Виды биполярных транзисторов: Основные виды современных транзисторов — Club155.ru — RC74 — интернет-магазин радиоуправляемых моделей

Содержание

принцип работы, характеристики и параметры

Содержание

Виды транзисторов
Полевые
Биполярные
Комбинированные
Что такое электронный ключ?
Физические процессы
Биполярный транзистор
Схема с общей базой
Схемы включения биполярных транзисторов
С общим эмиттером
С общей базой
С общим коллектором
Какие параметры учитывают при выборе биполярного транзистора?
Принцип работы биполярного транзистора
Транзистор в ключевом режиме
Эмиттерный повторитель
Где транзисторы купить?

Виды транзисторов

Транзисторы бывают в основном двух видов: биполярные транзисторы и полевые транзисторы. Конечно можно было рассмотреть все виды транзисторов в одной статье, но мне не хочется варить кашу у вас в голове. Поэтому в этой статье мы рассмотрим исключительно биполярные транзисторы а о полевых транзисторах я расскажу в одной из следующих статей. Не будем все мешать в одну кучу а уделим внимание каждому, индивидуально.

Полевые

Данный вид триодов ещё называют униполярным, из-за электрических свойств – у них протекает ток только одной полярности. По строению и типу управления эти устройства подразделяются на 3 вида:

Транзисторы с управляющим p-n переходом (рис. 6).
С изолированным затвором (бывают со встроенным либо с индуцированным каналом).
МДП, со структурой: металл-диэлектрик-проводник.

Отличительная черта изолированного затвора – наличие диэлектрика между ним и каналом.

Детали очень чувствительны к статическому электричеству.

Схемы полевых триодов показано на рисунке 5.

Рис. 5. Полевые транзисторы

Рис. 6. Фото реального полевого триода

Обратите внимание на название электродов: сток, исток и затвор.

Полевые транзисторы потребляют очень мало энергии. Они могут работать больше года от небольшой батарейки или аккумулятора. Поэтому они нашли широкое применение в современных электронных устройствах, таких как пульты дистанционного управления, мобильные гаджеты и т.

п.

Биполярные

Об этом виде транзисторов много сказано в подразделе «Базовый принцип работы». Отметим лишь, что название «Биполярный» устройство получило из-за способности пропускать заряды противоположных знаков через один канал. Их особенностью является низкое выходное сопротивление.

Транзисторы усиливают сигналы, работают как коммутационные устройства. В цепь коллектора можно включать достаточно мощную нагрузку. Благодаря большому току коллектора можно понизить сопротивление нагрузки.

Более детально о строении и принципе работы рассмотрим ниже.

Комбинированные

С целью достижения определённых электрических параметров от применения одного дискретного элемента разработчики транзисторов изобретают комбинированные конструкции. Среди них можно выделить:

биполярные транзисторы с внедрёнными и их схему резисторами;
комбинации из двух триодов (одинаковых или разных структур) в одном корпусе;
лямбда-диоды – сочетание двух полевых триодов, образующих участок с отрицательным сопротивлением;
конструкции, в которых полевой триод с изолированным затвором управляет биполярным триодом (применяются для управления электромоторами).

Комбинированные транзисторы – это, по сути, элементарная микросхема в одном корпусе.

Что такое электронный ключ?

Ключ – это, если упростить, обыкновенный выключатель. С его помощью замыкается и размыкается электрическая цепь. У биполярного транзистора имеется три вывода:

Коллектор.
Эмиттер.
База.

На биполярных полупроводниках строятся электронные ключи – конструкция простая, не требует наличия большого количества элементов. При помощи переключателя осуществляется замыкание и размыкание участка цепи. Происходит это с помощью сигнала управления (который вырабатывает микроконтроллер), подаваемого на базу транзистора.

Физические процессы

Возьмем транзистор типа n-p-n в режиме без нагрузки, когда подключены только два источника постоянных питающих напряжений E1 и E2. На эмиттерном переходе напряжение прямое, на коллекторном – обратное. Соответственно, сопротивление эмиттерного перехода мало и для получения нормального тока достаточно напряжения E1 в десятые доли вольта. Сопротивление коллекторного перехода велико и напряжение E2 составляет обычно десятки вольт.

Соответственно, как и раньше, темные маленькие кружки со стрелками – электроны, красные – дырки, большие кружки – положительно и отрицательно заряженные атомы доноров и акцепторов. Вольт-амперная характеристика эмиттерного перехода представляет собой характеристику полупроводникового диода при прямом токе, а вольт-амперная характеристика коллекторного перехода подобна ВАХ диода при обратном токе.

Принцип работы транзистора заключается в следующем. Прямое напряжение эмиттерного перехода uб-э влияет на токи эмиттера и коллектора и чем оно выше, тем эти токи больше. Изменения тока коллектора при этом лишь незначительно меньше изменений тока эмиттера. Получается, что напряжение на переходе база-эмиттер, т. е. входное напряжение, управляет током коллектора. На этом явлении основано усиление электрических колебаний с помощью транзистора. Основные биполярные транзисторы приведены в таблице ниже.

Таблица характеристик биполярных транзисторов.

При увеличении прямого входного напряжения uб-э понижается потенциальный барьер в эмиттерном переходе и, соответственно, возрастает ток через этот переход iэ. Электроны этого тока инжектируются из эмиттера в базу и благодаря диффузии проникают сквозь базу в коллекторный переход, увеличивая ток коллектора.Поскольку коллекторный переход работает при обратном напряжении, то в этом переходе возникают объемные заряды (на рисунке большие кружки). Между ними возникает электрическое поле, которое способствует продвижению (экстракции) через коллекторный переход электронов, пришедших сюда из эмиттера, т. е. втягивают электроны в область коллекторного перехода.

Схема работы и устройства биполярного транзистора.

Если толщина базы достаточно мала и концентрация дырок в ней невелика, то большинство электронов, пройдя через базу, не успевает рекомбинировать с дырками базы и достигает коллекторного перехода. Лишь небольшая часть электронов рекомбинирует в базе с дырками. В результате этого возникает ток базы.

Ток база является бесполезным и даже вредным. Желательно, чтобы он был как можно меньше. Именно поэтому базовую область делают очень тонкой и уменьшают в ней концентрацию дырок. Тогда меньшее число электронов будет рекомбинировать с дырками и, повторюсь, ток базы будет незначительным.

Когда к эмиттерному переходу не приложено напряжение, можно считать, что в этом переходе тока нет. Тогда область коллекторного перехода имеет значительное сопротивление постоянному току, поскольку основные носители зарядов удаляются от этого перехода и по обе границы создаются области, обедненные этими носителями. Через коллекторный переход протекает очень небольшой обратный ток, вызванный перемещением навстречу друг другу неосновных носителей.

Если же под действием входного напряжения возникает значительный ток эмиттера, то в базу со стороны эмиттера инжектируются электроны, для данной области являющиеся неосновными носителями. Они доходят до коллекторного перехода не успевая рекомбинировать с дырками при прохождении через базу.

Чем больше ток эмиттера, тем больше электронов приходит к коллектору, тем меньше становится его сопротивление, следовательно, ток коллектора увеличивается. Аналогичные явления происходят в транзисторе типа p-n-p, надо только местами поменять электроны и дырки, а также полярность источников E1 и E2.

Как устроен транзистор.

Помимо рассмотренных процессов существует еще ряд явлений. Рассмотрим модуляцию толщины базы.При повышении напряжения на коллекторном переходе в нем происходит лавинное размножение заряда, обусловленное в основном ударной ионизацией.

Это явление и туннельный эффект могут вызвать электрический пробой, который при возрастании тока может перейти в тепловой пробой. Все происходит также, как у диодов, но в транзисторе при чрезмерном коллекторном токе тепловой пробой может наступить без предварительного электрического пробоя.

Тепловой пробой может наступить без повышения коллекторного напряжения до пробивного. При изменении напряжений на коллекторном и эмиттерном переходах изменяется их толщина, в результате чего изменяется толщина базы.

Особенно важно учитывать напряжение коллектор-база, поскольку при этом толщина коллектора возрастает, толщина базы уменьшается. При очень тонкой базе может возникнуть эффект смыкания (так называемый “прокол” базы) – соединение коллекторного перехода с эмиттерным. При этом область базы исчезает и транзистор перестает нормально работать.

При увеличении инжекции носителей из эмиттера в базу происходит накопление неосновных носителей заряда в базе, т. е. увеличение концентрации и суммарного заряда этих носителей. А вот при уменьшении инжекции происходит уменьшение концентрации и суммарного заряда этих самых носителей в базе и сей процесс обозвали рассасыванием неосновных носителей зарядов в базе.

И напоследок одно правило: при эксплуатации транзисторов запрещается разрывать цепь базы, если не включено питание цепи коллектора. Надо также включать питание цепи базы, а потом цепи коллектора, но не наоборот.

Схема устройства транзистора.

Биполярный транзистор

Биполярный транзистор это потомок ламповых триодов, тех что стояли в телевизорах 20 -го века. Триоды ушли в небытие и уступили дорогу более функциональным собратьям — транзисторам, а точнее биполярным транзисторам.

Триоды за редким исключением применяют в аппаратуре для меломанов.

Биполярные транзисторы выглядеть могут так.

Как вы можете видеть биполярные транзисторы имеют три вывода и конструктивно они могут выглядеть совершенно по разному. Но на электрических схемах они выглядят простенько и всегда одинаково. И все это графическое великолепие, выглядит как-то так.

Это изображение транзисторов еще называют УГО (Условное графическое обозначение).

Причем биполярные транзисторы могут иметь различный тип проводимости. Есть транзисторы NPN типа и PNP типа.

Отличие n-p-n транзистора от p-n-p транзистора состоит лишь в том что является «переносчиком» электрического заряда (электроны или «дырки» ). Т.е. для p-n-p транзистора электроны перемещаются от эмиттера к коллектору и управляются базой. Для n-p-n транзистора электроны идут уже от коллектора к эмиттеру и управляются базой. В итоге приходим к тому, что для того чтобы в схеме заменить транзистор одного типа проводимости на другой достаточно изменить полярность приложенного напряжения. Или тупо поменять полярность источника питания.

У биполярных транзисторов есть три вывода: коллектор, эмиттер и база. Думаю, что по УГО будет сложно запутаться, а вот в реальном транзисторе запутаться проще простого.

Обычно где какой вывод определяют по справочнику, но можно просто прозвонить транзистор мультиметром. Выводы транзистора звонятся как два диода, соединенные в общей точке (в области базы транзистора).

Слева изображена картинка для транзистора p-n-p типа, при прозвонке создается ощущение (посредством показаний мультиметра ), что перед вами два диода которые соединены в одной точке своими катодами. Для транзистора n-p-n типа диоды в точке базы соединены своими анодами. Думаю после экспериментов с мультиметром будет более понятно.

Схема с общей базой

Схема включения транзистора с общей базой (ОБ) показана на рис. 1.10. Входным сигналом для схемы с ОБ является напряжение, поданное между эмиттером и базой UBX = = UЭБ; выходным – напряжение, выделяемое на нагрузке Uвых = IкRн; входным током – ток эмиттера Iвх = IЭ; выходным током – ток коллектора Iвых = Iк.

Входное напряжение UЭБ является управляющим для транзистора, поэтому небольшое его изменение (па доли вольт) приводит к изменению тока эмиттера в очень широких пределах – практически от нуля до максимального. Максимальный ток определяется назначением транзистора (маломощные, средней мощности и большой мощности) и соответствующей конструкцией.

Так как напряжение UΚБ является обратным, величина напряжения внешнего источника Ек может в десятки раз превышать значение напряжения UЭБ. Падение напряжения, выделяемого на нагрузке, будет тем больше, чем больше ток коллектора, при этом на самом транзисторе будет падать лишь небольшое напряжение UКБ, которое будет тем меньше, чем больше ток коллектора.

Таким образом, изменение на доли вольт входного напряжения приводит к изменению напряжения на нагрузке, чуть меньшего, чем напряжение Ек. Это положение определяет усилительные свойства транзистора.

Для оценки работы транзистора и его усилительных свойств в различных схемах включения рассматривают приращения входных и вызванные ими приращения выходных величин. Рассматривая транзистор как усилитель, принято характеризовать его свойства коэффициентами усиления и значением входного сопротивления. Различают три вида коэффициентов усиления:

коэффициент усиления по току КI = ΔIвых /ΔIвх;
коэффициент усиления по напряжению КU = ΔUвых/ΔUвх;
коэффициент усиления по мощности КР = КI • КU.

Отношение изменения входного напряжения к изменению входного тока: Rвх = ΔUвх/ΔIвх. Входное сопротивление любого усилителя приводит к искажению входного сигнала. Любой реальный источник сигнала обладает некоторым внутренним сопротивлением, и при подключении его к усилителю образуется делитель напряжения, состоящий из внутреннего сопротивления источника и входного сопротивления усилителя.

Поэтому чем выше входное сопротивление усилителя, тем большая часть сигнала будет выделяться на этом сопротивлении и усиливаться и тем меньшая его часть будет падать на внутреннем сопротивлении самого источника. Таким образом, КРБ тоже определяется соотношением сопротивлений. Так как коэффициент усиления схемы с ОБ по току КIБ оказывается меньше единицы, она применения не нашла.

Размеры биполярного транзистора.

Схемы включения биполярных транзисторов

В зависимости от контакта, на который подается источник питания, различают 3 схемы включения приборов.

С общим эмиттером

Эта схема включения биполярных транзисторов обеспечивает наибольшее увеличение вольтамперных характеристик (ВАХ), поэтому является самой востребованной. Минус такого варианта – ухудшение усилительных свойств прибора при повышении частоты и температуры. Это означает, что для высокочастотных транзисторов рекомендуется подобрать другую схему.

С общей базой

Применяется для работы на высоких частотах. Уровень шумов снижен, усиление не очень велико. Каскады приборов, собранные по такой схеме, востребованы в антенных усилителях. Недостаток варианта – необходимость в двух источниках питания.

С общим коллектором

Для такого варианта характерна передача входного сигнала обратно на вход, что существенно уменьшает его уровень. Коэффициент усиления по току – высокий, по напряжению – небольшой, что является минусом этого способа. Схема приемлема для каскадов приборов в случаях, если источник входного сигнала обладает высоким входным сопротивлением.

Какие параметры учитывают при выборе биполярного транзистора?

Материал, из которого он изготовлен, – арсенид галлия или кремний.
Частоту. Она может быть – сверхвысокая (более 300 МГц), высокая (30-300 МГц), средняя – (3-30 МГц), низкая (менее 3 МГц).
Максимальную рассеиваемую мощность.

Принцип работы биполярного транзистора

А сейчас мы попробуем разобраться как работает транзистор. Я не буду вдаваться в подробности внутреннего устройства транзисторов так как эта информация только запутывает. Лучше взгляните на этот рисунок.

Это изображение лучше всего объясняет принцип работы транзистора. На этом изображении человек посредством реостата управляет током коллектора. Он смотрит на ток базы, если ток базы растет то человек так же увеличивает ток коллектора с учетом коэффициента усиления транзистора h31Э. Если ток базы падает, то ток коллектора также будет снижаться — человек подкорректирует его посредством реостата.

Эта аналогия не имеет ничего общего с реальной работой транзистора, но она облегчает понимание принципов его работы.

Для транзисторов можно отметить правила, которые призваны помочь облегчить понимание. (Эти правила взяты из книги П. Хоровица У.Хилла «Искусство схемотехники»).

Коллектор имеет более положительный потенциал , чем эмиттер
Как я уже говорил цепи база — коллектор и база -эмиттер работают как диоды
Каждый транзистор характеризуется предельными значениями, такими как ток коллектора, ток базы и напряжение коллектор-эмиттер.
В том случае если правила 1-3 соблюдены то ток коллектора Iк прямо пропорционален току базы Iб. Такое соотношение можно записать в виде формулы.

Из этой формулы можно выразить основное свойство транзистора — небольшой ток базы управляет большим током коллектора.

Исходы из выше сказанного транзистор может работать в четырех режимах:

Режим отсечки транзистора — в этом режиме переход база-эмиттер закрыт, такое может произойти когда напряжение база-эмиттер недостаточное. В результате ток базы отсутствует и следовательно ток коллектора тоже будет отсутствовать.
Активный режим транзистора — это нормальный режим работы транзистора. В этом режиме напряжение база-эмиттер достаточное для того, чтобы переход база-эмиттер открылся. Ток базы достаточен и ток коллектора тоже имеется. Ток коллектора равняется току базы умноженному на коэффициент усиления.

Режим насыщения транзистора — в этот режим транзистор переходит тогда, когда ток базы становится настолько большим, что мощности источника питания просто не хватает для дальнейшего увеличения тока коллектора. В этом режиме ток коллектора не может увеличиваться вслед за увеличением тока базы.
Инверсный режим транзистора — этот режим используется крайне редко. В этом режиме коллектор и эмиттер транзистора меняют местами. В результате таких манипуляций коэффициент усиления транзистора очень сильно страдает. Транзистор изначально проектировался не для того, чтобы он работал в таком особенном режиме.

Для понимания того как работает транзистор нужно рассматривать конкретные схемные примеры, поэтому давайте рассмотрим некоторые из них.

Транзистор в ключевом режиме

Транзистор в ключевом режиме это один из случаев транзисторных схем с общим эмиттером. Схема транзистора в ключевом режиме применяется очень часто. К этой транзисторной схеме прибегают к примеру когда нужно управлять мощной нагрузкой посредством микроконтроллера. Ножка контроллера не способна тянуть мощную нагрузку, а транзистор может. Получается контроллер управляет транзистором, а транзистор мощной нагрузкой. Ну а обо всем по порядку.

Основная суть этого режима заключается в том, что ток базы управляет током коллектора. Причем ток коллектора гораздо больше тока базы. Здесь невооруженным взглядом видно, что происходит усиление сигнала по току. Это усиление осуществляется за счет энергии источника питания.

