Это токоуправляемое устройство. Три вывода биполярного транзистора — это база, коллектор и эмиттер. Сигнал малой амплитуды, поданный на базу, в усиленном виде имеется на коллекторе транзистора. Это усиление, обеспечиваемое BJT. Обратите внимание, что для выполнения процесса усиления требуется внешний источник питания постоянного тока.

Транзистор с биполярным переходом Обозначение

Конструкция транзистора с биполярным переходом

BJT представляет собой полупроводниковое устройство, состоящее из 3 легированных полупроводниковых областей, т. е. базы, коллектора и эмиттера, разделенных 2 p-n переходами.

Биполярные транзисторы производятся двух типов, PNP и NPN , и доступны в виде отдельных компонентов, обычно в больших количествах. Основное использование или функция этого типа транзистора заключается в усилении тока. Это делает их полезными в качестве переключателей или усилителей. Они широко применяются в электронных устройствах, таких как мобильные телефоны, телевизоры, радиопередатчики и промышленный контроль.

Работа биполярного транзистора

Существует три рабочих области биполярного транзистора:

• Активная область: область, в которой транзисторы работают как усилитель.
• Область насыщения: область, в которой транзистор полностью открыт и работает как переключатель, так что ток коллектора равен току насыщения.
• Область отсечки: Область, в которой транзистор полностью закрыт, а ток коллектора равен нулю.

Типы биполярных транзисторов

Существует два типа биполярных транзисторов:

• Биполярный транзистор PNP
• Биполярный переходной транзистор NPN

PNP BJT

В PNP BJT полупроводник n-типа расположен между двумя полупроводниками p-типа. Два полупроводника p-типа действуют как эмиттер и коллектор соответственно, а полупроводник n-типа действует как база. Это показано на рисунке ниже.

Ток поступает в транзистор через эмиттер, так что переход эмиттер-база смещен в прямом направлении, а переход коллектор-база смещен в обратном направлении.

NPN BJT

В NPN BJT полупроводник p-типа зажат между двумя полупроводниками n-типа. Два полупроводника n-типа действуют как эмиттер и коллектор соответственно, а полупроводник p-типа действует как база. Это показано на рисунке ниже.

Ток, поступающий на эмиттер, базу и коллектор, имеет положительный знак, а ток, выходящий из транзистора, имеет отрицательный знак.

Функция биполярного переходного транзистора

Биполярные транзисторы бывают двух типов, а именно NPN и PNP на основе на типах легирования трех основных выводов. NPN-транзистор состоит из двух полупроводниковых переходов с тонкой анодной областью, легированной p, а PNP-транзистор также состоит из двух полупроводниковых переходов с тонкой катодной областью, легированной n.

Поток заряда в биполярном транзисторе происходит из-за диффузии носителей заряда между двумя областями, принадлежащими разным концентрациям заряда. Области BJT известны как база, коллектор и эмиттер.

Область эмиттера сильно легирована по сравнению с другими слоями. И коллекторный, и базовый слои имеют одинаковую концентрацию носителей заряда. Среди этих переходов переход база-эмиттер смещен в прямом направлении, а переход база-коллектор смещен в обратном направлении. Прямое смещение означает, что область, легированная p, имеет больший потенциал, чем сторона, легированная n.

Рекомендуемое чтение

 

• Переходной транзистор
• Типы транзисторов
• Использование транзистора

Напряжение, контроль заряда и ток

Ток база-эмиттер регулируется током коллектор-эмиттер. Этот вывод сделан на основании зависимости тока от напряжения перехода база-эмиттер. Коллекторный ток имеет базовую область, где сосредоточены неосновные носители. Модели транзисторов
, такие как модель Glenn Poon , отвечают за распределение заряда, что объясняет поведение транзистора.

Конфигурация транзисторов с биполярным переходом

Поскольку биполярный транзистор представляет собой трехконтактное устройство, существует три способа его подключения к электрической цепи, при этом одна клемма является одинаковой как для выхода, так и для входа. Каждый метод подключения по-разному реагирует на входные сигналы в цепи.

• Конфигурация с общим эмиттером – имеет коэффициент усиления по напряжению и току
• Конфигурация с общим коллектором – без усиления по напряжению, но с усилением по току
• Конфигурация с общей базой – без усиления по току, но с усилением по напряжению

Характеристики различных конфигураций транзисторов приведены в следующей таблице:

Характеристики	Общая база	Общий эмиттер	Общий коллектор
Усиление мощности	низкий	Очень высокий	средний
Коэффициент усиления по току	низкий	средний	высокая
Коэффициент усиления по напряжению	Высокий	Средний	низкий
Фазовый угол	0	180	0
Выходное сопротивление	Очень высокий	высокий	низкий
Входное сопротивление	Низкий	средний	высокий

Применение BJT

Мы знаем, что биполярный транзистор используется в качестве переключателя, усилителя, фильтра и даже генератора. Ниже приведен список других применений биполярного транзистора:

• BJT используется в качестве детектора или также известен как демодулятор.
• BJT находит применение в цепях ограничения, так что волны могут быть сформированы.
• В логических схемах и коммутационных схемах используется BJT.

Часто задаваемые вопросы – Часто задаваемые вопросы

Кто изобрел BJT?

BJT был изобретен У. Х. Браттином, Бардином и Уильямом Шокли.

В каких регионах работает BJT?

