Особенности работы транзистора в импульсном режиме
3.8 особенности работы транзистора в импульсном режиме
3.8.1 Работа транзистора в режиме усиления импульсов малой амплитуды
Если транзистор работает в режиме усиления импульсных сигналов малой амплитуды, то такой режим работы в принципе не отличается от линейного усиления малых синусоидальных сигналов. Импульс в этом случае может быть представлен в виде суммы ряда гармонических составляющих. Зная частотные свойства транзистора, можно определить искажения формы импульсов, возникающие при усилении.
Схема импульсного усилителя не отличается от схемы усилителя гармонических сигналов (рисунок 3.13).
3.8.2 Работа транзистора в режиме переключения
Биполярный транзистор широко используется в электронных устройствах в качестве ключа — функцией которого является замыкание и размыкание электрической цепи. Имея малое сопротивление во включенном состоянии и большое — в выключенном, биполярный транзистор достаточно полно удовлетворяет требованиям, предъявляемым к ключевым элементам.
Схема транзисторного ключа показана на рисунке 3.15. Во входной цепи действуют источник смещения ЕБЭ, создающий обратное напряжение на эмиттерном переходе, источник управляющих импульсов прямого напряжения UВХ и ограничительный резистор RБ. Обычно RБ>>Н11Э. В выходной цепи включены сопротивление нагрузки RК и источник питания ЕКЭ.
Рисунок 3.15 Схема импульсного усилителя.
Когда нет импульса на входе, транзистор находится в режиме отсечки и ток коллектора практически отсутствует IК »IКБ0 (точка А на выходных характеристиках (рисунок 3.16,б). Напряжение на выходе транзистора uКЭ= ЕКЭ-IК× RК » ЕКЭ.
При подаче на вход транзистора импульсов прямого тока
iБ=(UВХ— EБЭ)/RБ=IБ НАС, транзистор открывается, рабочая точка перемещается в точку Б (режим насыщения) и напряжение на коллекторе падает до значения uКЭ= ЕКЭ-IК НАС× RК=UКЭ ОСТ. При дальнейшем увеличении тока базы ток коллектора не увеличивается (рисунок 3.16,а).и напряжение на коллекторе не изменяется (рисунок 3.16,б).
3.8.3 Переходные процессы при переключении транзистора
При практическом использовании транзистора большое значение имеет скорость переключения, обуславливающая быстродействие аппаратуры. Скорость переключения определяется процессами накопления и рассасывания неравновесного заряда в базе и коллекторе транзистора, эмиттерном и коллекторном переходах.
В эмиттерном и коллекторном переходах находятся нескомпенсированные заряды неподвижных ионизированных атомов примеси- доноров и акцепторов; неравновесный заряд отсечки в базе можно считать равным нулю.
При переходе к режиму насыщения эмиттерный переход открывается, толщина перехода и его нескомпенсированный заряд уменьшаются, происходит как бы разряд ёмкости эмиттерного перехода. Вследствие понижения напряжения на коллекторе, уменьшается его толщина и заряд в нем, т. е. происходит разряд ёмкости коллекторного перехода, открывается коллекторный переход и в области базы за счет инжекции электронов из эмиттерного и коллекторного переходах накапливается большой неравновесный заряд насыщения. В транзисторах, имеющих высокоомный коллектор носители заряда инжектируют и в область коллектора, где так же накапливается неравновесный заряд.
Графики напряжений и токов транзистора при переключении даны на рисунке 3.17. На базу транзистора подается прямоугольный импульс напряжения UВХ-EБЭ (рисунок 3.17,а).
График входного тока показан на рисунке 3.17,б. Величина импульса прямого тока базы IБ ПР определяется в основном сопротивлением ограничительного резистора RБ.
После переключения эмиттерного перехода на обратное направление ток перехода, как и в диоде, имеет первоначально большую величину, ограниченную лишь сопротивлением RБ: IБ ОБР= EБ/ RБ, так как сопротивление эмиттерного перехода в первый момент после переключения очень мало вследствие насыщения базы неравновесными носителями заряда (рисунок 3. 17,г).