На рисунке изображена схема работы транзистора в ключевом режиме.

Для транзисторных схем напряжения не играют большой роли, важны лишь токи. Поэтому, если отношение тока коллектора к току базы меньше коэффициента усиления транзистора то все окей.

В этом случае даже если к базе у нас приложено напряжение в 5 вольт а в цепи коллектора 500 вольт, то ничего страшного не произойдет, транзистор будет покорно переключать высоковольтную нагрузку.

Главное чтобы эти напряжения не превышали предельные значения для конкретного транзистора (задается в характеристиках транзистора).

Что ж, теперь давайте попробуем рассчитать значение базового резистора.

На сколько мы знаем, что значение тока это характеристика нагрузки.

Т.е. I=U/R

Мы не знаем сопротивления лампочки, но мы знаем рабочий ток лампочки 100 мА. Чтобы транзистор открылся и обеспечил протекание такого тока, нужно подобрать соответствующий ток базы. Ток базы мы можем корректировать меняя номинал базового резистора.

Так как минимальное значение коэффициента усиления транзистора равно 10, то для открытия транзистора ток базы должен стать 10 мА.

Ток который нам нужен известен. Напряжение на базовом резисторе будет Такое значение напряжения на резисторе получилось из-зи того, что на переходе база-эмиттер высаживается 0,6В-0,7В и это надо не забывать учитывать.

В результате мы вполне можем найти сопротивление резистора

Осталось выбрать из ряда резисторов конкретное значение и дело в шляпе.

Теперь вы наверное думаете, что транзисторный ключ будет работать так как нужно? Что когда базовый резистор подключается к +5 В лампочка загорается, когда отключается — лампочка гаснет? Ответ может быть да а может и нет.

Все дело в том, что здесь есть небольшой нюанс.

Лампочка в том случае погаснет, когда потенциал резистора будет равен потенциалу земли. Если же резистор просто отключен от источника напряжения, то здесь не все так однозначно. Напряжение на базовом резисторе может возникнуть чудесным образом в результате наводок или еще какой потусторонней нечисти

Чтобы такого эффекта не происходило делают следующее. Между базой и эмиттером подключают еще один резистор Rбэ. Этот резистор выбирают номиналом как минимум в 10 раз больше базового резистора Rб (В нашем случае мы взяли резистор 4,3кОм).

Когда база подключена к какому-либо напряжению, то транзистор работает как надо, резистор Rбэ ему не мешает. На этот резистор расходуется лишь малая часть базового тока.

В случае, когда напряжение к базе не приложено, происходит подтяжка базы к потенциалу земли, что избавляет нас от всяческих наводок.

Вот в принципе мы разобрались с работой транзистора в ключевом режиме, причем как вы могли убедиться ключевой режим работы это своего рода усиление сигнала по напряжению. Ведь мы с помощью малого напряжения в 5В управляли напряжением в 12 В.

Эмиттерный повторитель

Эмиттерный повторитель является частным случаем транзисторных схем с общим коллектором.

Отличительной чертой схемы с общим коллектором от схемы с общим эмиттером (вариант с транзисторным ключем) является то, что эта схема не усиливает сигнал по напряжению. Что вошло через базу, то и вышло через эмиттер, с тем же самым напряжением.

Действительно допустим приложили к базе мы 10 вольт, при этом мы знаем что на переходе база-эмиттер высаживается где-то 0,6-0,7В. Выходит что на выходе (на эмиттере, на нагрузке Rн) будет напряжение базы минус 0,6В.

Получилось 9,4В, одним словом почти сколько вошло столько и вышло. Убедились, что по напряжению эта схема нам сигнал не увеличит.

«В чем же смысл тогда таком включении транзистора?»- спросите вы. А вот оказывается эта схема обладает другим очень важным свойством. Схема включения транзистора с общим коллектором усиливает сигнал по мощности. Мощность это произведение тока на напряжение, но так как напряжение не меняется то мощность увеличивается только за счет тока! Ток в нагрузке складывается из тока базы плюс ток коллектора. Но если сравнивать ток базы и ток коллектора то ток базы очень мал по сравнению с током коллектора. Получается ток нагрузки равен току коллектора. И в результате получилась вот такая формула.

Теперь я думаю понятно в чем суть схемы эмиттерного повторителя, только это еще не все.

Эмиттерный повторитель обладает еще одним очень ценным качеством — высоким входным сопротивлением. Это означает, что эта транзисторная схема почти не потребляет ток входного сигнала и не создает нагрузки для схемы -источника сигнала.

Для понимания принципа работы транзистора этих двух транзисторных схем будет вполне достаточно. А если вы еще поэкспериментируете с паяльником в руках то прозрение просто не заставит себя ждать, ведь теория теорией а практика и личный опыт ценнее в сотни раз!

Где транзисторы купить?

Как и все другие радиокомпоненты транзисторы можно купить в любом ближайшем магазине радиодеталей. Если вы живете где-нибудь на окраине и о подобных магазинах не слышали (как я раньше) то остается последний вариант — заказать транзисторы в интернет- магазине. Я сам частенько заказываю радиодетали через интернет-магазины ведь в обычном оффлайн магазине может чего-нибудь просто не оказаться.

Впрочем если вы собираете устройство чисто для себя то можно не париться а добыть из старой, отслужившей свое техники и так сказать вдохнуть в старый радиокомпонет новую жизнь.

Что ж друзья, а на этом у меня все. Все, что планировал я сегодня вам рассказал. Если остались какие-либо вопросы, то задавайте их в комментариях, если вопросов нет то все равно пишите комментарии, мне всегда важно ваше мнение. Кстати не забывайте, что каждый кто впервые оставит комментарий получит подарок.

Источники

http://popayaem.ru/bipolyarnyj-tranzistor-princip-raboty-dlya-chajnikov.html
https://www.asutpp.ru/kak-rabotaet-tranzistor.html
https://www.syl.ru/article/348974/tranzistornyie-klyuchi-shema-printsip-rabotyi-i-osobennosti
https://ElectroInfo.net/poluprovodniki/chto-takoe-bipoljarnyj-tranzistor.html
https://www.RadioElementy.ru/articles/bipolyarnye-tranzistory/

Виды транзисторов и их применение

Слово «транзистор» образованно из двух слов: transfer и resistor. Первое слово переводится с английского как «передача», второе — «сопротивление». Таким образом, транзистор — это особого рода сопротивление, которое регулируется напряжением между базой и эмиттером (током базы) у биполярных транзисторов, и напряжением между затвором и истоком у полевых транзисторов.

Изначально названий для этого полупроводникового прибора предлагалось несколько: полупроводниковый триод, кристаллический триод, лотатрон, но в результате остановились именно на названии «транзистор», предложенном Джоном Пирсом, — американским инженером и писателем-фантастом, другом Уильяма Шокли.

Для начала окунемся немного в историю, затем рассмотрим некоторые виды транзисторов из распространенных сегодня на рынке электронных компонентов.

Уильям Шокли, Уолтер Браттейн и Джон Бардин, работая командой в лабораториях Bell Labs, 16 декабря 1947 года создали первый работоспособный биполярный транзистор, который был продемонстрирован учеными официально и публично 23 декабря того же года. Это был точечный транзистор.

Спустя почти два с половиной года, появился первый германиевый плоскостной транзистор, затем сплавной, электрохимический, диффузионный меза-транзистор, и наконец, в 1958 году Texas Instruments выпустила первый кремниевый транзистор, затем, в 1959 году Жаном Эрни был создан первый планарный кремниевый транзистор, в итоге германий был вытеснен кремнием, а планарная технология заняла почетное место главной технологии производства транзисторов.

Справедливости ради отметим, что в 1956 году Уильям Шокли, Джон Бардин и Уолтер Браттейн получили Нобелевскую премию по физике «за исследования полупроводников и открытие транзисторного эффекта».

Что касается полевых транзисторов, то первые патентные заявки подавались с середины 20-х годов 20 века, например в Германии физик Юлий Эдгар Лилиенфельд в 1928 году запатентовал принцип работы полевых транзисторов. Однако, непосредственно полевой транзистор был запатентован впервые в 1934 году немецким физиком Оскаром Хайлом.

Работа полевого транзистора в основе своей использует электростатический эффект поля, физически это проще, потому и сама идея полевых транзисторов появилась раньше, чем идея биполярных транзисторов. Изготовлен же первый полевой транзистор был впервые в 1960 году. В итоге, ближе к 90-м годам 20 века, МОП-технология (технология полевых транзисторов «металл-оксид-полупроводник») стала доминировать во многих отраслях, включая IT-сферу.

В большинстве применений транзисторы заменили собой вакуумные лампы, свершилась настоящая кремниевая революция в создании интегральных микросхем. Так, сегодня в аналоговой технике чаще используют биполярные транзисторы, а в цифровой технике — преимущественно полевые.

Устройство и принцип действия полевых и биполярных транзисторов — это темы отдельных статей, поэтому останавливаться на данных тонкостях не будем, а рассмотрим предмет с чисто практической точки зрения на конкретных примерах.

Как вы уже знаете, по технологии изготовления транзисторы подразделяются на два типа: полевые и биполярные. Биполярные в свою очередь делятся по проводимости на n-p-n – транзисторы обратной проводимости, и p-n-p – транзисторы прямой проводимости. Полевые транзисторы бывают, соответственно, с каналом n-типа и p-типа. Затвор полевого транзистора может быть изолированным (IGBT-транзисторы) или в виде p-n-перехода. IGBT-транзисторы бывают со встроенным каналом или с индуцированным каналом.

Области применения транзисторов определяются их характеристиками, а работать транзисторы могут в двух режимах: в ключевом или в усилительном. В первом случае транзистор в процессе работы или полностью открыт или полностью закрыт, что позволяет управлять питанием значительных нагрузок, используя малый ток для управления. А в усилительном, или по-другому — в динамическом режиме, используется свойство транзистора изменять выходной сигнал при малом изменении входного, управляющего сигнала. Далее рассмотрим примеры различных транзисторов.

2N3055 – биполярный n-p-n-транзистор в корпусе ТО-3. Популярен в качестве элемента выходных каскадов высококачественных звуковых усилителей, где он работает в динамическом режиме. Как правило, используется совместно с комплементарным p-n-p собратом MJ2955. Данный транзистор может работать и в ключевом режиме, например в трансформаторных НЧ инверторах 12 на 220 вольт 50 Гц, пара 2n3055 управляет двухтактным преобразователем.

Примечательно, что напряжение коллектор-эмиттер для данного транзистора в процессе работы может достигать 70 вольт, а ток 15 ампер. Корпус ТО-3 позволяет удобно закрепить его на радиатор в случае необходимости. Статический коэффициент передачи тока — от 15 до 70, этого достаточно для эффективного управления даже мощными нагрузками, при том, что база транзистора выдерживает ток до 7 ампер. Данный транзистор может работать на частотах до 3 МГц.

КТ315 — легенда среди отечественных биполярных транзисторов малой мощности. Данный транзистор n-p-n – типа впервые увидел свет 1967 году, и по сей день пользуется популярностью в радиолюбительской среде. Комплементарной парой к нему является КТ361. Идеален для динамических и ключевых режимов в схемах малой мощности.

При максимально допустимом напряжении коллектор-эмиттер 60 вольт, этот высокочастотный транзистор способен пропускать через себя ток до 100 мА, а граничная частота у него не менее 250 МГц. Коэффициент передачи тока достигает 350, при том, что ток базы ограничен 50 мА.

Изначально транзистор выпускался только в пластмассовом корпусе KT-13, 7 мм в ширину и 6 мм высотой, но в последнее время можно его встретить и в корпусе ТО-92, например производства ОАО «Интеграл».

КП501 — полевой n-канальный транзистор малой мощности с изолированным затвором. Имеет обогащенный n-канал, сопротивление которого составляет от 10 до 15 Ом, в зависимости от модификации (А,Б,В). Предназначен данный транзистор, как его позиционирует производитель, для использования в аппаратуре связи, в телефонных аппаратах и другой радиоэлектронной аппаратуре.

Этот транзистор можно назвать сигнальным. Небольшой корпус ТО-92, максимальное напряжение сток-исток — до 240 вольт, максимальный ток стока — до 180 мА. Емкость затвора менее 100 пф. Особенно примечательно то, что пороговое напряжение затвора составляет от 1 до 3 вольт, что позволяет реализовать управление с очень-очень малыми затратами. Идеален в качестве преобразователя уровней сигналов.

irf3205 – n-канальный полевой транзистор, изготовленный по технологии HEXFET. Популярен в качестве силового ключа для повышающих высокочастотных инверторов, например автомобильных. Посредством параллельного включения нескольких корпусов представляется возможность построения преобразователей, рассчитанных на значительные токи.

Максимальный ток для одного такого транзистора достигает 75А (ограничение вносит конструкция корпуса ТО-220), а максимальное напряжение сток-исток составляет 55 вольт. Сопротивление канала при этом всего 8 мОм. Емкость затвора в 3250 пф требует применения мощного драйвера для управления на высоких частотах, но сегодня это не является проблемой.

FGA25N120ANTD мощный биполярный транзистор с изолированным затвором (IGBT-транзистор) в корпусе TO-3P. Способен выдержать напряжение сток-исток 1200 вольт, максимальный ток стока составляет 50 ампер. Особенность изготовления современных IGBT-транзисторов такого уровня позволяет отнести их к классу высоковольтных.

Область применения — силовые преобразователи инверторного типа, такие как индукционные нагреватели, сварочные аппараты и другие высокочастотные преобразователи, рассчитанные на питание высоким напряжением. Идеален для мощных мостовых и полумостовых резонансных преобразователей, а также для работы в условиях жесткого переключения, имеется встроенный высокоскоростной диод.

Мы рассмотрели здесь только несколько видов транзисторов, и это лишь мизерная часть из обилия моделей электронных компонентов, представленных на рынке сегодня.

Так или иначе, вы с легкостью сможете подобрать подходящий транзистор для своих целей, благо, документация на них доступна сегодня в сети в виде даташитов, в которых исчерпывающе представлены все характеристики. Типы корпусов современных транзисторов различны, и для одной и той же модели зачастую доступны как SMD исполнение, так и выводное.

Андрей Повный

Источник

Понравилась статья, поделитесь с другими!!!

➤

СОСТОЯНИЕ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ТЕОРИИ СИЛОВЫХ БИПОЛЯРНЫХ ТРАНЗИСТОРОВ Известия высших учебных заведений Приборостроение

DOI 10.17586/0021-3454-2016-59-2-95-106
УДК 621.38

Григорьев Б. И.
Университет ИТМО; доцент, кафедра электроники

Читать статью полностью

Аннотация. Рассмотрены основные этапы перехода от первых германиевых транзисторов к современным сверхмощным кремниевым биполярным транзисторам. Проанализировано состояние теории процессов и модельных представлений выходных характеристик этих полупроводниковых приборов. Определены перспективные для дальнейшей разработки виды и типы транзисторов как на основе кремния, так и на основе широкозонных материалов. Приведены данные о неразрушающих методах и аппаратуре для измерения электрофизических параметров структур биполярных транзисторов с целью создания контролируемой технологии их изготовления. Выполнен анализ аппаратуры для измерения выходных характеристик транзисторов, в том числе сверхмощных, способных коммутировать импульсные мощности в диапазоне значений вплоть до 1 МВт. Сформулированы основные задачи, связанные с проблемой создания силовых биполярных транзисторов с качественно лучшим сочетанием выходных характеристик и намечены пути их решения.