Регионы деятельности BJT:

• Вперед активная или активная область
• Обратная активная или инвертированная область
• Насыщенность
• Отсечка

Каковы приложения BJT?

Ниже приведены области применения биполярного транзистора:

• Используется в качестве усилителя
• Используется как осциллятор
• Используется как демодулятор

Что произойдет, если транзистор смещен неправильно?

Ниже приведен список последствий неправильного смещения транзистора:

• Эффективность работы транзистора снижается
• Будет искажение выходного сигнала
• Рабочая точка может сместиться
• Параметры транзистора изменятся

Почему существует максимальное ограничение напряжения питания коллектора для транзистора?

Существует максимальное ограничение напряжения питания коллектора для транзистора, поскольку при быстром увеличении тока коллектора существует вероятность повреждения транзистора. Во избежание этого напряжение в коллекторе должно иметь максимальное ограничение.

Интегральная схема | Типы, использование и функции

интегральная схема

Посмотреть все медиа

Ключевые люди:

Роберт Нойс Джек Килби Моррис Чанг Роберт Х. Деннард

Похожие темы:

микропроцессор звуковая карта компьютерный чип видеокарта многокристальная интегральная схема

Просмотреть весь связанный контент →

Резюме

Прочтите краткий обзор этой темы

интегральная схема (ИС) , также называемая микроэлектронной схемой , микрочипом или микросхемой , сборка электронных компонентов, изготовленная как единое целое, в которой миниатюрные активные устройства (например, транзисторы и диоды) и пассивные устройства (например, конденсаторы и резисторы) и их соединения построены на тонкой подложке из полупроводникового материала (обычно кремния). Таким образом, результирующая схема представляет собой небольшой монолитный «чип», размер которого может составлять всего несколько квадратных сантиметров или всего несколько квадратных миллиметров. Отдельные компоненты схемы обычно имеют микроскопические размеры.

Интегральные схемы появились благодаря изобретению транзистора в 1947 году Уильямом Б. Шокли и его командой в Bell Laboratories Американской телефонной и телеграфной компании. Команда Шокли (включая Джона Бардина и Уолтера Х. Браттейна) обнаружила, что при определенных обстоятельствах электроны образуют барьер на поверхности некоторых кристаллов, и они научились контролировать поток электричества через кристалл, манипулируя этим барьером. Управление потоком электронов через кристалл позволило команде создать устройство, которое могло бы выполнять определенные электрические операции, такие как усиление сигнала, которые ранее выполнялись электронными лампами. Они назвали это устройство транзистором, от сочетания слов 9Передача 0128 и резистор . Изучение методов создания электронных устройств с использованием твердых материалов стало называться твердотельной электроникой. Твердотельные устройства оказались намного прочнее, с ними проще работать, они надежнее, меньше и дешевле, чем электронные лампы. Используя те же принципы и материалы, инженеры вскоре научились создавать другие электрические компоненты, такие как резисторы и конденсаторы. Теперь, когда электрические устройства можно было сделать такими маленькими, самой большой частью схемы была неудобная проводка между устройствами.

Знать, как работает ICL 2966, мейнфрейм с интегральной схемой

Просмотреть все видео к этой статье

В 1958 году Джек Килби из Texas Instruments, Inc. и Роберт Нойс из Fairchild Semiconductor Corporation независимо друг от друга придумали способ еще больше уменьшить размер схемы . Они укладывали очень тонкие дорожки из металла (обычно алюминия или меди) прямо на тот же кусок материала, что и их устройства. Эти маленькие дорожки действовали как провода. С помощью этого метода вся схема может быть «интегрирована» в единый кусок твердого материала и таким образом создана интегральная схема (ИС). ИС могут содержать сотни тысяч отдельных транзисторов на одном куске материала размером с горошину. Работать с таким количеством электронных ламп было бы нереально неудобно и дорого. Изобретение интегральной схемы сделало возможными технологии информационного века. В настоящее время интегральные схемы широко используются во всех сферах жизни: от автомобилей до тостеров и аттракционов в парках развлечений.

Базовые типы ИС

Аналоговые или линейные схемы обычно используют только несколько компонентов и, таким образом, являются одними из самых простых типов ИС. Как правило, аналоговые схемы подключаются к устройствам, которые собирают сигналы из окружающей среды или отправляют сигналы обратно в окружающую среду. Например, микрофон преобразует изменчивые звуки голоса в электрический сигнал переменного напряжения. Затем аналоговая схема модифицирует сигнал каким-либо полезным образом, например, усиливая его или фильтруя нежелательные шумы. Затем такой сигнал можно было бы подать обратно в громкоговоритель, который воспроизвел бы тоны, первоначально улавливаемые микрофоном. Другим типичным применением аналоговой схемы является управление некоторым устройством в ответ на постоянные изменения в окружающей среде. Например, датчик температуры посылает переменный сигнал на термостат, который можно запрограммировать на включение и выключение кондиционера, обогревателя или духовки, как только сигнал достигнет определенного значения.

Викторина «Британника»

Компьютеры и операционные системы

Цифровая схема, с другой стороны, рассчитана на прием только напряжений определенных заданных значений. Схема, которая использует только два состояния, известна как двоичная схема. Схема с двоичными величинами, «включено» и «выключено», представляющими 1 и 0 (т. е. истинное и ложное), использует логику булевой алгебры. (Арифметика также выполняется в двоичной системе счисления с использованием булевой алгебры.