При прямоугольной форме импульса входного тока импульс выходного тока iК (рисунок 3.17,в) появляется с задержкой tЗ, которая определяется главным образом скоростью нарастания напряжения эмиттерного перехода, зависящей от величин ёмкости перехода и прямого тока базы, т.е. скоростью разряда эмиттерного перехода.
После того как транзистор перейдет из режима отсечки в активный режим, коллекторный ток начинает постепенно нарастать, достигая установившегося значения а время tн. Это время определяется скоростью накопления неравновесного заряда в базе и скоростью разряда емкости коллектора. Таким образом, полное время включения транзистора состоит из времени задержки и времени нарастания:
.
4.2. Собственное радиоизлучение планет и комет — лекция, которая пользуется популярностью у тех, кто читал эту лекцию.
Рисунок 3.17 Переходные процессы при переключении БТ.
Практически оно может иметь величину от нескольких наносекунд до нескольких микросекунд в зависимости от параметров транзистора.
После подачи в цепь базы запирающего тока IБ ОБР=EБЭ/RБ выходной коллекторный ток прекращается не сразу. На протяжении некоторого времени рассасывания tpон практически сохраняет свою величину, так как концентрация носителей заряда в базе у коллекторного перехода еще остается выше равновесной и коллекторный переход благодаря этому оказывается открытым.
Лишь после того как неравновесный заряд у коллекторного перехода рассосется за счет ухода электронов из базы и рекомбинации, ток коллектора начинает постепенно спадать, достигая время спада tС установившегося значения IKЭ0. В течении этого времени продолжается рассасывание неравновесного заряда базы и происходит перезаряд емкости коллекторного перехода. Заметим, что эмиттерный переход при этом может закрыться раньше или позже коллекторного в зависимости от скорости рассасывания неравновесного заряда, сосредоточенного поблизости от него.
Процесс накопления и рассасывания неравновесного заряда qБ при переключении транзистора поясняется на рисунке 3.17,г. Накопление неравновесного заряда в базе начинается спустя время задержки tз, и заряд за время нарастания tн достигает установившегося значения qБ=Qакт. Далее вследствие падения коллекторного напряжения до величины UКЭ ОСТ< UБЭ коллекторный переход открывается и начинает инжектировать неравновесные носители заряда в базу. Заряд базы снова возрастает, достигая к концу входного импульса значения qБ=Qнас. После переключения напряжения эмиттерного перехода на обратное происходит рассасывание неравновесного заряда базы, за время tР+tС он достигает нулевого значения.
Транзистор. Работа транзистора — презентация онлайн
Похожие презентации:
3D печать и 3D принтер
Видеокарта. Виды видеокарт
Анализ компании Apple
Трансформаторы тока и напряжения
Транзисторы
Устройство стиральной машины LG. Электрика
Конструкции распределительных устройств. (Лекция 15)
Электробезопасность. Правила технической эксплуатации электроустановок
Магнитные пускатели и контакторы
Работа на радиостанциях КВ и УКВ диапазонов. Антенны военных радиостанций. (Тема 5.1)
1. ТРАНЗИСТОР
Борисов Кирилл,учащийся 8 класса
Руководитель: Чечеткин А.К. преподаватель
ЦДОД «Спутник р.п. Линёво»
2. Радиотехнические схемы состоят из большого количества компонентов. Это и конденсаторы, и резисторы, индуктивности и диоды. И самым важным
Радиотехнические схемы состоят из большогоколичества компонентов. Это и конденсаторы, и
резисторы, индуктивности и диоды. И самым важным
элементом всех схем является транзистор.
• Цель проекта – сконструировать и изготовить
схему, объясняющую использование основных
свойств транзистора.
3. Прообразом полупроводникового элемента транзистора являлась электровакуумная лампа. Принципы работы схожи.
• Электронная лампа, радиолампа —электровакуумный прибор, работающий за счёт
управления интенсивностью потока электронов,
движущихся в вакууме или разрежённом газе
между электродами.
• Первая лампа была разработана и запатентована в 1905
году Джоном Флемингом на основе опытов Эдисона.
