L'ús de dispositius semiconductors (SS) està molt estès a l'electrònica de ràdio. A causa d'això, les dimensions de diversos dispositius han disminuït. El transistor bipolar ha rebut una àmplia aplicació, a causa d'algunes característiques, la seva funcionalitat és més àmplia que la d'un simple transistor d'efecte de camp. Per entendre per què es necessita i en quines condicions s'utilitza, cal tenir en compte el seu principi de funcionament, mètodes de connexió i classificació.
Contingut
Dispositiu i principi de funcionament
Un transistor és un semiconductor electrònic format per 3 elèctrodes, un dels quals és un de control. Un transistor de tipus bipolar es diferencia d'un de polar per la presència de 2 tipus de portadors de càrrega (negatiu i positiu).
Les càrregues negatives són electrons que s'alliberen de la capa exterior de la xarxa cristal·lina. Es formen un tipus de càrrega positiva, o forats, en lloc de l'electró alliberat.
El dispositiu d'un transistor bipolar (BT) és bastant senzill, malgrat la seva versatilitat. Consta de 3 capes de tipus conductor: emissor (E), base (B) i col·lector (K).
Un emissor (del llatí "alliberar") és un tipus d'unió semiconductora la funció principal de la qual és injectar càrregues a la base. El col·lector (del llatí "col·lector") serveix per rebre les càrregues de l'emissor. La base és l'elèctrode de control.
Les capes emissores i col·lectores són gairebé les mateixes, però difereixen en el grau d'addició d'impureses per millorar les característiques del PCB. L'addició d'impureses s'anomena dopatge. Per a la capa del col·lector (CL), el dopatge s'expressa dèbilment per augmentar la tensió del col·lector (Uk). La capa de semiconductor emissor està fortament dopada per augmentar la ruptura inversa admissible U i millorar la injecció de portadors a la capa base (augmenta el coeficient de transferència de corrent - Kt). La capa base està lleugerament dopada per proporcionar més resistència (R).
La transició entre la base i l'emissor és més petita en àrea que la K-B. A causa de la diferència de zones, es produeix la millora de Kt. Durant el funcionament del PCB, la transició K-B s'activa amb una polarització inversa per alliberar la fracció principal de la quantitat de calor Q, que es dissipa i proporciona un millor refredament del cristall.
La velocitat de BT depèn del gruix de la capa base (BS). Aquesta dependència és un valor que varia en proporció inversa. Amb menys gruix - més velocitat. Aquesta dependència està relacionada amb el temps de vol dels transportistes de càrrega.Tanmateix, al mateix temps, el Regne Unit disminueix.
Un fort corrent flueix entre l'emissor i K, anomenat corrent K (Ik). Un petit corrent flueix entre E i B - corrent B (Ib), que s'utilitza per al control. Quan Ib canvia, Ik canvia.
El transistor té dues unions p-n: E-B i K-B. Quan el mode està actiu, E-B està connectat amb un biaix de tipus directe i CB està connectat amb un biaix invers. Com que la transició E-B està en estat obert, les càrregues negatives (electrons) flueixen a la B. Després d'això, es recombinen parcialment amb forats. Tanmateix, la majoria dels electrons arriben a K-B a causa de la baixa legitimitat i el gruix de B.
A BS, els electrons són portadors de càrrega menors i el camp electromagnètic els ajuda a superar la transició K-B. Amb un augment de Ib, l'obertura E-B s'expandirà i més electrons passaran entre E i K. En aquest cas, es produirà una amplificació significativa del senyal de baixa amplitud, ja que Ik és més gran que Ib.
Per entendre més fàcilment el significat físic del funcionament d'un transistor de tipus bipolar, cal associar-lo a un bon exemple. Cal suposar que la bomba per bombejar aigua és una font d'energia, l'aixeta d'aigua és un transistor, l'aigua és Ik, el grau de rotació de la nansa de l'aixeta és Ib. Per augmentar la pressió, heu de girar lleugerament l'aixeta per dur a terme una acció de control. A partir de l'exemple, podem concloure un principi senzill de funcionament del programari.
Tanmateix, amb un augment significatiu de U a la transició K-B, es pot produir una ionització per impacte, que es tradueix en la multiplicació de la càrrega d'allau.Combinat amb l'efecte túnel, aquest procés dóna una avaria elèctrica, i amb un augment del temps, una avaria tèrmica, que inhabilita el PP. De vegades, la ruptura tèrmica es produeix sense avaria elèctrica com a resultat d'un augment significatiu del corrent a través de la sortida del col·lector.
A més, quan U canvia a K-B i E-B, el gruix d'aquestes capes canvia, si B és prima, es produeix un efecte de tancament (també s'anomena punxada B), en què les transicions K-B i E-B estan connectades. Com a conseqüència d'aquest fenomen, el PP deixa de fer les seves funcions.
Modes de funcionament
El transistor de tipus bipolar pot funcionar en 4 modes:
- Actiu.
- Talls (RO).
- Saturació (PH).
- Barrera (RB).
El mode actiu de BT és normal (NAR) i invers (IAR).
Mode actiu normal
En aquest mode, U flueix a la unió E-B, que és directa i s'anomena tensió E-B (Ue-b). El mode es considera òptim i s'utilitza en la majoria d'esquemes. La transició E injecta càrregues a la regió base, que es mouen cap al col·lector. Aquest últim accelera les càrregues, creant un efecte boost.