Ключевые слова: силовые биполярные транзисторы, фотонно-инжекционные транзисторы, методы измерения

Список литературы:

Bardeen J. , Brattain W. H. The transistor, a semiconductors triode // Phys. Rev. 1948. Vol. 74. P. 230—235.
Shockley W. The theory of p-n junctions in semiconductors and p-n junction transistors // Bell. Tech. J. 1949. Vol. 28. P. 435—445.
Алферов Ж. И., Ахмедов Ф. А., Корольков В. И., Никитин В. Г. Фототранзистор на основе гетеропереходов в системе GaAs—AlAs // ФТП. 1973. Т. 7, вып. 6. С. 1159—1163.
Алферов Ж. И., Ахмедов Ф. А., Корольков В. И. Транзистор с эффективным эмиттером на основе гетеропереходов GaAs—AlAs // Письма в ЖТФ. 1975. Т. 1, вып. 17. С. 769—773.
Григорьев Б. И., Тогатов В. В. Высоковольтный транзистор с переменной шириной запрещенной зоны в коллекторе // Письма в ЖТФ. 1981. Т. 7, вып. 19. С. 1205—1209.
Андреев В. М., Данильченко В. Г.,Задиранов Ю. М., Корольков В. И., Рожков А. В., Федоренко Т. П., Яковенко А. А. Оптотранзистор на основе гетеропереходов GaAs—AlGaAs // Письма в ЖТФ. 1982. Т. 8, вып. 13. С. 781—784.
Гайбулаев С., Егоров Б. В., Корольков В. И., Рожков А. В., Романова Е. П., Юферев В. С. Арсенид-галлиевые транзисторы // ЖТФ. 1983. Т. 53, вып. 4. С. 763—765.
Андреев В. М., Задиранов Ю. М., Корольков В. И., Рожков А. В., Яковенко А. А. Исследование транзисторов с оптической связью // ФТП. 1983. Т. 17, вып. 9. С. 1618—1622.
Задиранов Ю. М., Корольков В. И., Никитин В. Г., Рожков А. В. Мощные импульсные транзисторы на основе арсенида галлия // Письма в ЖТФ. 1984. Т. 10, вып. 16. С. 976—979.
Григорьев Б. И., Корольков В. И., Рожков А. В., Юферев В. С. Высоковольтный фотонно-инжекционный транзистор на основе гетероструктуры // ФТП. 1985. Т. 19, вып. 5. С. 878—884.
Алферов Ж. И., Ефанов В. М., Задиранов Ю. М., Кардо-Сысоев А. Ф., Корольков В. И., Пономарев С. И.,Рожков А. В. Электрически управляемые трехэлектродные высоковольтные переключатели субнаносекундного диапазона на основе многослойной GaAs—AlGaAs гетероструктуры // Письма в ЖТФ. 1986. Т. 12, вып. 21. С. 1281—1285.
Григорьев Б. И., Корольков В. И., Никитин В. Г., Нугманов Д. П., Орлов Н. Ю., Рожков А. В. О выключении током управления фотонно-инжекционных импульсных тиристоров на основе гетероструктуры // ЖТФ. 1989. Т. 59, вып. 2. С. 156—158.
Zipperian T. T., Dawson L. R. GaP/AlxGa1-x heterojunction transistors for high-temperature electronic applications // J. Appl. Phys. 1983. Vol. 54, N 10. P. 6019—6025.
Афонин Л. Н., Мазель Е. З. Мощные высоковольтные транзисторы // Микроэлектроника и полупроводниковые приборы. М.: Сов. радио, 1978. Вып. 3. С. 133—148.
Потапчук В. А., Потапчук В. Б. Силовые транзисторы за рубежом. М.: Информэлектро, 1981. 83 с.
Афонин Л. Н., Мазель Е. З. Мощные высоковольтные биполярные транзисторы // Электронная техника. Сер. 2. Полупроводниковые приборы. 1983. Т. 162, вып. 3. С. 30—36.
Потапчук В. А. Тенденции развития силовых биполярных транзисторов // Электротехника. 1984. № 3. С. 11—14.
Зи С. Физика полупроводниковых приборов. М.: Мир, 1984. 456 с.
Блихер А. Физика силовых биполярных и полевых транзисторов. Л.: Энергоатомиздат, 1986. 248 с.
Крутякова М. Г., Чарыков Н. А., Юдин В. В. Полупроводниковые приборы и основы их проектирования. М.: Радио и связь, 1983. 352 с.
Webster W. M. On the variation of junction transistors current amplification on factor with emitter current // Proc. IRE. 1954. Vol. 42. P. 914—920.
Clark L. E. High current-density beta dimination // IEEE Trans. Electron. Dеvices. 1970. Vol. ED-17, N 9. P. 661—666.
Григорьев Б. И., Рудский В. А., Тогатов В.В. Измерение времени жизни неосновных носителей заряда в высокоомных слоях транзисторных структур // РЭ. 1981. Т. 26, № 7. С. 1514—1521.
Gummel H. K., Poon H. C. An integral charge control model of bipolar transistors // Bell Syst. Tech. J. 1970. Vol. 49, N 5. P. 827—834.
Olmstead J., Einthoven W. et al. High-level current gain in bipolar transistors // RCA Rev. 1971. Vol. 32, N 2. P. 221—246.
Ebers J. J.,Moll J. L. Large-signal Behavior of junction transistors // Proc. IRE. 1954. Vol. 42. P. 1761—1768.
Moll J. L., Ross I. M. The dependence of transistor parameters on the distribution of base layer resistivity // Proc. IRE. 1956. Vol. 44, N 1. P. 72—78.
Куркин Ю. Л., Соколов А. А. Расчет схемы составного транзистора // Электричество.1959. № 8. С. 66—71.
Григорьев Б. И. Стационарные режимы усиления биполярных транзисторов // Изв. вузов. Приборостроение. 2015. Т. 58, № 5. С. 372—379.
Григорьев Б. И. Статические характеристики насыщения мощных высоковольтных транзисторов // Электротехническая промышленность. Сер. Преобразовательная техника. 1984. Т. 169, вып. 11. С. 1—3.
Григорьев Б. И. К анализу переходных процессов в мощных высоковольтных транзисторах при произвольных параметрах импульсов тока базы и коллектора // РЭ. 1986. Т. 31, № 7. С. 1430—1440.
Гольденберг Л. М., Файнберг А. С. Вопросы теории и расчета ключа на составном транзисторе // Изв. вузов СССР. Приборостроение. 1967. Т. 10, № 6. С. 69—75.
Качала Н. Н., Горохов В. А. Особенности статических характеристик составных транзисторов // Радиотехника. 1969. Т. 24, № 7. С. 46—50.
Каган В. Г., Усачев А. П. Режимы переключения транзисторных ключей в преобразователях систем электропривода // Электротехническая промышленность. Сер. Электропривод. 1981. Т. 94, вып. 5. С. 13—17.
Григорьев Б. И., Тогатов В. В. Напряжение насыщения и коэффициент усиления по току высоковольтного транзистора Дарлингтона // РЭ. 1986. Т. 31, № 8. С. 1645—1650.
Григорьев Б. И., Задиранов Ю. М., Корольков В. И., Рожков А. В. Переходные процессы в высоковольтных фотонно-инжекционных транзисторах на основе гетероструктуры // ФТП. 1986. Т. 20, вып. 4. С. 677—682.
Григорьев Б. И. Напряжение насыщения и коэффициент усиления по току N+-N-P-N+-гетеротранзистора с варизонным коллектором // ФТП. 1987. Т. 21, вып. 1. С. 134—139.
Григорьев Б. И. Быстродействие при включении биполярного гетеротранзистора с варизонным коллектором // ЖТФ. 1987. Т. 57, вып. 6. С. 101—104.
Кузьмин В. А., Швейкин В. И. О работе полупроводникового триода в области насыщения // РЭ. 1958. Т. 3, № 10. С. 1269—1273.
Ржевкин К. С., Швейкин В. И. О режиме насыщения в плоскостных полупроводниковых триодах // РЭ. 1959. Т. 4, № 7. С. 1164—1172.
Агаханян Т. М. Измерение параметров полупроводникового триода в импульсном режиме //Полупроводниковые приборы и их применение. 1963. Вып. 10. С. 338—359.
Бингелис А. К вопросу измерения постоянной насыщения транзисторов // Тр. конф. „Измерение параметров транзисторов“. 1969. С. 194—197.
Швейкин В.И. Экспериментальное определение основных свойств полупроводниковых триодов путемизмерения заряда неосновных носителей базы // РЭ. 1960. Т. 5, № 7. С. 1158—1164.
Швейкин В. И. Импульсный метод определения параметров дрейфовых транзисторов // РЭ. 1961. Т. 6, № 6. С. 999—1009.
Chamberlain N. G., Roulston D. J. Determination of minority-carrier lifetimes of bipolar transistоrs from lowcurrent HFE fall-of // IEEE Trans. Electron Dеvices. 1976. Vol. ED-23, N 12. P. 1346—1348.
Григорьев Б. И., Рудский В. А., Тогатов В. В. Анализ процесса рассасывания при выключении мощноговысоковольтного транзистора // РЭ. 1984. Т. 29, № 2. С. 370—377.
Григорьев Б. И., Тогатов В. В. Измерение времени жизни неосновных носителей заряда в базовых областях диодных и тиристорных структур при больших плотностях токов // РЭ. 1980. Т. 25, № 5. С. 1063—1071.
Григорьев Б. И., Тогатов В. В. Измерение времени жизни неосновных носителей заряда в высокоомнойколлекторной области мощных транзисторов // РЭ. 1980. Т. 25, № 5. С. 1115—1116.
Григорьев Б. И., Рудский В. А., Тогатов В. В. Разностный метод измерения времени жизни неосновныхносителей заряда в силовых транзисторах // ПТЭ. 1981. № 4. С. 226—228.__
Григорьев Б. И., Задиранов Ю. М., Корольков В. И., Рожков А. В. Об определении времени жизнинеравновесных носителей заряда в слаболегированных р- и п-областях фотонно-инжекционных транзисторов и тиристоров // ФТП. 1986. Т. 20, вып. 10. С. 1897—1900.
Григорьев Б. И., Савкин А. И., Тогатов В. В. Оптоэлектронный способ измерения времени жизни дырок в базовой области р-п-р-структуры // РЭ. 1982. Т. 27, № 4. С. 799—883.
Григорьев Б. И., Резанов Ю. В., Семенов В. Т. Постоянные времени мощных высоковольтных транзисторов // Электронная техника. Сер. 2. Полупроводниковые приборы. 1986. Т. 181, вып. 2. C. 42—47.
Носов Ю. Р., Петросянц К. О., Шилин В. А. Математические модели элементов интегральной электроники. М.: Сов. радио, 1976. 304 с.
Горемышев В. Н., Григорьев Б. И., Резанов Ю. В. Сопротивление немодулированного коллекторавысоковольтного транзистора // Электронная техника. Сер. 2. Полупроводниковые приборы. 1987. Т. 186, вып. 1. С. 51—55.
Григорьев Б. И. Граничные коэффициенты усиления по току силового высоковольтного транзистора // Изв. вузов. Приборостроение. 2000. Т. 43, № 4. С. 35—39.
Васильев А. Б., Григорьев Б. И. Определение толщины коллектора силового высоковольтного транзистора // Изв. вузов. Приборостроение. 2000. Т. 43, № 1—2. С. 89—91.
Шарма Б. Л., Пурохит Р. К. Полупроводниковые гетеропереходы. М.: Сов. радио, 1979. 232 с.
Григорьев Б. И., Грицевский Е. А., Горемышев В. Н., Тогатов В. В. Полуавтомат для контроля времени жизни дырок в п-базах диодов и тиристоров // Электронная техника. Сер. 4. Электровакуумные и газоразрядные приборы. 1978. вып. 4. С. 119—123.
Григорьев Б. И., Тогатов В. В. Прибор для измерения времени жизни неосновных носителей заряда в п-базах диодов и тиристоров // Электронная техника. Сер. 4. Электровакуумные и газоразрядные приборы. 1979. Т. 72, вып. 3. С. 125—128.
Григорьев Б. И., Грицевский Е. А., Тогатов В. В. Прибор для измерения времени жизни неосновных носителей заряда в базовых областях диодных и тиристорных структур // Электротехническая промышленность. Сер. Преобразовательная техника. 1980. Т. 124, вып. 5. С. 16—18.
Григорьев Б. И., Грицевский Е. А., Горемышев В. Н., Тогатов В. В. Прибор для измерения времени жизни неосновных носителей заряда в базовых областях трехслойных структур // ПТЭ. 1982. № 3. С. 201—203.
Григорьев Б. И., Горемышев В. Н., Сосипатров А. А. Приборы для автоматизированного измерения электрофизических параметров диодных, транзисторных и тиристорных структур // Электронная техника. Сер. 4. Электровакуумные и газоразрядные приборы. 1984. Т. 102, вып. 3. С. 72—79.
Григорьев Б. И., Горемышев В. Н., Сосипатров А. А. Полуавтомат для контроля рекомбинационных характеристик диодов, транзисторов и тиристоров // Электронная техника. Сер. 4. Электровакуумные и газоразрядные приборы. 1985. Т. 107, вып. 2. С. 43—47.
Бородин Б. А., Ломакин В. М., Мокряков В. В., Петухов В. М., Хрулев А. К. Мощные полупроводниковые приборы. Транзисторы. М.: Радио и связь, 1985. 560 с.
Дьяконов В. П. Мощные полевые транзисторы: история, развитие и перспективы // Силовая электроника. 2011. № 3. С. 1—14.__

Чем объясняется малая толщина базы в транзисторе. Биполярный транзистор

Определение и история

Транзистор — электронный полупроводниковый прибор, в котором ток в цепи двух электродов управляется третьим электродом. (tranzistors.ru)

Первыми были изобретены полевые транзисторы (1928 год), а биполярные появилсь в 1947 году в лаборатории Bell Labs. И это была, без преувеличения, революция в электронике.
Очень быстро транзисторы заменили вакуумные лампы в различных электронных устройствах. В связи с этим возросла надежность таких устройств и намного уменьшились их размеры. И по сей день, насколько бы «навороченной» не была микросхема, она все равно содержит в себе множество транзисторов (а также диодов, конденсаторов, резисторов и проч.). Только очень маленьких.
Кстати, изначально «транзисторами» называли резисторы, сопротивление которых можно было изменять с помощью величины подаваемого напряжения. Если отвлечься от физики процессов, то современный транзистор тоже можно представить как сопротивление, зависящее от подаваемого на него сигнала.
В чем же отличие между полевыми и биполярными транзисторами? Ответ заложен в самих их названиях. В биполярном транзисторе в переносе заряда участвуют и электроны, и дырки («бис» — дважды). А в полевом (он же униполярный) — или электроны, или дырки.
Также эти типы транзисторов разнятся по областям применения. Биполярные используются в основном в аналоговой технике, а полевые — в цифровой.
И, напоследок: основная область применения любых транзисторов — усиление слабого сигнала за счет дополнительного источника питания.

Виды транзисторов

По принципу действия и строению различают полупроводниковые триоды:

полевые;
биполярные;
комбинированные.

Эти транзисторы выполняют одинаковые функции, однако существуют различия в принципе их работы.

Полевые

Транзисторы с управляющим p-n переходом (рис. 6).
С изолированным затвором (бывают со встроенным либо с индуцированным каналом).
МДП, со структурой: металл-диэлектрик-проводник.

Отличительная черта изолированного затвора – наличие диэлектрика между ним и каналом.

Детали очень чувствительны к статическому электричеству.

Схемы полевых триодов показано на рисунке 5.

Рис. 5. Полевые транзисторы

Обратите внимание на название электродов: сток, исток и затвор.

Биполярные

Более детально о строении и принципе работы рассмотрим ниже.

Комбинированные

биполярные транзисторы с внедрёнными и их схему резисторами;
комбинации из двух триодов (одинаковых или разных структур) в одном корпусе;
лямбда-диоды – сочетание двух полевых триодов, образующих участок с отрицательным сопротивлением;
конструкции, в которых полевой триод с изолированным затвором управляет биполярным триодом (применяются для управления электромоторами).

Комбинированные транзисторы – это, по сути, элементарная микросхема в одном корпусе.

Биполярный транзистор. Принцип работы. Основные характеристики

Биполярный транзистор состоит из трех областей: эмиттера, базы и коллектора, на каждую из которых подается напряжение. В зависимости от типа проводимости этих областей, выделяют n-p-n и p-n-p транзисторы. Обычно область коллектора шире, чем эмиттера. Базу изготавливают из слаболегированного полупроводника (из-за чего она имеет большое сопротивление) и делают очень тонкой. Поскольку площадь контакта эмиттер-база получается значительно меньше площади контакта база-коллектор, то поменять эмиттер и коллектор местами с помощью смены полярности подключения нельзя. Таким образом, транзистор относится к несимметричным устройствам.
Прежде, чем рассматривать физику работы транзистора, обрисуем общую задачу.
Она заключаются в следующем: между эмиттером и коллектором течет сильный ток (ток коллектора), а между эмиттером и базой — слабый управляющий ток (ток базы). Ток коллектора будет меняться в зависимости от изменения тока базы. Почему?
Рассмотрим p-n переходы транзистора. Их два: эмиттер-база (ЭБ) и база-коллектор (БК). В активном режиме работы транзистора первый из них подключается с прямым, а второй — с обратным смещениями. Что же при этом происходит на p-n переходах? Для большей определенности будем рассматривать n-p-n транзистор. Для p-n-p все аналогично, только слово «электроны» нужно заменить на «дырки».
Поскольку переход ЭБ открыт, то электроны легко «перебегают» в базу. Там они частично рекомбинируют с дырками, но большая их часть из-за малой толщины базы и ее слабой легированности успевает добежать до перехода база-коллектор. Который, как мы помним, включен с обратным смещением. А поскольку в базе электроны — неосновные носители заряда, то электирическое поле перехода помогает им преодолеть его. Таким образом, ток коллетора получается лишь немного меньше тока эмиттера. А теперь следите за руками. Если увеличить ток базы, то переход ЭБ откроется сильнее, и между эмиттером и коллектором сможет проскочить больше электронов. А поскольку ток коллектора изначально больше тока базы, то это изменение будет весьма и весьма заметно. Таким образом, произойдет усиление слабого сигнала, поступившего на базу. Еще раз: сильное изменение тока коллектора является пропорциональным отражением слабого изменения тока базы.
Помню, моей одногрупнице принцип работы биполярного транзистора объясняли на примере водопроводного крана. Вода в нем — ток коллектора, а управляющий ток базы — то, насколько мы поворачиваем ручку. Достаточно небольшого усилия (управляющего воздействия), чтобы поток воды из крана увеличился.
Помимо рассмотренных процессов, на p-n переходах транзистора может происходить еще ряд явлений. Например, при сильном увеличении напряжения на переходе база-коллектор может начаться лавинное размножение заряда из-за ударной ионизации. А вкупе с туннельным эффектом это даст сначала электрический, а затем (с возрастанием тока) и тепловой пробой. Однако, тепловой пробой в транзисторе может наступить и без электрического (т.е. без повышения коллекторного напряжения до пробивного). Для этого будет достаточно одного чрезмерного тока через коллектор.
Еще одно явления связано с тем, что при изменении напряжений на коллекторном и эмиттерном переходах меняется их толщина. И если база черезчур тонкая, то может возникнуть эффект смыкания (так называемый «прокол» базы) — соединение коллекторного перехода с эмиттерным. При этом область базы исчезает, и транзистор перестает нормально работать.
Коллекторный ток транзистора в нормальном активном режиме работы транзистора больше тока базы в определенное число раз. Это число называется коэффициентом усиления по току и является одним из основных параметров транзистора. Обозначается оно h31. Если транзистор включается без нагрузки на коллектор, то при постоянном напряжении коллектор-эмиттер отношение тока коллектора к току базы даст статический коэффициент усиления по току. Он может равняться десяткам или сотням единиц, но стоит учитывать тот факт, что в реальных схемах этот коэффициент меньше из-за того, что при включении нагрузки ток коллектора закономерно уменьшается.
Вторым немаловажным параметром является входное сопротивление транзистора. Согласно закону Ома, оно представляет собой отношение напряжения между базой и эмиттером к управляющему току базы. Чем оно больше, тем меньше ток базы и тем выше коэффициент усиления.
Третий параметр биполярного транзистора — коэффициент усиления по напряжению. Он равен отношению амплитудных или действующих значений выходного (эмиттер-коллектор) и входного (база-эмиттер) переменных напряжений. Поскольку первая величина обычно очень большая (единицы и десятки вольт), а вторая — очень маленькая (десятые доли вольт), то этот коэффициент может достигать десятков тысяч единиц. Стоит отметить, что каждый управляющий сигнал базы имеет свой коэффициент усиления по напряжению.
Также транзисторы имеют частотную характеристику, которая характеризует способность транзистора усиливать сигнал, частота которого приближается к граничной частоте усиления. Дело в том, что с увеличением частоты входного сигнала коэффициент усиления снижается. Это происходит из-за того, что время протекания основных физических процессов (время перемещения носителей от эмиттера к коллектору, заряд и разряд барьерных емкостных переходов) становится соизмеримым с периодом изменения входного сигнала. Т.е. транзистор просто не успевает реагировать на изменения входного сигнала и в какой-то момент просто перестает его усиливать. Частота, на которой это происходит, и называется граничной.
Также параметрами биполярного транзистора являются:

обратный ток коллектор-эмиттер
время включения
обратный ток колектора
максимально допустимый ток

Условные обозначения n-p-n и p-n-p транзисторов отличаются только направлением стрелочки, обозначающей эмиттер. Она показывает то, как течет ток в данном транзисторе.