В 1906 году американский инженер Ли де Форест ввёл в
лампу третий электрод — управляющую сетку (и, таким
образом, создал триод).
5. Подавая напряжение на анод относительно катода получаем движение электронов в лампе и в цепи начинает течь ток.
Изменяя напряжение на сетке мы управляем потоком электронов,соответственно электрическим током в цепи.
6. Транзистор — основа любого электронного устройства.
• Работы по созданию твердотельного аналогавакуумного триода шли много лет. Теорию p-n
— перехода и плоскостного транзистора создал
в 1948—1950 годах Уильям Шокли.
Современные транзисторы на основе p-n
перехода был выпущен в 1954г фирмой Texas
Instruments.
• Если в вакуумной лампе носителем заряда
являются электроны, то в полупроводниковых
приборах перенос заряда осуществляется
электронами и дырками.
• Полупроводниковые приборы изготавливаются
из германия, кремния.
8. Полупроводниковый диод
Область насыщенная дыркам pОбласть насыщенная электронами n
При прикладывании напряжения к полупроводниковому прибору мы получаем
движение электрически заряженных частиц, то есть электрический ток.
9. Транзисторы могут быть двух видов
Главным различием между ними считается то, что дырки являютсяосновными носителями тока для транзисторов PNP, NPN — транзисторы
имеют в этом качестве электроны.
10. У транзистора три вывода (триод): коллектор (анод), эмиттер (катод) и база (сетка).
Стрелка на схематичном изображении транзистора обозначает направлениетока.
11. Работа транзистора. Схема включения транзистора
Как и в электровакуумной лампе при подаче небольшого напряжения насетку в цепи анода получаем усиленный сигнал, так и в транзисторной
схеме при подаче напряжения более 0,7 вольта на базу в цепи коллектора
получаем аналогичный усиленный сигнал.
12. Применение в схемах.
Транзистор применяется в:• Усилительных схемах.
Сигнал от микрофона усиливается транзистором на динамик.
13. Транзистор применяется в: Электронных ключах
Пример – охранное устройство.Транзистор работает в ключевом режиме, т.е. при появлении сигнала на
базе транзистор открывается и на выходе появляется сигнал, а при
уменьшении сигнала менее 0,7 вольт полностью запирается.
При обрыве шлейфа на базе транзистора появляется
напряжение, он открывается и срабатывает реле, контакты
которого включают световую и звуковую сигнализацию.
14. Макет.
Работа схемы:1. изменяя напряжение на базе транзистора мы видим изменение
яркости свечения лампы, т.е. используем эффект усиления.
2. закоротив базу с эмиттером шлейфом мы видим отсутствие
свечения лампы ( нет напряжения > 0.7 в). При разрыве
шлейфа (охранной проволоки) мы видим загорание лампы
(срабатывания сигнализации).
Это происходит при открывании транзистора вследствии
появления напряжения на базе.
15. Заключение.
• Цель проекта достигнута. Мы рассмотрелипринципы работы полупроводникового
прибора – транзистора и на его основе собрали
действующий макет охранного устройства.
• Транзистор является основой основ всех
электронных устройств. Микросхемы,
процессоры в вычислительных машинах
содержат тысячи и миллионы транзисторов.
приблизимся к пониманию работы всей
электронной техники.
English Русский Правила
Основные операции | Транзисторы 101
Сохранить Подписаться
Пожалуйста, войдите, чтобы подписаться на это руководство.
После входа в систему вы будете перенаправлены обратно к этому руководству и сможете подписаться на него.
Основная идея работы транзистора заключается в том, что небольшой ток, протекающий между базой и эмиттером, вызывает больший ток между коллектором и эмиттером.
Из руководства Саймона Монка по Arduino/двигателю: https://learn.
Транзистор по своей сути является усилителем. На самом деле первоначальные испытания первого транзистора включали в себя подключение динамика к его выходу и прослушивание того, что он громче, чем вход. В основе каждой современной звуковой схемы лежат транзисторы, усиливающие сигналы.
