Първият биполярен транзистор е изобретен през 1947 г. в лабораториите на Bell. „Две полярности“ е съкратено като биполярен, откъдето идва и името Биполярен транзистор на свързване. BJT е три терминално устройство с колектор (C), основа (B) и излъчвател (E). Идентифицирането на терминалите на транзистор изисква диаграмата на пина на конкретна BJT част, тя ще бъде налична в листа с данни. Има два типа BJT - NPN и PNP транзистори. В този урок ще говорим за NPN транзисторите. Нека разгледаме двата примера за NPN транзистори - BC547A и PN2222A, показани на изображенията по-горе.
Въз основа на производствения процес конфигурацията на щифтовете ще се промени и подробностите ще бъдат налични в съответния лист с данни. Тъй като мощността на транзистора се увеличава, необходимият радиатор трябва да бъде прикрепен към тялото на транзистора. Безпристрастен транзистор или транзистор без потенциал, приложен на клемите, е подобен на два диода, свързани обратно към гърба, както е показано на фигурата по-долу.
Диодът D1 има свойство на обратна проводимост, базирано на пряката проводимост на диод D2. Когато токът преминава през диода D2, диодът D1 усеща тока и пропорционален ток ще бъде допуснат да тече в обратна посока от терминала на колектора към терминала на емитер, при условие че по-голям потенциал е приложен към терминала на колектора. Пропорционалната константа е коефициентът на усилване (β).
Работа на NPN транзистори:
Както беше обсъдено по-горе, транзисторът е устройство, контролирано от ток, което има два слоя за изчерпване със специфичен бариерен потенциал, необходими за дифузия на изчерпващия слой. Бариерният потенциал за силициев транзистор е 0.7V при 25 ° C и 0.3V при 25 ° C за германиев транзистор. Най-често използваният тип транзистор е тип силиций, тъй като силиций е най-разпространеният елемент на земята след кислорода.
Вътрешна работа:
В изграждането на NPN транзистора е, че колектора и емитера региони са легирани с п-тип материал и долната област е легиран с малък слой от р-тип материал. Емитерната зона е силно легирана в сравнение с колекторната област. Тези три региона образуват две кръстовища. Те са кръстовище колектор-база (CB) и кръстовище база-емитер.
Когато се прилага потенциален VBE през връзката Base-Emitter, нарастваща от 0V, електроните и дупките започват да се натрупват в областта на изчерпване. Когато потенциалът се увеличи над 0.7V, бариерното напрежение се достига и се получава дифузия. Следователно, електроните текат към положителния терминал и базовите токови потоци (IB) са противоположни на електронния поток. Освен това токът от колектор към емитер започва да тече, при условие че напрежението VCE се подава към клемата на колектора. Транзисторът може да действа като превключвател и усилвател.
Работен регион спрямо режим на работа:
1. Активен регион, IC = β × IB - Работа на усилвателя
2. Област на насищане, IC = ток на насищане - превключване (напълно включено)
3. Област на отрязване, IC = 0 - Превключване (напълно изключено)
Транзистор като превключвател:
За обяснение с PSPICE е избран модел BC547A. Първото важно нещо, което трябва да имате предвид, е да използвате резистор за ограничаване на тока в основата. По-високите базови токове ще повредят BJT. От листа с данни максималният ток на колектора е 100mA и се дава съответно усилване (hFE или β).
Стъпки за избор на компоненти, 1. Намерете колектора на тока на колектора, тока, консумиран от вашия товар. В този случай това ще бъде 60mA (релейна намотка или паралелни светодиоди) и резистор = 200 ома.
2. За да се приведе транзисторът в състояние на насищане, трябва да се подаде достатъчно базов ток, така че транзисторът да е напълно включен. Изчисляване на базовия ток и съответния резистор, който ще се използва.
За пълно насищане базовият ток се приближава до 0,6 mA (Не е твърде висок или твърде нисък). По този начин по-долу е схемата с 0V към базата, по време на която превключвателят е в състояние OFF.