Достоинства и недостатки биполярных транзисторов

К достоинствам биполярных транзисторов в сравнении с аналогами относятся:

управление электрическими зарядами;
надежность в работе;
устойчивость к частотным помехам;
малые шумовые характеристики;

К недостаткам можно отнести:

обладает малым значением входного сопротивления, из-за которого ухудшаются характеристики по усилению сигналов;
резкая чувствительность к статике зарядов;
схема включения предполагает присутствие 2-х питаний;
при высоких значениях температуры возможно повреждение транзистора.

Режимы работы

Рассмотренный выше вариант представляет собой нормальный активный режим работы транзистора. Однако, есть еще несколько комбинаций открытости/закрытости p-n переходов, каждая из которых представляет отдельный режим работы транзистора.

Инверсный активный режим. Здесь открыт переход БК, а ЭБ наоборот закрыт. Усилительные свойства в этом режиме, естественно, хуже некуда, поэтому транзисторы в этом режиме используются очень редко.
Режим насыщения. Оба перехода открыты. Соответственно, основные носители заряда коллектора и эмиттера «бегут» в базу, где активно рекомбинируют с ее основными носителями. Из-за возникающей избыточности носителей заряда сопротивление базы и p-n переходов уменьшается. Поэтому цепь, содержащую транзистор в режиме насыщения можно считать короткозамкнутой, а сам этот радиоэлемент представлять в виде эквипотенциальной точки.
Режим отсечки. Оба перехода транзистора закрыты, т.е. ток основных носителей заряда между эмиттером и коллектором прекращается. Потоки неосновных носителей заряда создают только малые и неуправляемые тепловые токи переходов. Из-за бедности базы и переходов носителями зарядов, их сопротивление сильно возрастает. Поэтому часто считают, что транзистор, работающий в режиме отсечки, представляет собой разрыв цепи.
Барьерный режим В этом режиме база напрямую или через малое сопротивление замкнута с коллектором. Также в коллекторную или эмиттерную цепь включают резистор, который задает ток через транзистор. Таким образом получается эквивалент схемы диода с последовательно включенным сопротивлением. Этот режим очень полезный, так как позволяет схеме работать практически на любой частоте, в большом диапазоне температур и нетребователен к параметрам транзисторов.

Схемы включения

Поскольку контактов у транзистора три, то в общем случае питание на него нужно подавать от двух источников, у которых вместе получается четыре вывода. Поэтому на один из контактов транзистора приходится подавать напряжение одинакового знака от обоих источников. И в зависимости от того, что это за контакт, различают три схемы включения биполярных транзисторов: с общим эмиттером (ОЭ), общим коллектором (ОК) и общей базой (ОБ). У каждой из них есть как достоинства, так и недостатки. Выбор между ними делается в зависимости от того, какие параметры для нас важны, а какими можно поступиться.

С общим эмиттером

С общей базой

С общим коллектором

Какие параметры учитывают при выборе биполярного транзистора?

Материал, из которого он изготовлен, – арсенид галлия или кремний.
Частоту. Она может быть – сверхвысокая (более 300 МГц), высокая (30-300 МГц), средняя – (3-30 МГц), низкая (менее 3 МГц).
Максимальную рассеиваемую мощность.

PNP-транзистор: подключение источников напряжения

Источник напряжения между базой и эмиттером (VBE) подключается отрицательным полюсом к базе и положительным к эмиттеру, потому что работа PNP-транзистора происходит при отрицательном смещении базы по отношению к эмиттеру.

Напряжение питания эмиттера также положительно по отношению к коллектору (VCE). Таким образом, у транзистора PNP-типа вывод эмиттера всегда более положителен по отношению как к базе, так и к коллектору.

Источники напряжения подключаются к PNP-транзистору, как показано на рисунке ниже.

На этот раз коллектор подключен к напряжению питания VCC через нагрузочный резистор, RL, который ограничивает максимальный ток, протекающий через прибор. Базовое напряжения VB, которое смещает ее в отрицательном направлении по отношению к эмиттеру, подано на нее через резистор RB, который снова используется для ограничения максимального тока базы.

Работа PNP-транзисторного каскада

Итак, чтобы вызвать протекание базового тока в PNP-транзисторе, база должна быть более отрицательной, чем эмиттер (ток должен покинуть базу) примерно на 0,7 вольт для кремниевого прибора или на 0,3 вольта для германиевого. Формулы, используемые для расчета базового резистора, базового тока или тока коллектора такие же, как те, которые используются для эквивалентного NPN-транзистора и представлены ниже.

Мы видим, что фундаментальным различием между NPN и PNP-транзистором является правильное смещение pn-переходов, поскольку направления токов и полярности напряжений в них всегда противоположны. Таким образом, для приведенной выше схеме: IC = IE – IB, так как ток должен вытекать из базы.

Как правило, PNP-транзистор можно заменить на NPN в большинстве электронных схем, разница лишь в полярности напряжения и направлении тока. Такие транзисторы также могут быть использованы в качестве переключающих устройств, и пример ключа на PNP-транзисторе показан ниже.

Рассмотрим отличия PNP-типа на схеме включения с общей базой

Действительно, из нее можно увидеть, что ток коллектора IC (в случае транзистора NPN) вытекает из положительного полюса батареи B2, проходит по выводу коллектора, проникает внутрь него и должен далее выйти через вывод базы, чтобы вернуться к отрицательному полюсу батареи. Таким же образом, рассматривая цепь эмиттера, можно увидеть, как его ток от положительного полюса батареи B1 входит в транзистор по выводу базы и далее проникает в эмиттер.

По выводу базы, таким образом, проходит как ток коллектора IC, так и ток эмиттера IE. Поскольку они циркулируют по своим контурам в противоположных направлениях, то результирующий ток базы равен их разности и очень мал, так как IC немного меньше, чем IE. Но так как последний все же больше, то направление протекания разностного тока (тока базы) совпадает с IE, и поэтому биполярный транзистор PNP-типа имеет вытекающий из базы ток, а NPN-типа – втекающий.

Отличия PNP-типа на примере схемы включения с общим эмиттером

В этой новой схеме PN-переход база-эмиттер открыт напряжением батареи B1, а переход коллектор-база смещен в обратном направлении посредством напряжения батареи В2. Вывод эмиттера, таким образом, является общим для цепей базы и коллектора.

Полный ток эмиттера задается суммой двух токов IC и IB; проходящих по выводу эмиттера в одном направлении. Таким образом, имеем IE = IC + IB.

В этой схеме ток базы IB просто «ответвляется» от тока эмиттера IE, также совпадая с ним по направлению. При этом транзистор PNP-типа по-прежнему имеет вытекающий из базы ток IB, а NPN-типа – втекающий.

В третьей из известных схем включения транзисторов, с общим коллектором, ситуация точно такая же. Поэтому мы ее не приводим в целях экономии места и времени читателей.

Где транзисторы купить?

Чтож друзья, а на этом у меня все. Все, что планировал я сегодня вам рассказал. Если остались какие-либо вопросы, то задавайте их в комментариях, если вопросов нет то все равно пишите комментарии, мне всегда важно ваше мнение. Кстати не забывайте, что каждый кто впервые оставит комментарий получит подарок.

Источники

https://habr.com/ru/post/133136/
https://www. asutpp.ru/kak-rabotaet-tranzistor.html
https://principraboty.ru/bipolyarnyy-tranzistor-princip-raboty-dlya-chaynikov/
https://www.RadioElementy.ru/articles/bipolyarnye-tranzistory/
https://www.syl.ru/article/204552/new_pnp-tranzistor-shema-podklyucheniya-kakaya-raznitsa-mejdu-pnp-i-npn-tranzistorami
http://popayaem.ru/bipolyarnyj-tranzistor-princip-raboty-dlya-chajnikov.html

Транзистор с биполярным переходом: типы и его применение

Изобретение транзистора с биполярным переходом (BJT) сделано в 1948 году. Транзисторы являются основными электронными устройствами, которые образуются из-за комбинации диодов, которые называются биполярными. переходной транзистор. Они произвели революцию в современной электронной системе. Эти изобретения транзисторов являются основными причинами замены электронных ламп. Отдельные диоды p-n перехода, соединенные встречно, приводят к образованию транзистора.

Это трехконтактные устройства. Эмиттер, база и коллектор называются терминалами. Базовая область является общей клеммой для базы и коллектора. Эти образованные транзисторы входят в состав различных типов полупроводников. Это заставляет транзистор работать либо в полностью включенном режиме, либо в выключенном режиме. Это проложило путь для транзистора, позволяющего применять переключение.

Два диода с переходом p- и n-типа соединены таким образом, что получается транзистор, определяемый как транзистор с биполярным переходом. Эти клеммы отвечают за движение носителей заряда, что приводит к протеканию тока.

Типы BJT

В основном транзисторы с биполярным переходом классифицируются на основе его контакта, будь то точечный контакт или переход. Но чаще всего в наши дни используются транзисторы с переходами. Эти биполярные переходные транзисторы образованы из-за комбинации полупроводниковых диодов, классифицируемых на основе подключенных p-типов и n-типов.

Если два p-типа соединены с ан-типом посередине, это определяется как транзистор P-N-P. Если два n-типа соединены с p-типом посередине, это определяется как транзистор NP-N. Эти N-P-N и P-N-P относятся к категории BJT или называются типами BJT.

Существует еще один тип BJT, который называется транзистором с гетеробиполярным переходом, в котором предпочтение отдается другому полупроводниковому материалу, в зависимости от того, какие различные переходы в транзисторе разработаны. Таким образом, биполярные транзисторы классифицируются.

Перейдите по этой ссылке, чтобы узнать больше о BJT MCQ.0003

Единственная разница между транзисторами P-N-P и N-P-N заключается в том, что движение тока основано на том, что указано стрелками.

Принцип работы биполярного транзистора

Три контакта биполярного транзистора отвечают за формирование соединений эмиттера и базы, а также коллектора и базы. Как известно, переход база-эмиттер находится в прямом смещении, а переход коллектор-база — в обратном смещении. Из-за прямого смещения на базе и эмиттере поток основных носителей происходит от эмиттера к базе.

Так как область основания имеет легкую легированную концентрацию, не все основные носители объединяются, некоторые из них имеют тенденцию течь к коллектору. Таким образом генерируются токи на эмиттере, базе и коллекторе. Генерируемый ток эмиттера представляет собой сумму токов базы и коллектора. Величина генерируемого тока базы меньше по сравнению с токами, генерируемыми на эмиттере и коллекторе.

Принцип работы остается одинаковым как для транзистора P-N-P, так и для транзистора N-P-N, но единственная разница между ними заключается в наличии основных носителей заряда. В P-N-P большинство носителей — дырки, а в N-P-N — электроны.

Эквивалентная схема BJT

Из обсуждения транзисторов становится ясно, что формирование транзистора связано с участием двух диодов, подключенных сзади к нему. Следовательно, эти диоды приводят к образованию двух соответствующих переходов, что также связано с наличием в них клемм.

Представление эквивалентной схемы транзистора P-N-P (BJT)

Следовательно, схема BJT может быть представлена двумя диодами с переходом P-N. Это представляет собой эквивалентную схему BJT.

Смещение биполярного переходного транзистора

Смещение биполярного переходного транзистора представляет собой не что иное, как подачу внешнего напряжения на соответствующие переходы, задействованные в нем. Это смещение приводит к основному процессу транзистора, на основе которого классифицируются области.

(1) Зона отсечки

Поскольку оба перехода транзисторов не питаются от внешнего источника. Следовательно, нет очевидной подачи наблюдаемых напряжений. Сформированная область определяется как область отсечки.

(2) Активная область

При этом один переход должен находиться в режиме прямого смещения, а другой — в режиме обратного смещения. Этот тип области упоминается как активная область. При этом точка q будет находиться в центре кривой характеристики, поэтому она наиболее часто используется во время операций.

(3) Область насыщения

При этом оба перехода должны быть в прямом режиме, то есть в режиме высокой проводимости. Этот тип области называется областью насыщения.

При применении транзистора в качестве ключа предпочтительны режимы отсечки и режимы насыщения. То есть либо он должен работать в полностью включенном режиме, либо в выключенном режиме. Следовательно, эта концепция Q-точки в активной области и в других модах, чтобы сделать ее стабильной, требует смещения.

(1) Фиксированное смещение

Это смещение также называется базовым смещением. В этом типе смещения соединение одного источника питания будет поддерживаться между базой и коллектором с помощью двух резисторов. Если значения сопротивления варьируются в зависимости от него, можно регулировать ток на клеммной базе. Таким образом, также можно контролировать точку Q.

(2) Смещение коллектор-база

В этом случае резистор базы собирается на коллекторе, а не подключается к источнику питания. Этот тип смещения предпочтителен во время стабилизации точки Q по отношению к изменениям температуры.

Если ток коллектора имеет тенденцию к увеличению, это может привести к падению напряжения на резисторе, что приведет к уменьшению значения напряжения на резисторе базы. Таким образом, ток на базе уменьшается одновременно с уменьшением значения тока на коллекторе. Это уменьшит влияние температуры на точку Q, сделав ее стабильной

(3) Самосмещение

Этот тип смещения также называется смещением делителя напряжения. Этот тип смещения является наиболее часто используемым. Резисторы расположены по схеме делителя потенциала. Следовательно, на базовую клемму подается равное или фиксированное количество напряжений. Таким образом, методы смещения для транзисторов классифицируются.

Характеристики биполярного переходного транзистора

Характеристики биполярного транзистора зависят от его конфигурации, классифицируются ли они с общим эмиттером, общей базой и общим коллектором.

Таким образом, сравниваются характеристики различных конфигураций биполярного транзистора.

Коэффициент усиления по напряжению

Коэффициент усиления по напряжению определяется как отношение выходного напряжения к приложенному входному напряжению. Это усиление напряжения зависит от токов, генерируемых в зависимости от его конфигурации и подключенных к нему резисторов.

Коэффициент усиления по току

Отношение тока, генерируемого на выходе, к входному значению тока, называемому коэффициентом усиления по току конкретного транзистора. Наибольшее усиление по току получается при схеме с общим коллектором. При очень меньшем значении коэффициента усиления по напряжению самые высокие коэффициенты усиления по току достигаются в конфигурации с общим коллектором.

Применение BJT

Применение биполярного транзистора в следующем:
1) Это транзисторы, которые предпочтительны в логических схемах.
2) Используется в цепях усиления.
3) Они предпочтительны в колебательных контурах.
4) Предпочтительны в схемах с несколькими вибраторами.
5) В цепях ограничения они предпочтительны для цепей формирования волны.
6) Используется в схемах таймера и схемах задержки времени.
7) Используются в цепях коммутации.
8) Используется в схемах детектора или в качестве демодуляции.

Перейдите по этой ссылке, чтобы узнать больше о MCQ с транзисторно-транзисторной логикой и MCQ со смещением транзистора.

Пожалуйста, перейдите по этой ссылке, чтобы узнать больше об усилителе BJT

Эти транзисторы с биполярным переходом имеют более простую конструкцию. Они считаются основной классификацией транзисторов. Основное применение этого транзистора часто проявляется в качестве переключателей. Причина этого в том, что его конструкция менее сложна по сравнению с другими транзисторами.

Теперь вы можете определить, почему конфигурации в BJT классифицируются и их важность в электронных системах?

BJT: определение, символ, работа, характеристики, типы и применение

Привет, друзья! Я надеюсь, что эта статья покажется вам счастливыми, здоровыми и довольными. Сегодня мы собираемся обсудить один из наиболее широко известных типов транзисторов, о котором вы, возможно, слышали много раз, читая о транзисторах. Исследуемый транзистор — это не что иное, как «транзистор с биполярным переходом», также известный как BJT. В этой статье мы рассмотрим основы транзистора с биполярным переходом, включая его значение, определение, типы, характеристики и области применения. Итак, приступим.

Определение BJT

BJT в его полной форме записывается как транзистор с биполярным переходом, и мы можем определить его как «Транзистор с биполярным переходом представляет собой полупроводниковое устройство с тремя выводами, которое состоит из двух PN-переходов внутри своей структуры и в основном используется для усиления тока».