Транзистор будет действовать линейно, если ток база-эмиттер находится в заданном диапазоне (в зависимости от модели транзистора). Это означает, что ток коллектор-эмиттер будет несколько кратен току база-эмиттер. Этот множитель называется коэффициентом усиления транзистора. Например, усиление 2Н3904 (очень распространенный небольшой транзистор) обычно составляет около 100. Коэффициент усиления может варьироваться между отдельными частями даже одного и того же номера детали. Кроме того, точное значение коэффициента усиления зависит от тока коллектор-эмиттер. В результате значение выигрыша не так важно. Главное, что он есть, и часто на пару порядков, особенно при достаточно больших токах коллектор-эмиттер.
Еще одна приятная особенность транзисторов заключается в том, что их можно подключить к отсечка и насыщенность . Когда это происходит, они перестают действовать линейно и действуют нелинейно: в отсечке они действуют как открытый переключатель, а при насыщении они действуют как закрытый переключатель. Такое поведение при переключении невероятно полезно и является основой цифровой электроники.
Использование транзистора в качестве переключателя имеет некоторые преимущества;
- Схема, которая может обеспечить только небольшой ток (например, от контакта GPIO), может управлять гораздо большим током (например, двигателем).
- Состояние переключения происходит очень быстро (у 2N3904 это занимает не более 50 нс — около 5 стотысячных миллисекунды). Это деталь общего назначения; некоторые намного быстрее.
- Из-за вышеизложенного транзисторы могут включаться и выключаться на очень высокой частоте… достаточно высокой, чтобы обеспечить скорость современных компьютеров.
- Транзисторным переключателем можно управлять с помощью сигнала с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ), чего не может сделать механический переключатель.
- Транзисторы не подпрыгивают, как механические переключатели.
- Один управляющий сигнал может управлять несколькими цепями, поскольку для каждой требуется лишь небольшой ток.
Обзор НПН и ПНП: Что?!
Это руководство было впервые опубликовано 12 сентября 2018 года. обновлено 12 сентября 2018 г.
Эта страница (Основные операции) последний раз обновлялась 20 августа 2018 г.
Текстовый редактор на базе tinymce.
ВАШЕ ИМЯ
ВАША ЭЛЕКТРОННАЯ ПОЧТА
Работа импульсного транзистора позволяет миниатюризировать электрохимические датчики на основе аптамеров
. 2022 Ноябрь 18;8(46):eadd4111.
doi: 10.1126/sciadv.add4111. Epub 2022 16 ноября.
София Л. Бидингер 1 , Скотт Т. Кин 1 2
Принадлежности
- 1 Отдел электротехники, инженерный факультет Кембриджского университета, 9 JJ Thomson Ave., Cambridge CB3 0FA, UK.
- 2 Факультет физики Кембриджского университета, Кембридж CB3 0FA, Великобритания.
- 3 Факультет химии и биохимии и программа биологической инженерии Калифорнийского университета в Санта-Барбаре, Санта-Барбара, Калифорния 93106, США.
- PMID: 36383656
- PMCID: PMC9668304
- DOI: 10.1126/sciadv.add4111
Бесплатная статья ЧВК
София Л. Бидингер и др. Научная реклама .
Бесплатная статья ЧВК
. 2022 Ноябрь 18;8(46):eadd4111.
doi: 10.1126/sciadv.add4111. Epub 2022 16 ноября.
Авторы
София Л. Бидингер 1 , Скотт Т. Кин 1 2 , Санггил Хан 1 , Кевин В Пласко 3 , Джордж Дж. Маллиарас 1 , Тауфик Хасан 1
Принадлежности
- 1 Подразделение электротехники, инженерный факультет Кембриджского университета, 9 JJ Thomson Ave., Cambridge CB3 0FA, UK.
- 2 Факультет физики Кембриджского университета, Кембридж CB3 0FA, Великобритания.
- 3 Факультет химии и биохимии и программы биологической инженерии Калифорнийского университета в Санта-Барбаре, Санта-Барбара, Калифорния 93106, США.