а) PSPICE симулация на BJT като превключвател и б) еквивалентно състояние на превключвателя
Теоретично превключвателят е напълно отворен, но практически може да се наблюдава изтичане на ток на утечка. Този ток е незначителен, тъй като те са в pA или nA. За по-добро разбиране на управлението на тока, транзисторът може да се разглежда като променлив резистор през колектор (C) и емитер (E), чието съпротивление варира в зависимост от тока през основата (B).
Първоначално, когато през базата не протича ток, съпротивлението през CE е много високо, че през него не протича ток. Когато се приложи потенциал от 0.7V и по-горе в базовия терминал, BE връзката се дифузира и причинява дифузия на CB връзката. Сега токът тече от колектор към емитер въз основа на печалбата.
а) PSPICE симулация на BJT като превключвател и б) еквивалентно състояние на превключвателя
Сега нека видим как да контролираме изходния ток, като контролираме базовия ток. Като се има предвид IC = 42mA и следвайки същата формула по-горе, получаваме IB = 0,35mA; RB = 14.28kOhms ≈ 15kOhms.
а) PSPICE симулация на BJT като превключвател и б) еквивалентно състояние на превключвателя
Вариацията на практическата стойност от изчислената стойност се дължи на спада на напрежението в транзистора и използвания резистивен товар.
Транзистор като усилвател:
Усилването е преобразуването на слаб сигнал в използваема форма. Процесът на усилване е важна стъпка в много приложения като безжични предадени сигнали, безжични получени сигнали, Mp3 плейъри, мобилни телефони и др., Транзисторът може да усили мощност, напрежение и ток при различни конфигурации.
Някои от конфигурациите, използвани в усилвателните вериги, са
- Усилвател с общ емитер
- Усилвател с общ колектор
- Усилвател с обща база
От горните типове често срещаният тип излъчвател е популярната и най-често използвана конфигурация. Операцията се извършва в активна област, пример за това е едностепенна схема на усилвател с общ емитер. Стабилната точка на отклонение от постоянен ток и стабилното усилване на променлив ток са важни при проектирането на усилвател. Името едностепенен усилвател, когато се използва само един транзистор.
По-горе е дадена едностепенна усилвателна схема, където слаб сигнал, подаден в базовия терминал, се преобразува в β, по-голям от действителния сигнал в терминала на колектора.
Частна цел:
CIN е свързващият кондензатор, който свързва входния сигнал към основата на транзистора. По този начин този кондензатор изолира източника от транзистора и позволява преминаването само на променлив сигнал. CE е байпасният кондензатор, който действа като път с ниско съпротивление за усилен сигнал. COUT е свързващият кондензатор, който свързва изходния сигнал от колектора на транзистора. По този начин този кондензатор изолира изхода от транзистора и позволява преминаването само на променлив сигнал. R2 и RE осигуряват стабилността на усилвателя, докато R1 и R2 заедно осигуряват стабилността в точката на отклонение на DC, като действат като потенциален разделител.
Операция:
Веригата работи моментално за всеки интервал от време. Просто да се разбере, когато променливото напрежение на базовия терминал увеличава съответното нарастване на тока през резистора на емитер. По този начин това увеличение на тока на емитер увеличава по-високия ток на колектора, който да протича през транзистора, което намалява спада на колектора на емитер VCE. По същия начин, когато входното променливо напрежение намалява експоненциално, VCE напрежението започва да се увеличава поради намаляването на тока на емитер. Всички тези промени в напреженията се отразяват мигновено на изхода, който ще бъде обърната форма на вълната на входа, но усилена.
|
Характеристики |
Обща основа |
Общ излъчвател |
Общ колекционер |
|
Повишаване на напрежението |
Високо |
Среден |
Ниска |
|
Текуща печалба |
Ниска |
Среден |
Високо |
|
Повишаване на мощността |
Ниска |
Много високо |
Среден |
Таблица: Таблица за сравнение на печалбите
Въз основа на горната таблица може да се използва съответната конфигурация.