История транзистора с биполярным переходом_ BJT

До появления транзисторов с биполярным переходом в очень дорогих электронных схемах использовались вакуумные лампы, которые также были доступны в виде триода, который представлял собой трехполюсное устройство, подобное транзистору. тогда.
Ламповые триоды оставались раскрученной вещью почти полвека, но они занимали много места и были менее надежны в использовании, другим существенным недостатком было увеличение осложнений, связанных с током, напряжением и т. д. увеличение количества вакуумных триодов в схеме.
Поэтому, когда ученые покончили с управлением электронами внутри вакуумной трубки и ее непослушным поведением, они начали изобретать другие способы запуска и управления цепями.
Наконец, в 1947 году усилиями Джона Уолтера и Бардина было создано грубое устройство с двухточечным контактом, которое было далеко не современным биполярным транзистором, но заложило основу для конструкции твердотельного транзистора, когда раньше все был вакуум!
После этого малоизвестного предприятия Уильям Шокли предпринял успешную попытку создать транзистор с биполярным переходом, сжав вместе пластины из полупроводниковых материалов.
И знаете что? Уильям Шокли, Джон Уолтер и Бардин были удостоены Нобелевской премии за свои достижения в 1956 году.
Изобретение транзисторов с биполярным переходом произвело невообразимую революцию в мире электроники.
До последних десятилетий 19-го века биполярные транзисторы изготавливались индивидуально в виде отдельных компонентов и отдельных устройств, но позже, с изобретением интегральных схем, в мире произошла еще одна электронная революция.

Характеристики BJT

Вот некоторые особенности транзисторов с биполярным переходом;

BJT, под которым мы подразумеваем биполярный переходной транзистор, является устройством, управляемым током, позже вы узнаете, как оно работает. Продолжай читать!
Как следует из названия, BJT является биполярным устройством, что означает, что он использует как электроны, так и дырки в качестве носителей заряда для выполнения своей функции.

Символ BJT

Транзистор с биполярным переходом, коротко известный как BJT, состоит из следующих трех компонентов;

Основание
Излучатель
Коллектор
Все три компонента представлены нижеприведенным символом B, E и E.

См. приведенную ниже схему, на которой показаны символы транзисторов с биполярным соединением NPN и PNP;

Направление тока указано направлением стрелки.
Символы для разных типов BJT соответственно различаются, не путайте себя, когда увидите два или более немного отличающихся друг от друга!

Принцип работы транзистора с биполярным переходом

Принцип работы транзистора NPN и PNP почти одинаков, оба они отличаются проводимостью тока через носители заряда на основе большинства и меньшинства носителей заряда.
Транзистор с биполярным переходом NPN имеет большинство носителей заряда в виде электронов.
Транзистор с биполярным переходом PNP имеет большую часть носителей заряда в виде дырок.
Протекание тока не является результатом основных носителей заряда, несмотря на их количество, протекание тока обусловлено неосновными носителями заряда в транзисторе с биполярным переходом, поэтому их также называют устройствами с неосновными носителями.
Переход эмиттер-база всегда смещен в прямом направлении.
Переход коллектор-база, представленный CB, всегда смещен в обратном направлении.
Ток эмиттера записывается как IE=IB + IC
Если мы считаем, что базовый ток очень мал в реальных измерениях, то мы можем сказать, что; IE~IC

Типы биполярных транзисторов

Поскольку мы уже знаем основные компоненты биполярного переходного транзистора, теперь мы обсудим его тип. Биполярный переход Транзистор имеет следующие два типа;

Биполярный транзистор NPN
Биполярный транзистор PNP

На приведенном ниже изображении показаны типы BJT и их использование для разных целей;

Теперь мы подробно обсудим оба этих типа.

1. Биполярный транзистор NPN

Как видно из названия, в транзисторе с биполярным переходом NPN полупроводник p-типа зажат между двумя полупроводниками n-типа, как ломтик сыра между двумя сторонами булочки. Обратитесь к приведенной ниже диаграмме для лучшего понимания;

Согласно общепринятым правилам, когда ток проходит в определенный компонент транзистора, он помечается как положительный, а когда он выходит из компонента, он помечается как отрицательный. Как мы уже знаем, NPN-транзистор состоит из двух PN-переходов, выполненных сплавлением двух n-полупроводников с одним p-полупроводником. Область эмиттера n-типа сильно легирована из-за того, что она должна передавать носители заряда на базу. База не сильно легирована и очень тонкая по сравнению с эмиттером и коллектором, представьте себе размер ломтика сыра по сравнению с булочками! Он переносит носители заряда на соответствующий коллектор. Коллектор транзистора NPN умеренно легирован и, как следует из названия, собирает носители заряда с базы. Работа биполярного транзистора NPN

Рассмотрим следующую принципиальную схему, чтобы понять, как работает биполярный транзистор NPN.

Как уже было сказано, биполярный транзистор NPN имеет два PN перехода, поэтому для прямого смещения мы соединяем переход база-эмиттер с источником питания VBE.
Соединение коллектор-база, представленное соединением CE, смещено в обратном направлении за счет подачи напряжения VCB.
Область истощения двух PN-соединений различается по размеру, вы помните, что такое область истощения? Проще говоря, область обеднения противостоит протеканию тока, она действует как барьер или блок для протекания тока и является областью, где нет мобильных электронов. Взгляните на приведенную ниже диаграмму,

Вы, должно быть, задумались, почему область эмиттер-база имеет меньшую область обеднения, а переход коллектор-эмиттер шире? Позвольте мне решить это для вас, это связано с тем, что область база-эмиттер смещена вперед!
Биполярный переход типа NPN Транзистор имеет большую часть электронов, когда переход эмиттер-база смещен в прямом направлении, электроны начинают течь к базе, которая слегка легирована, только несколько электронов будут соединяться с базовыми отверстиями, а остальные затем они отправятся к коллектору. Ток возникает из-за неосновных носителей заряда, как мы обсуждали ранее.
Ток, протекающий через переход эмиттер-база, называется током эмиттера IB, а ток, протекающий через базу, называется током базы и обозначается IB.
Базовый ток IB очень ограничен по сравнению с другими типами тока, присутствующими в цепи.
Оставшиеся электроны, пропустившие рекомбинацию, проходят через область коллектор-база к коллектору, который создает ток коллектора IC.
Ток эмиттера записывается как; IE = IB + IC

Биполярный транзистор PNP

Биполярный транзистор PNP состоит из двух слоев полупроводника p-типа, между которыми находится слой полупроводника n-типа.
Вход для тока — эмиттерная клемма в биполярном переходном транзисторе PNP.
Базовый эмиттерный переход, представленный EB, в этом случае смещен в прямом направлении.
На параллельных линиях коллекторно-базовый переход, представленный CB, смещен в обратном направлении.
Ток эмиттера IE положительный, тогда как ток базы IB и ток коллектора IC отрицательный.
Когда мы говорим о напряжении, VEB напряжение базы эмиттера положительное, тогда как VCB и VCE отрицательные.
NPN и PNP работают по одному и тому же принципу, разница у них только в основных и неосновных носителях заряда. Можете ли вы определить ток, протекающий в PNP-транзисторе, по изображению, приведенному ниже?

ВАХ биполярного транзистора

Чтобы изучить входные характеристики, выходные характеристики и общие токовые характеристики, нам необходимо понять различные конфигурации транзисторов с биполярным переходом. Существует три типа конфигураций биполярных транзисторов, перечислим все три;

Общая базовая конфигурация
Конфигурация с общим эмиттером
Конфигурация с общим коллектором
Во-первых, есть ли у вас какое-либо представление о характеристиках транзистора с биполярным переходом или каковы они? И как мы их определяем? Проще говоря, ВАХ транзистора с биполярным соединением — это просто графическое представление тока и напряжения транзистора.
Чтобы изучить характеристики транзистора с биполярным переходом, мы рассмотрим различные режимы транзистора с биполярным переходом, которые вы видите на кривых.

Режимы работы транзистора с биполярным переходом

Есть три основных области, в которых работает биполярный транзистор;

Активная область
Насыщенная область
Зона отсечки

Активная область транзистора с биполярным переходом

In Активная область транзистора с биполярным переходом, в котором область коллектора-базы смещена в прямом направлении, а переход эмиттер-база смещен в обратном направлении.
В активной области биполярного переходного транзистора транзистор работает как усилитель.

Насыщенная область транзистора с биполярным переходом

В области насыщения биполярный переходной транзистор пропускает ток насыщения после достижения максимального значения порогового напряжения. В области насыщения наш биполярный переходной транзистор работает как переключатель, выключатель, а ток коллектора практически равен току эмиттера.

Зона отсечки биполярного переходного транзистора

Как видно из названия, в этой области коллекторного тока в цепи нет. Транзистор закрыт, а коллектор находится в состоянии обратного смещения. Изображение, приведенное ниже, отражает общую историю напряжения BJT в разных регионах;

Поскольку мы закончили с областями и режимами, в которых работает наш транзистор с биполярным переходом, давайте обсудим различные конфигурации и их входные и выходные характеристики.

Общая базовая конфигурация биполярного транзистора

В конфигурации с общей базой базовая клемма биполярного переходного транзистора соединена с входной и выходной клеммами транзистора.

Входные характеристики Конфигурация биполярного транзистора с общей базой

Входные характеристики построены между током эмиттера IE и напряжением эмиттер-база VEB для различных значений напряжения коллектор-база VCB.

На графике четко прослеживается тенденция: эмиттерный базовый переход смещен в прямом направлении, поэтому эмиттерный ток IE увеличивается с увеличением значения VEB по мере увеличения напряжения коллекторной базы VCB.

Выходные характеристики биполярного транзистора с общей базой

Выходные характеристики биполярного транзистора с общей базой построены между выходным напряжением VCB и выходным током IC. Для лучшего понимания следуйте приведенному ниже графику.

Изменение тока эмиттера IE приводит к изменению значений тока коллектора IC.
Ток эмиттера IE и базовое напряжение эмиттера VEB имеют положительное значение, поскольку область смещена в прямом направлении.
На графике можно наблюдать активную область, фазу, в которой транзистор работает при максимальном потенциале.

Конфигурация с общим эмиттером биполярного транзистора

В конфигурации биполярного транзистора с общим эмиттером эмиттерная клемма подключается как к входной, так и к выходной клеммам, что вы уже знаете! Не так ли?

Входные характеристики Конфигурация с общим эмиттером биполярного транзистора

График для конфигурации с общим эмиттером биполярного транзистора построен между базовым током IB и напряжением базового эмиттера VBE для возрастающих значений коллектор-эмиттер напряжение, как вы можете видеть на графике ниже;

Из построенного графика ясно видно, что значение тока базы увеличивается с увеличением значения напряжения база-эмиттер.

Выходные характеристики Конфигурация с общим эмиттером биполярного транзистора

Для конфигурации с общим эмиттером выходные характеристики строятся между током коллектора IC и переменными значениями напряжения коллектор-эмиттер VCE.
На графике представлена работа биполярного транзистора в трех областях, а именно в области насыщения, активной области и области отсечки.
Активная область — это область, в которой ток увеличивается с напряжением, но не достигает своего максимального значения.
Область насыщения представляет ток насыщения, когда напряжение достигает своего максимального значения. Сможете ли вы найти все упомянутые регионы на приведенном выше графике?

В области отсечки область эмиттера смещена в обратном направлении с минимальной величиной тока.

Ранний эффект в биполярном транзисторе

Вот еще один важный термин, который следует обсудить при обсуждении выходных характеристик биполярного транзистора, который известен как Ранний эффект биполярного транзистора. Это явление занимает важное место. когда мы говорим о ВАХ биполярного транзистора. Итак, без дальнейших задержек давайте посмотрим, что такое Early Effect в BJT?
Как некоторые из вас могли предположить, что Ранний эффект является одним из ранних проявлений коллекторного тока или чего-то подобного, позвольте мне лопнуть ваш пузырь, это определенно неправда! Ранний эффект в транзисторе с биполярным переходом назван в честь ученого Джеймса М. Эрли.
Ранним эффектом в биполярном переходном транзисторе является изменение эффективной ширины базовой области за счет приложения напряжения коллектор-база VCB.
Принципиальная схема, приведенная ниже, представляет ранний эффект в транзисторе с биполярным переходом;

Вызывает увеличение обратного смещения перехода коллектор-база или, проще говоря, усиливает обратное смещение перехода коллектор-база, вызывая значительное уменьшение ширины области базы биполярного транзистора.
Ранний эффект довольно важен для выходных характеристик конфигурации с общим эмиттером и общим коллектором.
Из-за раннего эффекта в транзисторе с биполярным переходом ток коллектора, представленный IC, увеличивается за счет увеличения напряжения коллектор-эмиттер VCE.
Для лучшего понимания рассмотрите следующий график.

Конфигурация с общим коллектором биполярного транзистора

Вы можете просмотреть следующие имена конфигурации общего коллектора, у всех нас есть псевдонимы и альтернативные имена, и то же самое касается этой конфигурации;

Конфигурация с заземленным коллектором
Цепь повторителя напряжения
Цепь эмиттерного повторителя

В конфигурации с общим коллектором биполярного транзистора клемма коллектора остается общей на входной и выходной клеммах схемы, поскольку мы находимся в конце нашего обсуждения, можете ли вы сказать, какая клемма является входной, а какая выходной терминал?
Входная клемма — это место, где подается входной сигнал для базы, а выходная клемма — это точка, где получается выходной сигнал между коллектором и эмиттером.
Важно отметить, что конфигурация с общим коллектором имеет очень высокое входное сопротивление.

Входные характеристики Конфигурация с общим коллектором биполярного транзистора

Входные характеристики для конфигурации с общим коллектором биполярного транзистора построены между базовым током IB и напряжением базового коллектора VBC. Обратитесь к следующему графику для лучшего понимания,

Ток базы IB представлен по оси y, а напряжение коллектор-база VCB представлено по оси x.
Выходное напряжение VBC увеличивается с увеличением значения IB, вы можете следить за графиком для лучшего понимания.

Выходные характеристики биполярного транзистора с общим коллектором

Выходные характеристики схемы с общим коллектором нанесены между током эмиттера IE и напряжением эмиттер-коллектор VCE. Следуйте графику для лучшего понимания;

Выходное напряжение VCE отображается для различных значений от нуля до максимального диапазона.
Вы можете наблюдать различные области для выходных значений, такие как область насыщения, активная область и область отсечки на графике. Надеюсь, теперь вы имеете четкое представление о том, что представляют эти области. Это те же соответствующие значения, которые мы изучали ранее в конфигурации эмиттер-коллектор.

Сравнение биполярного транзистора с другими транзисторами

Поскольку в последнее время мы обсуждали транзисторы, давайте сравним транзисторы с биполярным переходом с другими типами доступных транзисторов, таких как полевой транзистор FET и MOSFET, полевой транзистор на основе оксида металла и полупроводника. Следующий раздел поможет вам найти четкую разницу между BJT и FET.

BJT vs FET/JFET

Прежде всего, оба этих транзистора принадлежат к двум разным семействам транзисторов.
Транзистор с биполярным переходом, как следует из названия, является биполярным, а JFET/FET — униполярным. Если вы не имеете никакого представления об униполярных и биполярных транзисторах, позвольте мне сказать вам, что они названы в честь процесса проводимости, в котором участвует только один тип носителей заряда, получивший название униполярных транзисторов, и тот, который требует обоих типов заряда. носители электроны, а также дырки, они называются биполярными транзисторами.
— это устройство, управляемое током, а FET — устройство, управляемое напряжением.
Биполярные транзисторы немного шумнее, чем полевые транзисторы.
имеют более высокое входное сопротивление, чем полевые транзисторы.
Транзисторы с биполярным переходом имеют меньшую термическую стабильность, чем полевые транзисторы
Существуют три функциональных компонента биполярного переходного транзистора, называемые базой, эмиттером и коллектором, в то время как полевой транзистор имеет разные компоненты, называемые базой, истоком и стоком.
больше по размеру, чем JFET.
Транзисторы с биполярным переходом дешевле полевых транзисторов.

Как вы, возможно, уже знаете, полевые транзисторы Junction Field Effect Transistors являются типом полевых транзисторов, поэтому я не сделал отдельный заголовок для сравнения BJT сначала с полевыми транзисторами в целом, а затем по отдельности с JFET и MOSFET. Сравнение — это вор радости, поэтому этот предстоящий раздел о сравнении биполярных транзисторов будет последним для транзисторов с биполярным переходом. Давайте начнем;

БЮТ и МОП-транзистор

Давайте теперь сравним транзисторы с биполярным переходом с MOSFET;

BJT обозначает транзистор с биполярным соединением, а MOSFET обозначает полевые транзисторы на основе оксида металла.
Транзистор с биполярным соединением — это устройство, управляемое током, а полевой МОП-транзистор — устройство, управляемое напряжением.
Транзистор с биполярным переходом состоит из трех компонентов, называемых эмиттер-коллектор и база, в то время как полевой МОП-транзистор состоит из четырех компонентов: корпуса, истока, стока и затвора.
Выходом биполярного транзистора можно управлять, контролируя базовый ток, а выходом MOSFET можно управлять, контролируя напряжение затвора.
Биполярный переход Транзистор имеет отрицательный температурный коэффициент, в то время как МОП-транзистор имеет положительный температурный коэффициент.
Оба транзистора с биполярным переходом и МОП-транзистор используются для переключения, но транзистор с биполярным переходом имеет низкую частоту переключения, в то время как МОП-транзистор с высокой частотой переключения.
является биполярным устройством, а полевой МОП-транзистор — униполярным устройством.
Биполярный переход Транзистор имеет высокое входное сопротивление, в то время как МОП-транзистор имеет низкое входное сопротивление.
Биполярный переход Транзисторы немного шумнее, чем МОП-транзисторы.
Биполярный переход Транзисторы используются в слаботочных приложениях, тогда как МОП-транзисторы используются в приложениях с высокой мощностью.
предпочтительнее для промышленного использования по сравнению с транзисторами с биполярным переходом из-за их более высокой эффективности.