- PMID: 36383656
PMCID: PMC9668304- DOI: 10.1126/sciadv.add4111
Абстрактный
Одновременно преобразовывая и усиливая, транзисторы имеют преимущества перед более простыми преобразователями на основе электродов в электрохимических биосенсорах. Однако в биосенсорах на основе транзисторов обычно используются статические (т. е. постоянные) режимы работы, которые плохо подходят для сенсорных архитектур, основанных на модуляции кинетики переноса заряда для сигнала о связывании аналита. Исходя из этого, здесь мы переводим подход «импульсного потенциала» переменного тока, обычно используемый с датчиками на основе электрохимических аптамеров (EAB), в органический электрохимический транзистор (OECT).
Цифры
Рис. 1.. Поддержка профилей потенциала затвора прямоугольной формы…
Рис. 1. Профили прямоугольных потенциалов затвора поддерживают обнаружение OECT на основе аптамеров с высоким коэффициентом усиления.
( А ) Схема…
Рис. 1. Профили прямоугольных потенциалов затвора поддерживают обнаружение OECT на основе аптамеров с высоким коэффициентом усиления.( A ) Схема OECT на основе аптамера, которая включает аптамеры, модифицированные метиленовым синим, иммобилизованные на электроде затвора. Этот функциональный планарный золотой затвор и канал PEDOT:PSS спроектированы так, чтобы соответствовать емкости, допускающей падение напряжения как на стороне канала, так и на стороне затвора. ( B ) Импульсная прямоугольная волна, наложенная на развертку напряжения, вводится как V G , что дает ( C ) I G ток затухает в результате окисления метиленового синего. ( D ) Полученное I D пропорционально интегрированному I G . ( E ) Измерение разницы между каждым прямым и обратным импульсным током дает отчетливый окислительно-восстановительный пик метиленового синего. При добавлении мишени скорость переноса заряда увеличивается, давая больший интегральный ток и приводя к более высокому пику окислительно-восстановительного потенциала Δ I D .
Рис. 2. Характеристика датчиков AB-OECT.
(…
Рис. 2. Характеристика датчиков AB-OECT.
( A ) Поведение датчика AB-OECT, показывающее г м…
Рис. 2. Характеристика датчиков AB-OECT.( A ) Поведение датчика AB-OECT, показывающее г м рост высоты пика с концентрацией с использованием прямоугольной операции OECT. Кривые переноса постоянного тока не реагируют на изменения концентрации аналита. ( B ) Усиление сигнала при добавлении 1 мМ тобрамицина по сравнению с частотой достигает насыщения примерно при 70 Гц. ( C ) Изменение пикового сигнала при 10 циклах выброса и промывки указывает на хорошую обратимость. ( D ) При использовании затвора и рабочих электродов одинакового размера (площадь = 0,79 мм 2 ) калибровочные кривые, полученные с использованием тока OECT, значительно усиливаются по сравнению с кривыми, полученными с использованием трехэлектродного SWV. Например, при насыщенных целевых концентрациях сигнал OECT усиливается почти в 200 раз по сравнению с током, наблюдаемым при опросе идентичного устройства с использованием стандартной трехэлектродной конфигурации. Столбики погрешностей соответствуют SD от дублирующих устройств ( Н = 3). Все данные на этом рисунке были измерены в 1× PBS при температуре окружающей среды. В измерениях OECT использовалось В D = -200 мВ.
Рис. 3. Датчики AB-OECT подходят для…
Рис. 3. Сенсоры AB-OECT подходят для амплификации in vivo.
( A ) Пики сигнала…
Рис. 3. Сенсоры AB-OECT подходят для амплификации in vivo.( A ) Пики сигнала и характеристики обратимого детектирования сохраняются в цельной крови ( V D = -300 мВ). ( B ) При масштабировании устройств для миниатюризации сигнал OECT сохраняется, в то время как электродный ток уменьшается линейно с площадью. Площадь устройства соответствует площадям рабочего электрода и электрода затвора, а используемые измерения OECT 90 186 В D = -200 мВ и были выполнены в PBS. Столбики погрешностей соответствуют стандартному отклонению от устройств-реплиц ( N = 3 для каждой из трех наименьших областей и N = 1 для наибольшей площади).