Если вам нужен подробный обзор MOSFET, вы можете прочитать нашу подробную статью по этой теме, включая определение, типы, работу и приложения.

Применение транзистора с биполярным переходом

Когда мы закончили обсуждение основ и типов биполярных транзисторов, давайте обсудим некоторые из их применений. Мы уже знаем, что транзисторы с биполярным переходом просты и дешевле в производстве с меньшей эффективностью, чем другие современные транзисторы, такие как MOSFET, но все еще есть области, где используются только биполярные транзисторы, потому что, как говорится, старое — это золото! Давайте перейдем к последнему сегменту нашего обсуждения Биполярные транзисторы имеют бесчисленное множество применений, но вот краткий список, который вы должны пройти, прежде чем мы подробно изучим применение транзисторов с биполярным переходом;

BJT можно использовать в схемах ограничения, для подробного обзора этого вы можете прочитать нашу статью о транзисторах.
используются для демодуляции сигнала.
Мы используем BJT для усиления тока из-за его характеристик усиления по току.
Высокочастотные приложения, такие как радиочастоты, также включают транзисторы с биполярным переходом.
используются в дискретных схемах из-за их доступности и низкой стоимости производства.
часто используются в аналоговых схемах.

Теперь пришло время подробно обсудить применение биполярного транзистора;

1. BJT как коммутатор

Вы можете легко догадаться, как BJT может работать как коммутатор, поскольку мы уже подробно обсуждали его работу. Давайте кратко рассмотрим процесс;
Когда мы должны использовать биполярный транзистор в качестве переключателя, нам нужно держать нашу схему в напряжении, т. е. мы должны постоянно изменять ток между фазой насыщения и фазой отсечки биполярного транзистора. Можете ли вы вспомнить обе фазы? В случае, если вы не можете прокрутить вверх и прочитать его снова.
В фазе отсечки происходит обратное смещение перехода коллектор-база, и мы не получаем никакого тока.
Между тем, в фазе насыщения биполярного переходного транзистора он работает на своем максимальном потенциале.
Когда биполярный переходной транзистор работает в области насыщения, в цепи нет падения напряжения и он пропускает максимальный ток в соответствии с его определенной емкостью, в этом состоянии мы принимаем его как замкнутый переключатель.
На параллельных линиях в области отсечки ток отсутствует из-за обратного смещения, поэтому можно сказать, что наш биполярный переходной транзистор работает как открытый ключ.
Теперь вы знаете, как наш транзистор с биполярным переходом, также известный как BJT, работает в качестве переключателя.

2. Биполярный транзистор в качестве усилителя

Если вы помните характеристики биполярного транзистора, вы, возможно, помните, что биполярный транзистор действует как усилитель, когда он работает в области насыщения.
Коэффициент усиления по току транзисторов с биполярным переходом зависит от альфа- и бета-характеристик транзистора.
Из-за огромного коэффициента усиления по току биполярный переходной транзистор используется в усилителях в разных конфигурациях, которые мы уже подробно обсуждали, можете вспомнить какую-нибудь из них? Не беспокойтесь, я снова перечисляю их троих;
Конфигурация с общей базой
Конфигурация с общим эмиттером
Конфигурация с общим коллектором

3. Биполярные переходные транзисторы в логических элементах

Кто не был в мире логических элементов, если он или она так или иначе связаны с миром электроники! Я всегда был в отношениях любви-ненависти с логическими воротами.

Логика с эмиттерной связью

Биполярные переходные транзисторы являются важной частью ECL, логики с эмиттерной связью.
ECL никогда не работают в режиме насыщения, они имеют высокий входной импеданс и низкий выходной импеданс.
Ток продолжает течь между парой ECL, следовательно, каждый вентиль постоянно потребляет ток, можете ли вы назвать какие-либо недостатки, которые это может вызвать? Позвольте мне решить это для вас, ECL рассеивает больше энергии, чем другие семейства транзисторов.
Логика, связанная с эмиттером, также называется;

Логика текущего режима CML
Логика эмиттерного повторителя переключателя тока CSEMFL
Логика текущего режима CML

Слияние МОП-транзистора и биполярного транзистора

Другая новинка, получившая широкую известность, — это слияние МОП-транзистора и биполярного транзистора, создающее BiCMOS, биполярную КМОП-структуру, в которой используются преимущества как транзистора с биполярным переходом, так и МОП-транзистора.
Если вы пытаетесь понять значение этой буквы C в BiCMOS, пожалуйста, не открывайте новую вкладку, я дам вам знать, это означает комплементарный металл-оксид-полупроводник, спасибо позже!

4.

Транзисторы с биполярным переходом в качестве логарифмического преобразователя

Изменения в переходах BJT являются логарифмическими, так как мы уже знаем, что напряжение нашего база-эмиттер меняется с изменением нашего алгоритма тока в коллектор-эмиттер и тока база-эмиттер при разных режимах смещения.
Таким образом, благодаря этой особенности и предсказуемости биполярных транзисторов, мы можем легко создать биполярный транзистор для вычисления логарифмов и антилогарифмов в любой схеме.
Вы, должно быть, думаете, что для этой цели мы можем визуализировать и диод, почему мы не используем вместо него диод? Ответ заключается в высокой гибкости схемы и стабильности транзистора с биполярным переходом, чего не может обеспечить диод.

5. Биполярные транзисторы в датчиках температуры

В предыдущем разделе мы обсуждали, что температурный коэффициент для биполярных транзисторов мал, поэтому благодаря этому свойству их можно использовать в качестве датчиков температуры.
Теперь вы, должно быть, думаете, как мы можем это сделать на практике, ведь есть простой метод измерения температуры.
Переход база-эмиттер BJT имеет очень стабильную и предсказуемую функцию передачи тока, которая зависит от температуры, поэтому транзисторы с биполярным переходом используются в датчиках температуры.
Существует следующая зависимость между током и напряжением двух переходов при разных температурах;

В вышеупомянутом уравнении;

К — постоянная Больцмана
T — температура в Кельвине
VBE — ток базового эмиттера
IC1 и IC2 — выходной ток при одинаковой температуре на двух разных переходах.

Итак, друзья, этот последний сегмент приложений BJT завершает наше обсуждение транзистора с биполярным переходом. Я предполагаю, что вы узнали что-то новое из статьи, я знаю, что некоторые части также немного трудны для понимания, особенно если вы читаете ее в первый раз, но не волнуйтесь, по-человечески невозможно понять все. сразу же, дайте ему еще один шанс, даже если это биполярный транзистор или что-то еще в вашей жизни, второй поворот никому не повредит! Скоро увидимся с другим обсуждением, Хорошего дня впереди!

Биполярные переходные транзисторы (BJT) | mbedded.ninja

Содержание

Обзор

Биполярные переходные транзисторы (BJT) представляют собой активные электрические полупроводниковые компоненты с тремя ножками. Они ведут себя как усилитель тока, усиливая небольшой ток база-эмиттер (BE) в больший ток коллектор-эмиттер (CE).

Транзисторы BJT были вторым типом транзисторов, которые массово производились (заменив транзистор типа A), сначала в очень больших количествах ¹ .

Они используются для изготовления таких вещей, как усилители, переключатели, линейные регуляторы, токовые зеркала и цифровая логика.

Типы

BJT бывают двух видов: NPN или PNP. Они оба имеют три вывода: коллектор (C), базу (B) и эмиттер (E).

Различия между типами транзисторов NPN и PNP аналогичны типам N-Channel и P-Channel MOSFET.

Схематические обозначения

Схематические обозначения транзисторов NPN и PNP показаны ниже:

Условные обозначения для транзисторов NPN и PNP. Обратите внимание, что коллектор и эмиттер имеют перевернутые положения для PNP, как это обычно изображается на схемах.

Обратите внимание, что коллектор и эмиттер перевернуты для PNP (по сравнению с NPN), так они обычно рисуются на схемах.

Стрелка всегда находится на эмиттерной ножке BJT. Чтобы различить их, стрелка на NPN указывает на от транзистора на , стрелка на PNP указывает на по отношению к транзистор.

Иногда вы увидите транзисторы, нарисованные без кругов вокруг них, они обозначают то же самое, что и символы выше.

Как они работают

BJT сделаны из куска кремния. Они представляют собой либо тонкий слой полупроводника P-типа, зажатый между двумя слоями полупроводника N-типа (NPN), либо, наоборот, тонкий слой полупроводника N-типа, зажатый между двумя слоями полупроводника P-типа (PNP).

Биполярная часть их названия происходит от того факта, что они проводят с использованием как основных, так и неосновных носителей заряда.

Характеристики BJT

Характеристики BJT — это семейство кривых, которые показывают, как BJT реагирует на различные токи и напряжения на его клеммах. Обычно два параметра изменяются, в то время как третий остается постоянным. Характеристики BJT можно разбить на:

Входные характеристики: Как $I_{B}$ меняется с $V_{BE}$ , при константе $V_{CE}$ ² .
Передаточные характеристики: Как $I_C$ изменяется с $I_B$ при константе $V_{CE}$ .
Выходные характеристики: Как $I_C$ изменяется с $V_{CE}$ , при константе $I_B$ .
Взаимные характеристики: Как $I_C$ изменяется с $V_{BE}$ ³ .

Выходные характеристики

Характеристическая выходная кривая для BJT показывает изменение тока коллектора $I_C$ при изменении напряжения коллектор-эмиттер $V_{CE}$ при фиксированном токе базы $I_B$ . Эта кривая показана для ряда базовых токов, чтобы покрыть диапазон рабочих точек, и, как правило, вы можете интерполировать кривые для вашего конкретного базового тока, если это необходимо.

На приведенном ниже рисунке показаны смоделированные передаточные характеристики популярного транзистора 2N2222 BJT. $I_C$ отображается в зависимости от $V_{CE}$ для диапазона базовых токов $I_B$ в диапазоне от 0 до 5 мА:

Выходные передаточные характеристики (моделированные) для 2N2222 БЖТ.

(файл моделирования Micro-Cap: Circuit.cir)

Важные параметры

Бета и коэффициент усиления (B, hfe)

коэффициент усиления по току ), обычно при измерении с биполярным транзистором в конфигурации с общим эмиттером. Используются несколько различных выигрышей и символов, поэтому важно знать, о каком именно выигрыше идет речь:

$\beta$ : Коэффициент усиления постоянного тока (большой сигнал)
$H_{fe}$ (или $h_{FE}$ ): Коэффициент постоянного ) усиление, часть модели H-параметров (гибридных параметров) (такая же, как $\beta$ ). Также иногда записывается как $h_{21}$
$h_{fe}$ : усиление слабого сигнала, часть модели H-параметров

Все они зависят от некоторых других параметров, таких как как ток коллектора и температура, но обычно усиление рассматривается как константа. Главное помнить не следует ожидать, что коэффициент усиления по току будет равен точному числу даже между одним и тем же биполярным транзистором из одной и той же производственной партии .

\начать{выравнивание} I_C = \бета I_B \end{align}

$FE$ часть двух усилений H-параметров представляет:

$F$ : F или усиление тока

common- E mitter

Температура оказывает большое влияние на коэффициент усиления BJT.

Раннее напряжение (Ва)

Обозначение: $V_A$

Раннее напряжение — это параметр, используемый для определения Раннего эффекта . Ранний эффект описывает небольшое увеличение тока коллектора при увеличении напряжения коллектор-эмиттер (при работе биполярного транзистора в области насыщения). По мере увеличения $V_{CE}$ на BJT обратное смещение на $V_{CB}$ переход увеличивается (это просто PN переход в обратном смещении при типичной работе). Это увеличивает обедненную область этого перехода, что уменьшает эффективную ширину основания . Поскольку ток насыщения обратно пропорционален эффективной ширине базы, увеличение $V_{CE}$ приводит к увеличению $I_C$ .

Влияние напряжения коллектор-эмиттер на ток коллектора определяется следующим уравнением:

\begin{выравнивание} I_C = I_{C(sat)} ( 1 + \frac{V_{CE}}{V_A} ) \end{align}

где:$V_A$ Раннее напряжение

Раннее напряжение может быть получено из графиков $I_C$ и $V_{CE}$ . Если вы экстраполируете активную часть кривой (за коленом) обратно туда, где линия пересекает ось x, это даст вам отрицательное значение раннего напряжения, $-V_A$ . Не имеет значения, какой базовый ток $I_B$ , все кривые должны пересекать ось x в одной и той же точке. Следующий график показывает это:

График зависимости Vce от Ic, показывающий, как раннее напряжение является экстраполяцией кривых (в активной области) обратно к пересечению оси x.

(файл моделирования Micro-Cap: Early-voltage.cir)

Micro-Cap с транзистором QNB использовался для моделирования этих кривых $I_C$ и $V_{CE}$ . Эта модель имела раннее напряжение VAF , установленное на 45V , что хорошо согласуется с экстраполированными кривыми и пересечением оси x.

В моделях SPICE переменная VAF обычно используется для обозначения раннего напряжения (обозначает прямое раннее напряжение ). {-19{\circ}C\) , $V_T$ примерно равно $25 мВ$ . $25 мВ$ — достаточно хорошее приближение для теплового напряжения во многих сценариях без учета фактической температуры перехода. Тепловое напряжение используется в гибридной пи-модели биполярного транзистора.

Модели транзисторов BJT

Модель транзистора Ebers-Moll

TODO: Добавить информацию здесь

Модель гибридного пи-транзистора

частоты. Существует несколько вариантов модели гибридного пи, самым простым из которых является линеаризованная версия с малым сигналом. Она также известна как модель Джаколетто в честь Л. Дж. Джаколетто, который разработал ее в 1919 году.69 ⁴ .

Линеаризованная гибридная пи-модель для слабого сигнала

Линеаризованная гибридная пи-модель для слабого сигнала является упрощением полной гибридной пи-модели.

Упрощенная модель биполярного транзистора типа Hybrid-Pi.

Входы (независимые переменные) модели:

Малосигнальное напряжение база-эмиттер $v_\pi$
Малосигнальное напряжение коллектор-эмиттер $v_{CE}$

Исходя из этого, модель рассчитывает следующие выходные данные (зависимые переменные):

Ток базы слабого сигнала $i_B$
Ток коллектора слабого сигнала $i_C$

крутизна $g_m$ может быть рассчитана при (v_{ce} = 0\) ) ⁴ :

\begin{align} g_m &= \слева. \frac{i_C}{v_{BE}} \right|_{v_{ce}=0} \nonumber \\ \label{eq:gm-ic-vt} &= \frac{I_C}{V_T} \\ \end{align}

где:$I_C$ — ток коллектора смещения постоянного тока (не ток коллектора слабого сигнала)$V_T$ — тепловое напряжение (дополнительную информацию см. выше)

Сопротивление между базой и эмиттером, если смотреть в базу, $r_{\pi}$ , равно ⁴ :

\begin{align} r_{\pi} &= \влево. \frac{v_b}{i_{be}}\right|_{v_{ce}=0} \nonumber \\ \label{eq:rpi-vt-ib} &= \frac{V_T}{I_B} \\ \end{align}

Почему мы указываем «с учетом базы» при указании сопротивления между базой и эмиттером? Неужто это то же самое, что «заглянуть в излучатель»? Для компонента с двумя выводами, такого как базовый резистор, это было бы верно. Но для компонента с тремя выводами, такого как BJT, ток, входящий в базу, не совпадает с током, выходящим из эмиттера. Таким образом, при расчете кажущегося сопротивления, несмотря на то, что напряжение между базой и эмиттером одинаково, ток зависит от того, «смотрите» ли вы на базу или эмиттер.

Используя $h_{fe} = \frac{I_C}{I_B}$ и $Eq. \ref{eq:gm-ic-vt}$ , мы можем заменить $ Уравнение \ref{eq:rpi-vt-ib}$ для перезаписи $r_{\pi}$ :

\begin{align} r_{\pi} &= \frac{h_{fe}}{g_m} \\ \end{align}

Выходное сопротивление, $r_O$ , можно найти с помощью ⁴ :

\begin{align} r_{O} &= \слева. \frac{v_{ce}}{i_c} \right|_{v_{be}=0} \nonumber \\ &= \frac{1}{I_C}(V_A + V_{CE}) \nonumber \\ &\приблизительно \frac{V_A}{I_C} \\ \end{выравнивание}

Ток через вывод базы ( $I_b$ ) и ток через вывод коллектора ( $I_c$ ) всегда суммируются, чтобы дать ток через вывод эмиттера ( $I_e$ ).

\начать{выравнивание} I_e = I_b + I_c \end{align}

Поскольку ток коллектора обычно намного больше, чем ток базы, в большинстве случаев вы можете рассматривать ток коллектора и ток эмиттера как равные.

\начать{выравнивание} I_e \ приблизительно I_c \end{align}

Как правило, транзисторы NPN полезны для заземления. Транзисторы PNP полезны для подключения устройств к шине питания.

NPN требуют небольшого положительного напряжения база-эмиттер для создания тока, который течет в базу. Этот ток, умноженный на коэффициент усиления транзистора, определяет ток коллектор-эмиттер (ну, если быть технически правильным, максимальный ток коллектора ). Из-за этого транзистор NPN будет работать только тогда, когда и база, и коллектор имеют более высокое напряжение, чем эмиттер.

Транзистор PNP будет проводить только тогда, когда и база, и коллектор имеют отрицательное напряжение относительно эмиттера.

Переключение верхнего и нижнего плеча с помощью биполярных транзисторов

Транзисторы NPN подходят для переключения нижнего плеча. Вы можете подключить коллектор к отрицательному концу нагрузки, эмиттер к земле и управлять базой с помощью цифрового сигнала низкого/высокого уровня через резистор (сигнал базы низкий/земля = нагрузка выключена, высокий сигнал базы = нагрузка включена).

Однако транзисторы NPN нельзя использовать в качестве простого переключателя верхнего плеча, так как эмиттер поднимается до напряжения нагрузки верхнего плеча. Чтобы удерживать NPN-транзистор в состоянии насыщения, это означает, что базовое напряжение должно быть равно выше, чем напряжение нагрузки верхней стороны , что обычно нецелесообразно (для преодоления этого иногда используются зарядовые насосы, но чаще это наблюдается при использовании N-канальных МОП-транзисторов в качестве переключателей верхней стороны). Обычно вы хотели бы использовать PNP-транзистор для переключения верхнего плеча.

BJT Circuits

Усилитель с общим эмиттером
Усилитель с общим коллектором

Усилитель с общей базой

0674 , а иногда просто сокращенно CB или GB ) является одной из трех основных топологий однокаскадного усилителя BJT. База BJT соединена с землей и используется совместно с выходным сигналом, отсюда и «общая база». Входной сигнал подается на эмиттер, а выходной – на коллектор. Он не так популярен в дискретных низкочастотных схемах, как BJT-усилители с общим коллектором или общим эмиттером.

Базовая схема усилителя NPN BJT с общей базой показана ниже, за исключением компонентов смещения постоянного тока:

Принципиальная схема усилителя с общей базой NPN BJT. Компоненты смещения постоянного тока не показаны.

Обратите внимание, что приведенная выше схема нереалистична, поскольку не показывает компоненты смещения постоянного тока, однако она полезна для иллюстрации основного принципа работы усилителя. На следующей схеме показан усилитель с общей базой с компонентом смещения постоянного тока:

Схема усилителя с общей базой NPN BJT с компонентами смещения постоянного тока.

Входное сопротивление

Входное сопротивление слабого сигнала усилителя BJT с общей базой равно:

\begin{align} r_{in} &= \frac{v_{in}}{i_{in}} \\ &= \frac{v_e}{i_e} \\ &= \frac{i_e \cdot (r’e\,||\,R_E)}{i_e} &\text{Замена $v_e$} \\ &= r’e\,||\,R_E &\text{отмены $i_e$} \end{align}

Обзор топологии базового усилителя BJT

Топология	Коэффициент усиления по напряжению (AV)	Коэффициент усиления по току (AI)	Input Resistance	Output Resistance
Common-emitter	Moderate (-Rc/Re)	Moderate (B)	High	High
Common-collector	Low (approx . 1)	Moderate (B + 1)	High	Low
Common-base	High	Low	Low	High

Constant-Current Sink

Биполярные транзисторы могут быть сконфигурированы для отвода относительно постоянной величины тока, которая не зависит от выходного напряжения. Это может быть полезным способом управления светодиодом от микроконтроллера с постоянным током, независимо от того, какой источник напряжения используется для управления светодиодом. Приемники и источники тока BJT хороши для простых и дешевых ситуаций, когда высокая точность не является целью игры. Если вам нужна высокая точность, лучше всего построить сток тока из операционного усилителя.

Схема моделирования драйвера светодиодов постоянного тока на основе BJT.

Приведенная выше схема была разработана для управления светодиодом с током 10 мА, когда биполярный транзистор управляется микроконтроллером, работающим на $+3,3 В$ . Поскольку $+3,3В$ подается на базу NPN-транзистора, транзистор всегда будет включаться ровно настолько, чтобы напряжение на эмиттере было на $0,7В$ меньше, т.е.

\начать{выравнивание} V_e = V_b — 0,7В \end{align}

Так как мы знаем, что напряжение эмиттера будет $+2.6V$ , мы можем выбрать правильный резистор, $R_1$ , чтобы получить желаемый ток светодиода (помните, что ток из эмиттера почти равен току в коллекторе).

\начать{выравнивание} R_1 = \frac{V_e}{I_{LED}} \end{align}

Итак, если нам нужен ток светодиода 10 мА, это означает, что нам нужно $R1 = 260\Omega$ . Ближайшее значение E12 — $270\Omega$ .

Обратите внимание, что ток светодиода не зависит от $+12V$ . $+12V$ может измениться, скажем, на $+9В$ а ток светодиода по прежнему будет $10мА$ . Ток, потребляемый микроконтроллером в базе транзистора, будет очень низким (где-то около $100 мкА$ ).

Ниже приведены результаты моделирования для приведенной выше схемы, показывающие, что ток светодиода действительно составляет $10 мА$ . Оно работает!

[[constant-current-bjt-based-led-driver-simulation-results]]

Результаты моделирования драйвера светодиодов постоянного тока на основе BJT.

Использование резисторного делителя для управления базой

Резисторный делитель может простым способом управлять базой NPN-приемника тока, если вам не требуется активное управление. Это хорошо работает, если напряжение питания известно и стабильно, поскольку ток будет колебаться в зависимости от напряжения питания (если это будет проблемой, рассмотрите возможность использования схемы на основе Зенера для управления базой NPN BJT). Схемы конструкции показаны ниже.

Потребитель тока NPN BJT, использующий резистивный делитель для управления базой.

Методика расчета:

Выбрать резистор-делитель $R_1$ и $R_2$ , чтобы обеспечить напряжение на базе транзистора в районе $2,0- 5,0$ В. Я выбираю $R_1 = 10k\Омега$ , так как это стандартное сопротивление, а затем $R_2 = 2,2к\Омега$ , чтобы получить $V_B = 2,16В). $ . При этом используется стандартное правило делителя сопротивления, которое предполагает, что от резисторного делителя через базу транзистора проходит незначительный ток.
Вычтите $0,7 В$ из $V_B$ , чтобы получить $V_E$ . В этом случае $V_E = 1,46 В$ .
Размер $R_E$ для установки желаемого тока вашего текущего приемника. Используя закон Ома, $R_E = \frac{V_E}{I}$ . В данном случае мы хотели, чтобы $2 мА$ управляли светодиодом, поэтому:
\begin{align} R_E &= \frac{1.46V}{2mA} \nonumber \\ &= 730\Омега\номер\\ &= \примерно 732 \, \text{(ближайший E96 значение)} \end{align}

В качестве проверки работоспособности убедитесь, что выходное сопротивление резистивного делителя намного меньше, чем входное сопротивление, если смотреть на базу биполярного транзистора (в противном случае выход резисторного делителя будет значительно загружен, и его выход напряжение упадет). То есть:

\begin{align} Р_1 || R_2 &\ll\beta R_E\номер\\ \frac{10k\Omega \cdot 2.2k\Omega}{10k\Omega + 2.2k\Omega} &\ll 100 \cdot 732\Omega \nonumber \\ 1,80к\Омега &\ll 73,2к\Омега \end{выравнивание}

Вышеупомянутое уравнение верно, поэтому эта конструкция должна работать как хороший приемник тока. используется для управления током во втором биполярном транзисторе, который используется для подачи того же тока на нагрузку. Токовые зеркала, показанные ниже, построены на биполярных транзисторах, но можно использовать и другие активные транзисторы, такие как полевые МОП-транзисторы. На изображении ниже показано базовое текущее зеркало на основе PNP BJT.

Базовое токовое зеркало на основе PNP, запрограммированное на подачу 1 мА в нагрузку. Q1 и Q2 должны представлять собой согласованную пару транзисторов, чтобы добиться хорошего отражения тока.

Процедура проектирования:

Принять решение о текущей программе, $I_P$ . Это также будет ток через нагрузку. Мы будем использовать это значение позже! Для этого примера мы выберем $1 мА$ .
Найдите напряжение на $R_1$ , ничего такого $Q_1$ имеет падение напряжения на диоде $0,7В$ от эмиттера к базе (при подключении эмиттера к $V_{CC}$ ), при этом база и коллектор $Q_1$ соединены вместе и, следовательно, имеют одинаковое напряжение:
\begin{align} V_{R1} &= 12В — 0,7В \номер \\ &= 11,3 В \end{align}
Установить сопротивление $R_1$ по закону Ома:
\begin{align} R_1 &= \frac{V_{R1}}{I_P} \nonumber \\ &= \frac{11.3V}{1mA} \nonumber \\ &= 11.3k\Омега \end{выравнивание}
Готово!

Дополнительные сведения см. на странице Текущие зеркала.

Умножители емкости

Перейдите в раздел Умножители емкости, чтобы узнать, как биполярные транзисторы используются в умножителях емкости.

Обычные биполярные транзисторы

Ассортимент биполярных транзисторов BC , включая BC547 и BC548 , представляет собой очень распространенные недорогие биполярные транзисторы общего назначения, с которыми вы столкнетесь как в любительской, так и в профессиональной электронике. Они возникли с BC108 семейство транзисторов в металлическом корпусе.

2N2222 : Впервые представлен Motorola на съезде IRE 1962 года (с использованием новой технологии STAR) ⁵ . С тех пор 2N2222 производился рядом разных производителей. Дополнительная пара к PNP 2N2907.
BC547 : То же, что и BC548, но с более высоким напряжением пробоя.
BC548 : Транзистор NPN, используемый для коммутации и усиления. Подходящая замена для 2N2222 до макс. номинальное напряжение/ток не превышены.
BC549 : Версия BC548 с низким уровнем шума.

Фотография вездесущего биполярного транзистора BC548 в корпусе TO-92. Изображение с https://www.dnatechindia.com/bc-548-npn-transistor-buy-online-india.html.

BJT с несколькими коллекторами и несколькими эмиттерами

BJT с несколькими эмиттерами и несколькими коллекторами — это специальные типы BJT, которые имеют более одного эмиттера или более одного коллектора.

Схематическое обозначение биполярного транзистора с несколькими эмиттерами.

В случае биполярного транзистора с несколькими коллекторами общий ток коллектора $I_{C,tot}\,$ задается базовым током $I_B$ . Если все коллекторы имеют одинаковый размер (кремний физически имеет одинаковый размер), то ток равномерно распределяется по всем коллекторам.

Биполярный транзистор с несколькими эмиттерами может использоваться для реализации логики И. Биполярный транзистор с несколькими эмиттерами является неотъемлемой частью входной схемы ТТЛ И (например, интегральных схем серии 7400). Они были введены в схему цифровой логики для замены диодов диодно-транзисторная логика (DTL) с преимуществом меньшего времени переключения и меньшей рассеиваемой мощности.

Схема базового логического элемента TTL NAND с двумя входами.

BJT с несколькими эмиттерами также использовались в более старых (например, 1960-х годов) ОЗУ. Например, первая микросхема Intel, 3101 (64 бита ОЗУ!), содержит несколько эмиттерных BJT как часть схемы защелки с двумя состояниями, которая содержит один бит информации . Один эмиттер используется для выбора ячейки для чтения или записи, а другой эмиттер используется для чтения или записи данных. Посмотрите отличный разбор микросхемы в блоге Кена Ширриффа.

Обратный активный режим

Используя гистерезис регулирования напряжения биполярного транзистора в обратном активном режиме, его можно использовать для создания простой однотранзисторной светодиодной мигающей лампы

Зона безопасной работы биполярного транзистора

BJT определяет область напряжения и тока, в которой BJT может безопасно работать, не вызывая повреждений . Обычно определяется следующими пределами:

Максимальный ток коллектора 9Что такое второй отказ?, вторичный отказ] (применимо только к силовым BJT)

Типичное представление зоны безопасной эксплуатации (SOA) BJT. Обычно рисуется несколько кривых, одна для постоянного тока и несколько для импульсов различной длины. Оба $V_{CE}$ и $I_C$ расположены на логарифмических осях.

Что такое второй пробой?

Второй отказ (он же второй отказ ) — это ограничение SOA, которое обычно возникает только для силовых BJT, предназначенных для работы с высокими напряжениями и токами. При больших напряжениях и токах в рабочей области устройства BJT могут возникать горячие точки. Поскольку BJT имеет отрицательный температурный коэффициент, эти горячие точки могут вызвать тепловой разгон и разрушить BJT.

Первоначально считалось, что вторичный пробой является проблемой, характерной только для устройств BJT, а не для других транзисторов, таких как MOSFET. Однако, благодаря недавним технологическим усовершенствованиям, полевые МОП-транзисторы стали производиться с высокой крутизной и могут столкнуться с аналогичной проблемой при работе в линейном режиме ⁶ .

Транзисторные тестеры

Многие старые портативные мультиметры содержат тестеры транзисторов для тестирования BJT-транзисторов в популярном корпусе TO-92 со сквозными отверстиями (вы должны увидеть 3 или 4 маленьких отверстия на передней панели с буквами, похожими на CBE).

Я также нашел это старое устройство «Micronta Transistor Tester» на TradeMe много лет назад, я купил его исключительно из интереса (Micronta является брендом, принадлежащим Radio Shack):

Передняя коробка.

Передняя панель.

Внутренняя схема.

Внешние ресурсы

Это отличное видео о двух не очень распространенных конфигурациях смещения транзисторов.

Если вы ищете кусочек истории и некоторую информативную информацию о транзисторах, проверьте 1964 издание Руководства по транзисторам GE.

Ссылки

PBS (1999). Эволюция транзистора . Получено 10 января 2022 г. с https://www.pbs.org/transistor/background1/events/trnsevolution.html. ↩︎
Byju’s. Характеристики транзистора . Получено 15 августа 2022 г. с сайта https://byjus.com/physics/characteristics-of-a-transistor/. ↩︎
Learnabout Electronics (2020, 29 декабря). Узнайте об электронике — транзисторы с биполярным переходом (BJT) . Получено 15 августа 2022 г. с сайта https://learnabout-electronics.org/Semiconductors/bjt_05.php. ↩︎
Википедия (2020, 22 марта). Гибридная модель Pi . Получено 14 августа 2022 г. с https://en.wikipedia.org/wiki/Hybrid-pi_model. ↩︎ ↩︎ ↩︎ ↩︎
http://www.semiconductormuseum.com/Transistors/Motorola/Haenichen/Haenichen_Page11.htm, получено 20 июня 2021 г. ↩︎
Википедия. Зона безопасной работы . Получено 23 августа 2021 г. с https://en.wikipedia.org/wiki/Safe_operating_area ↩︎ 9.0003

Типы биполярных транзисторов

Ниже приведены два типа биполярных транзисторов (BJT);

Биполярный транзистор NPN.
PNP биполярный транзистор.

Транзистор с биполярным переходом NPN

В транзисторе NPN ток проводится электронами в качестве основных носителей заряда, а дырки являются неосновными носителями заряда. Дырки имеют положительный заряд, а электроны – отрицательный.

Транзистор NPN состоит из двух полупроводниковых материалов n-типа, разделенных тонким слоем полупроводника p-типа.

Транзистор NPN имеет три вывода: эмиттер, базу и коллектор. Он имеет два перехода PN, а именно переход база-эмиттер (BE) и переход коллектор-база (CB).

Биполярный транзистор NPN чаще всего используется, потому что подвижность электронов выше, чем подвижность дырок.

NPN Биполярный переходной транзистор

Принцип работы:

Транзистор NPN в режиме прямого смещения, т. е. переход эмиттер-база (E-B) транзистора смещен в прямом направлении от батареи V _EE переход коллектор-база (C-B) смещен в обратном направлении от батареи батарея В _СС.

Если напряжение V _EB превышает барьерный потенциал, который составляет 0,7 В для кремниевых и 0,3 В для германиевых транзисторов, то переход эмиттер-база (E-B) смещен в прямом направлении.

При прямом смещении на эмиттерно-базовом переходе из-за основных носителей в n-типе свободные электроны текут к p-базе, что составляет эмиттерный ток I _Э .

Достигнув области базы, свободный электрон соединяется с дыркой в базе. Электроны объединяются с дырками в базовой области, они составляют базовый ток I _B .

Большинство электронов не соединяются с дырками в базовой области. Потому что база слаболегированная и очень тонкая.

Большая часть электронов диффундирует в область коллектора и образует ток коллектора I _C .

Коллекторный ток создается за счет электронов, инжектируемых из области эмиттера, также называется инжектируемым током.

Таким образом, почти весь эмиттерный ток протекает в коллекторной цепи.

Условные направления тока эмиттера I _E, тока базы I _B и тока коллектора I _C, как показано на рисунке выше.

I _E = I _B + I _C

The base current is very small as compared to the collector current, so

I _E = I _C

Транзистор с биполярным соединением NPN

Транзистор с биполярным соединением PNP

В транзисторе PNP ток проводится через дырки в качестве основных носителей заряда, а электроны являются неосновными носителями заряда.

Транзистор PNP состоит из двух полупроводников p-типа, разделенных тонким слоем полупроводника n-типа.

Транзистор PNP имеет три вывода: эмиттер, базу и коллектор. Он имеет два перехода PN, а именно переход база-эмиттер (BE) и переход коллектор-база (CB).

PNP-транзистор с биполярным соединением

Принцип работы:

Принцип действия PNP-транзистора аналогичен NPN-транзистору.

На рис. показан транзистор NPN в режиме прямого смещения, т. е. переход эмиттер-база (E-B) транзистора смещен в прямом направлении от батареи V _EE переход коллектор-база (C-B) смещен в обратном направлении от батареи V _СС .

При смещении в прямом направлении эмиттерного базового перехода из-за основных носителей, то есть дырок в эмиттерной области, они текут к базовой области. Это составляет ток эмиттера I _E .

После пересечения перехода эмиттер-база (E-B) дырки достигают области базы и объединяются с основными носителями, то есть дырками, присутствующими в области базы. Дырки объединяются со свободными электронами в базе, и ток течет, хотя это называется базовым током I _Б .

Большая часть дырок не объединяется с электронами в базовой области. Это связано с тем, что основа слегка легирована и очень тонкая.

Из-за этого дырки не получили достаточно электронов для рекомбинации. Следовательно, большинство дырок возвращаются в область коллектора, ток, производимый в этой области, равен току коллектора I _C .