См. это изображение и информацию об авторских правах в PMC
Похожие статьи
Функционализированные органические тонкопленочные транзисторы для биодатчиков.
Ван Н, Ян А, Фу Ю, Ли Ю, Ян Ф. Ван Н и др. Acc Chem Res. 2019 19 февраля; 52 (2): 277-287. doi: 10.1021/acs.accounts.8b00448. Epub 2019 8 января. Acc Chem Res. 2019. PMID: 30620566 Обзор.
Нанопористое золото для миниатюризации электрохимических сенсоров на основе аптамеров in vivo.
Даунс А.М., Герсон Дж., Хоссейн М.Н., Плоенсе К., Фам М., Краатц Х.Б., Киппин Т., Пласко К.В. Даунс А.М. и др. ACS Sens. 2021 июнь 25; 6 (6): 2299-2306. doi: 10.1021/acssensors.1c00354. Epub 2021 26 мая. АКС Сенсор 2021. PMID: 34038076
Биологические применения органических электрохимических транзисторов: электрохимические биосенсоры и электрофизиологическая регистрация.
Бай Л., Элосеги К.Г., Ли В., Ю П., Фей Дж., Мао Л. Бай Л. и др. Фронт хим. 2019 7 мая; 7:313. doi: 10.3389/fchem.2019.00313. Электронная коллекция 2019. Фронт хим. 2019. PMID: 31134185 Бесплатная статья ЧВК. Обзор.
Сверхбыстрое обнаружение белков, управляемое конвекцией, с помощью органических электрохимических транзисторов, функционализированных нанотелами.
Коклю А., Вустони С., Гуо К., Сильва Р., Сальвиньи Л., Хама А., Диас-Галисия Э., Мозер М., Маркс А., Маккаллох И., Грюнберг Р., Арольд С.Т., Инал С. Коклю А. и др. Adv Mater. 2022 сен;34(35):e2202972. doi: 10.1002/adma.202202972. Epub 2022, 28 июля. Adv Mater. 2022. PMID: 35772173
Усиление переменного тока в органических электрохимических транзисторах для датчиков с одной ячейкой на основе импеданса.
Бонафе Ф., Декатальдо Ф., Зирони И., Ремондини Д., Крамер Т., Фрабони Б. Бонафе Ф. и др. Нац коммун. 2022 15 сентября; 13 (1): 5423. doi: 10.1038/s41467-022-33094-2. Нац коммун. 2022. PMID: 36109508 Бесплатная статья ЧВК.
Посмотреть все похожие статьи
Рекомендации
- Ходахоли Д., Ривнай Дж., Сессоло М., Гурфинкель М., Леле П., Джимисон Л. Х., Ставриниду Э., Эрве Т., Санаур С., Оуэнс Р. М., Маллиарас Г. Г., Органические электрохимические транзисторы с высокой крутизной. Нац. коммун. 4, 2133 (2013). — ЧВК — пабмед
- Ходахоли Д., Дублет Т., Киличини П., Гурфинкель М., Леле П., Гестем А., Исмаилова Э., Эрве Т., Санаур С., Бернар К., Маллиарас Г. Г., Запись активности мозга in vivo с использованием органические транзисторы. Нац. коммун. 4, 1575 (2013). — ЧВК — пабмед
- Тан Х. , Ян Ф., Лин П., Сюй Дж., Чан Х.Л.В., Высокочувствительные биосенсоры глюкозы на основе органических электрохимических транзисторов с использованием электродов с платиновым затвором, модифицированных ферментами и наноматериалами. Доп. Функц. Матер. 21, 2264–2272 (2011).
- Ляо С., Чжан М., Ню Л., Чжэн З., Ян Ф., Высокоселективные и чувствительные сенсоры глюкозы на основе органических электрохимических транзисторов с электродами затвора, модифицированными графеном. Дж. Матер. хим. Б 1, 3820–3829(2013). — пабмед
- Торричелли Ф., Адрахтас Д. З., Бао З., Берггрен М., Бискарини Ф., Бонфильо А., Бортолотти К. А., Фрисби К.