Этот коллекторный ток также называется инжектируемым током, потому что этот ток возникает из-за инжекции дырок из этой области.

Из-за термически генерируемых носителей существует еще одна небольшая составляющая коллекторного тока. Эта составляющая тока называется обратным током насыщения (I _CO ) и довольно мала.

Таким образом, почти весь эмиттерный ток I _E протекает в коллекторной цепи.

В ПНП токопровод через отверстия. Однако во внешних соединительных проводах ток по-прежнему осуществляется свободными электронами.

Условные направления эмиттерных токов I _E , токи базы I _B и токи коллектора I _E соответственно на рис. Токи эмиттера представляют собой сумму токов базы и коллектора.

I _E = I _B + I _C

Ток базы очень мал по сравнению с током коллектора.

I _E = I _C

PNP Биполярный переходной транзистор

БИПОЛЯРНЫЙ ТРАНЗИСТОР — proacttechnology

В Учебники по диодам мы видели, что простые диоды состоят из двух частей. полупроводниковый материал для формирования простого pn-перехода, и мы также узнали о их свойства и характеристики.

Если мы Теперь соедините вместе два отдельных сигнальных диода вплотную друг к другу, это даст нам два PN-перехода, соединенных вместе последовательно, которые имеют общую клемму P или N . Слияние этих двух диодов дает три слоя, два перехода, три оконечное устройство, составляющее основу Биполярный узел Транзистор или BJT для краткости.

Транзисторы представляют собой три оконечных активных устройства, изготовленных из различных полупроводниковых материалов. который может действовать как изолятор или проводник при применении малое напряжение сигнала. Способность транзистора переключаться между этими двумя состояний позволяет ему выполнять две основные функции: «переключение» (цифровой электроника) или «усиление» (аналоговая электроника). Затем биполярный транзисторы могут работать в трех разных областях:

· Активная область – транзистор работает как усилитель и Ic = β*Ib

· Насыщенность – Транзистор полностью включен, работает как переключатель, и Ic = I (насыщение)

· Отсечка – Транзистор находится в состоянии «Полностью ВЫКЛ», работает как переключатель, а Ic = 0

A Типовой
Биполярный транзистор

слово транзистор это комбинация двух слов переносной варистор , которая описывает их режим работы еще в их Первые дни развития электроники. Существует два основных типа биполярного конструкция транзистора, PNP и NPN, которая в основном описывает физическое устройство Полупроводниковые материалы P-типа и N-типа, из которых они изготовлены.

Биполярный Транзистор в базовой конструкции состоит из двух PN-переходов, создающих три соединительных терминала, каждому терминалу присвоено имя для его идентификации от двух других. Эти три терминала известны и помечены как Излучатель ( E ), База (B) и Коллектор (C) соответственно.

Биполярный Транзисторы — это устройства регулирования тока, которые контролируют величину тока. протекающий через них от излучателя к клеммам коллектора пропорционально к величине напряжения смещения, приложенного к их базовой клемме, таким образом действуя как выключатель с током. Как небольшой ток, втекающий в базу терминал контролирует гораздо больший ток коллектора, формирующий основу действие транзистора.

Принцип работы двух типов транзисторов PNP и NPN заключается в следующем. точно такие же, единственная разница заключается в их смещении и полярности блок питания для каждого типа.

Биполярный Конструкция транзистора

символы конструкции и схемы для биполярных PNP и NPN транзистора приведены выше со стрелкой в символе схемы, всегда показывающей направление «условного протекания тока» между базовой клеммой и ее терминал эмиттера. Направление стрелки всегда указывает от положительного Область P-типа к отрицательной области N-типа для обоих типов транзисторов точно то же, что и для стандартного символа диода.

Биполярный Конфигурации транзисторов

Как Биполярный транзистор представляет собой трехконтактный устройство, существует три основных возможных способа подключения его к электронная схема с одной клеммой, общей как для входа, так и для выхода. Каждый метод соединения по-разному реагирует на свой входной сигнал в пределах схема, поскольку статические характеристики транзистора меняются с каждой схемой договоренность.

· Общая базовая конфигурация – имеет Усиление по напряжению, но без усиления по току.

· Общий эмиттер Конфигурация – имеет текущие и Усиление напряжения.

· Общий коллектор Конфигурация – имеет текущее усиление, но не Усиление напряжения.

Конфигурация с общей базой (CB)

Как ее название предполагает, что в конфигурации Common Base или с заземленной базой соединение BASE является общим как для входного сигнала, так и для выходного сигнала. Входной сигнал подается между базой транзисторов и выводами эмиттера, а соответствующий выходной сигнал снимается между базой и коллектором клеммы, как показано. Базовая клемма заземлена или может быть подключена к фиксированная точка опорного напряжения.

входной ток, протекающий в эмиттер, довольно велик, так как это сумма обоих ток базы и ток коллектора соответственно, следовательно, коллектор выходной ток меньше, чем входной ток эмиттера, что приводит к току усиление для этого типа схемы «1» (единица) или меньше, другими словами, общий базовая конфигурация «ослабляет» входной сигнал.

Цепь транзистора с общей базой

Это тип конфигурации усилителя — схема усилителя неинвертирующего напряжения, в том, что напряжения сигналов Vin и Vout «синфазны». Такое расположение транзисторов не очень распространен из-за необычно высоких характеристик усиления по напряжению. Его ввод характеристики представляют собой диод со смещением в прямом направлении, в то время как выход характеристики соответствуют освещенному фотодиоду.

Также этот тип конфигурации биполярного транзистора имеет высокое отношение выходной мощности к входное сопротивление или, что более важно, «нагрузочное» сопротивление ( RL ) к «входному» сопротивлению ( Rin ), что дает ему значение «Усиление сопротивления». Тогда напряжение усиление (среднее) поэтому для общей базовой конфигурации указывается:

Общий Базовое усиление по напряжению

Где: Ic/Ie – коэффициент усиления по току, альфа ( α ) и РЛ/Рин – это усиление сопротивления.

схема с общей базой обычно используется только в схемах однокаскадного усилителя таких как микрофонный предусилитель или радиочастотный ( Rƒ ) усилитель из-за его очень хорошей высокочастотной характеристики.

Конфигурация с общим эмиттером (CE)

In общий эмиттер или заземленный эмиттер конфигурация, входной сигнал подается между базой и эмиттером, в то время как выход берется между коллектором и эмиттером, как показано. Этот тип конфигурации является наиболее часто используемой схемой для транзистора. на основе усилителей и который представляет собой «обычный» метод биполярного транзистора связь.

конфигурация усилителя с общим эмиттером обеспечивает наибольший ток и мощность коэффициент усиления всех трех конфигураций биполярных транзисторов. Это в основном потому, что входной импеданс НИЗКИЙ, так как он подключен к PN-переходу со смещением в прямом направлении, в то время как выходное сопротивление ВЫСОКОЕ, так как оно взято из обратного смещения PN-переход.

Схема усилителя с общим эмиттером

В этом тип конфигурации, ток, вытекающий из транзистора, должен быть равен к токам, втекающим в транзистор, поскольку ток эмиттера задан как Ie = Ic + Ib.

Как сопротивление нагрузки ( R _L ) включено последовательно с коллектором, ток коэффициент усиления схемы транзистора с общим эмиттером довольно велик, так как отношение Ic/Ib. А коэффициент усиления по току транзисторов обозначается греческим символом бета (β).

Как ток эмиттера для конфигурации с общим эмиттером определяется как Ie = Ic + Ib, отношение Ic/Ie называется альфа, учитывая греческий символ α. Примечание: значение Альфы всегда будет меньше единицы.

С электрическое соотношение между этими тремя токами, Ib, Ic и Ie, определяется физической конструкцией самого транзистора, любое небольшое изменение тока базы ( Ib ) приведет к гораздо большему изменению тока коллектора. ток ( Ic ).

Затем, Таким образом, небольшие изменения тока, протекающего в базе, будут контролировать ток в цепь эмиттер-коллектор. Как правило, бета-версия значение от 20 до 200 для большинства транзисторов общего назначения. Итак, если транзистор имеет бета-значение скажем, 100, то один электрон будет течь от базовой клеммы на каждые 100 электроны, протекающие между терминалом эмиттер-коллектор.

По комбинируя выражения для альфа, α и бета, β математическое соотношение между этими параметрами и поэтому коэффициент усиления по току транзистора можно определить как:

Где: «Ic» — текущий ток. в клемму коллектора, «Ib» ток, протекающий в базовую клемму, и «Ie» ток, вытекающий из вывода эмиттера.

Затем в подытожим немного. Этот тип конфигурации биполярного транзистора имеет большую входное сопротивление, коэффициент усиления по току и мощности, чем у общей базы конфигурации, но его коэффициент усиления по напряжению намного ниже. Общий эмиттер конфигурация представляет собой схему инвертирующего усилителя. Это означает, что полученный выходной сигнал имеет 180 ^o фазовый сдвиг с относительно сигнала входного напряжения.

Конфигурация с общим коллектором (CC)

В Common Коллектор или конфигурация с заземленным коллектором, коллектор теперь общий через поставку. Входной сигнал подключается непосредственно к базе, в то время как выход берется от нагрузки эмиттера, как показано. Этот тип Конфигурация широко известна как повторитель напряжения , повторитель напряжения или эмиттер . Цепь повторителя .

конфигурация с общим коллектором или эмиттерным повторителем очень полезна для приложений согласования импеданса из-за очень высокого входного импеданса, в области сотен тысяч Ом при относительно низком выходное сопротивление.

Цепь транзистора с общим коллектором

схема с общим эмиттером имеет коэффициент усиления по току примерно равный значение β самого транзистора. В общем коллекторе В конфигурации сопротивление нагрузки включено последовательно с эмиттером, поэтому его ток равен току эмиттера.

Как ток эмиттера представляет собой комбинацию тока коллектора и базы. В совокупности сопротивление нагрузки в этом типе конфигурации транзистора также имеет как ток коллектора, так и входной ток базы, протекающий через Это. Тогда усиление по току схемы определяется как:

Общий коэффициент усиления по току коллектора

Это Тип конфигурации биполярного транзистора представляет собой неинвертирующую схему, в которой напряжения сигналов Vin и Vout «синфазны». Он имеет усиление по напряжению всегда меньше «1» (единицы). Сопротивление нагрузки общего коллекторный транзистор получает токи базы и коллектора, давая большой коэффициент усиления по току (как и в конфигурации с общим эмиттером), следовательно, обеспечивает хорошее усиление тока с очень небольшим коэффициентом усиления по напряжению.

Мы можем теперь суммируем различные отношения между отдельными транзисторами постоянного тока токи, протекающие через каждую ногу, и ее коэффициенты усиления по постоянному току, указанные выше в следующую таблицу.

Отношения между постоянным током и усилением

Биполярный Сводка транзисторов

Затем Подводя итог, поведение биполярного транзистора в каждом из вышеперечисленных конфигурации схемы очень разные и производят разные схемы характеристики в отношении входного импеданса, выходного импеданса и усиления будь то усиление по напряжению, усиление по току или усиление по мощности, и это суммируется в таблице ниже.

Биполярный Конфигурации транзисторов

с обобщенные характеристики различных конфигураций транзисторов приведены в следующей таблице:

Характеристика	Общий Базовый	Общий Излучатель	Общий Коллектор
Вход Импеданс	Низкий	Средний	Высокий
Выход Импеданс	Очень Высокий	Высокий	Низкий
Фаза Смена	0 ^или	180 ^или	0 ^или
Напряжение Получите	Высокий	Средний	Низкий
Текущий Получите	Низкий	Средний	Высокий
Мощность Получите	Низкий	Очень Высокий	Средний

В следующий урок о биполярных транзисторах г. , мы рассмотрим NPN-транзистор в более подробно при использовании в конфигурации с общим эмиттером в качестве усилителя, как это наиболее широко используемая конфигурация из-за ее гибкости и высокой прирост. Мы также построим кривые выходных характеристик, обычно связанные со схемами усилителя в зависимости от тока коллектора на базу Текущий.

Факты о транзисторе с биполярным переходом: режимы работы и характеристики0125

Определение BJT

Типы BJT
Конфигурации
Применение
Advantages & DisaDvantages
Advantages & DisaDvantages
и DisaDvantages
и DisaDvantages
и DisaDvantages
и DisaDvantages
.

Определение транзистора с биполярным переходом:

Транзистор с биполярным переходом (также известный как BJT) представляет собой полупроводниковый прибор особого типа с тремя выводами, состоящими из p-n переходов. Они способны усиливать сигнал, а также управлять током, т. е. называются токоуправляемыми устройствами. Три терминала: База, Коллектор и Эмиттер.
Типы биполярных транзисторов:
Существует два типа биполярных транзисторов:
Транзистор P-N-P.
Транзистор N-P-N.
BJT состоит из трех частей: эмиттера, коллектора и базы. Здесь переходы на основе эмиттера смещены в прямом направлении, а переходы на основе коллектора смещены в обратном направлении.
Транзистор с биполярным соединением PNP:
Эти типы транзисторов имеют две p-области и одну n-область. Область n зажата между двумя областями p.
Транзистор с биполярным соединением NPN:
«Транзистор NPN — это тип транзистора с биполярным соединением (BJT), который состоит из трех выводов и трех слоев и функционирует как усилитель или электронный переключатель».

NPN BJT с переходом E–B прямого смещения и переходом B–C с обратным смещением в БЖТ?

В конфигурации с обратным смещением коллекторный переход увеличивается, эффективная базовая область уменьшается. При некотором обратном смещении коллекторного перехода область обеднения перекрывает базу, уменьшая эффективную ширину базы до нуля. По мере того как коллекторное напряжение проникает в базу, потенциальный барьер на эмиттерном переходе снижается. В результате протекает чрезмерно большой эмиттерный ток. Это явление известно как сквозной удар.

Применение транзистора с биполярным переходом:

Есть так много приложений BJT, некоторые из них-

В логических схемах BJT используется.
Биполярный транзистор используется в качестве усилителя.
Этот тип транзисторов используется в качестве переключателей.
Для проектирования цепей ограничения предпочтителен биполярный переходной транзистор для цепей формирования волны.
В схемах демодуляции также используются BJT.

Преимущества и недостатки транзистора с биполярным переходом:

Биполярный транзистор — это один из типов силовых транзисторов. Он используется в усилителях, мультивибраторах, генераторах и т. д. Помимо достоинств, у биполярного транзистора есть и несколько недостатков, а именно:

Достоинства –

Биполярный транзистор имеет лучший коэффициент усиления по напряжению.
BJT имеет высокую плотность тока.
Более высокая пропускная способность
BJT обеспечивает стабильную работу на более высоких частотах.

Недостатки-

Биполярный переходной транзистор имеет низкую термическую стабильность.
Обычно производит больше шума. Таким образом, схема подвержена шуму.
Имеет небольшую частоту переключения.
Время переключения BJT не очень быстрое.

Характеристики транзистора биполярного соединения:

Транзисторные характеристики —

Моды транзистора:

0125 CE (общий эмиттер)

CC (общий коллектор)

CB-общая база, CE-общий эмиттер и CC-общий коллектор Режим транзисторов PNP и NPN обсуждался следующим образом: 900

Входные характеристики:
Входные характеристики транзистора построены между током эмиттера и напряжением эмиттер-база, при этом напряжение коллектор-база является постоянным.
Выходные характеристики:
Выходная характеристика транзистора построена между током коллектора и напряжением коллектор-база с постоянным током эмиттера.
Выходные характеристики распределены по разным секциям:
Активная область –
В этом активном режиме все переходы смещены в обратном направлении, и через схему не проходит ток. Следовательно, транзистор остается в выключенном состоянии; работать как открытый выключатель.
Область насыщения –
В этом режиме насыщения оба перехода смещены в прямом направлении, и ток проходит через схему. Следовательно, транзистор остается во включенном состоянии; работать как закрытый выключатель.
Область отсечки –
В этом режиме отсечки один из переходов смещен в прямом направлении, а другой – в обратном. Этот режим отсечки используется для текущего усиления.
CB (общая база)
В режиме общей базы база заземлена. Соединение E-B подключено при прямом смещении во время стандартной работы; входные характеристики аналогичны p-n диоду. я _E увеличивается с увеличением |V _CB |. Если функциональное напряжение при |В _СВ | увеличивается, размер обедненной области на переходе CB увеличивается, тем самым уменьшая эффективную базовую область. «Изменение эффективной ширины базы» в зависимости от напряжения, приложенного к клемме коллектора, называется ранним эффектом.
В режиме CB база заземлена
Из узлового анализа известно,
I _E =I _B +I _C
Now, α= the ratio of I _C & I _E
So, α=I _C /I _E
I _C = αI _E
I _E = I _B + αi _E
I _B = I _E (1- α α) 9937 = I _E (1- α) 99937 = I _E (1- α)
7 = I _E (1- α)
7 = I _E (1- α)
7 = _E (1- α)
7 _e (1- α)
9.937. напряжение В _EB с выходным напряжением В _CB в качестве параметра.
Входная характеристика кремниевого транзистора с общей базой: Изображение предоставлено: Мишель Бакни, Входная характеристика кремниевого транзистора с общей базой-en, CC BY-SA 4. 0
Выходная характеристика кремниевого транзистора с общей базой: Изображение предоставлено Мишелем Бакни. , Выходная характеристика кремниевого транзистора с общей базой-ru, CC BY-SA 4.0
CE (общий эмиттер)
В режиме CE эмиттер заземлен, а входное напряжение подается между эмиттером и базой, а выход измеряется от коллектор и эмиттер.
β=ratio between I _C & I _B
β=I _C /I _B
I _C = βI _B
I _E =I _B + βI _B
I _E =I _B (1+ β)
9000 схема. Входной ток I _B соответствует напряжению V _BE с выходным напряжением V _CE в настоящее время. Это связано с увеличением ширины области обеднения на переходе коллектор-эмиттер.