Mode actiu invers
En aquest mode, la transició K-B està oberta. El BT funciona en sentit contrari, és a dir, els portadors de càrrega del forat s'injecten des de K, passant per la B. Es recullen per la transició E. Les propietats d'amplificació del PP són febles i els BT s'utilitzen poques vegades en aquest mode.
Mode de saturació
A PH, ambdues transicions estan obertes. Quan E-B i K-B estan connectats a fonts externes en direcció cap endavant, el BT funcionarà al vehicle de llançament. El camp electromagnètic de difusió de les unions E i K es veu debilitat pel camp elèctric, que és creat per fonts externes.Com a resultat d'això, hi haurà una disminució de la capacitat de barrera i una limitació de la capacitat difusa dels portadors de càrrega principals. S'iniciarà la injecció de forats d'E i K a B. Aquest mode s'utilitza principalment en tecnologia analògica, però en alguns casos hi pot haver excepcions.
Mode de tall
En aquest mode, el BT es tanca completament i no és capaç de conduir el corrent. Tanmateix, a la BT hi ha fluxos insignificants de portadors de càrrega menors, que creen corrents tèrmiques amb valors petits. Aquest mode s'utilitza en diversos tipus de protecció contra sobrecàrregues i curtcircuits.
règim de barrera
La base BT està connectada a través d'una resistència a K. S'inclou una resistència al circuit K o E, que estableix el valor actual (I) a través del BT. BR s'utilitza sovint en circuits, perquè permet que el BT funcioni a qualsevol freqüència i en un rang de temperatura més gran.
Esquemes de canvi
Per a la correcta utilització i connexió dels BT, cal conèixer-ne la classificació i el tipus. Classificació dels transistors bipolars:
- Material de producció: germani, silici i arsenidogallium.
- Característiques de fabricació.
- Potència dissipada: baixa potència (fins a 0,25 W), mitjana (0,25-1,6 W), potent (per sobre d'1,6 W).
- Freqüència limitadora: baixa freqüència (fins a 2,7 MHz), mitjana freqüència (2,7-32 MHz), alta freqüència (32-310 MHz), microones (més de 310 MHz).
- Propòsit funcional.
El propòsit funcional de BT es divideix en els següents tipus:
- Amplificació de baixa freqüència amb xifra de soroll normalitzada i no normalitzada (NiNNKSh).
- Amplificació d'alta freqüència amb NiNNKSh.
- Microones amplificador amb NiNNKSh.
- Amplificació d'alta tensió potent.
- Generador amb freqüències altes i ultra altes.
- Dispositius de commutació d'alta tensió de baixa potència i alta potència.
- Potent polsat per a alts valors U.
A més, hi ha aquests tipus de transistors bipolars:
- P-n-p.
- N-p-n.
Hi ha 3 circuits per encendre un transistor bipolar, cadascun dels quals té els seus propis avantatges i desavantatges:
- General B.
- General E.
- General K.
Encesa amb una base comuna (OB)
El circuit s'aplica a altes freqüències, permetent un ús òptim de la resposta en freqüència. En connectar un BT segons l'esquema amb OE, i després amb OB, la seva freqüència de funcionament augmentarà. Aquest esquema de connexió s'utilitza en amplificadors de tipus antena. El nivell de soroll a altes freqüències es redueix.
Avantatges:
- Temperatures òptimes i ampli rang de freqüències (f).
- Gran valor al Regne Unit.
Defectes:
- Baix guanyo.
- Entrada baixa R.
Commutat d'emissor comú (CE)
Quan es connecta segons aquest esquema, l'amplificació es produeix en U i I. El circuit es pot alimentar des d'una sola font. S'utilitza sovint en amplificadors de potència (P).
Avantatges:
- Guanys elevats per a I, U, P.
- Una font d'alimentació.
- La variable de sortida U s'inverteix respecte a l'entrada.
Té desavantatges importants: l'estabilitat de temperatura i les característiques de freqüència més baixes són pitjors que quan es connecta amb OB.
Encesa amb un col·lector comú (OK)
L'entrada U es transfereix completament de nou a l'entrada i Ki és similar quan es connecta amb un OE, però és baix en U.
Aquest tipus de commutació s'utilitza per fer coincidir les cascades fetes en transistors, o amb una font de senyal d'entrada que tingui una sortida alta R (micròfon o captador de tipus condensador). Els avantatges inclouen els següents: un gran valor de l'entrada i una petita sortida R.El desavantatge és el baix guany U.
Característiques principals dels transistors bipolars
Les principals característiques de BT:
- Guanyo.
- Entrada i sortida R.
- Ik-e al revés.
- Hora d'encesa.
- Freqüència de transmissió Ib.
- Ik inversa.
- Valor I màxim.
Aplicacions
L'ús de transistors bipolars està molt estès en tots els àmbits de l'activitat humana. L'aplicació principal del dispositiu es va rebre en dispositius d'amplificació, generació de senyals elèctrics i també serveixen com a element commutat. S'utilitzen en diversos amplificadors de potència, en fonts d'alimentació ordinàries i commutades amb la capacitat d'ajustar els valors de U i I, en tecnologia informàtica.
A més, sovint s'utilitzen per crear diverses proteccions del consumidor contra sobrecàrregues, sobrecàrregues en U i curtcircuits. Són àmpliament utilitzats en les indústries mineres i metal·lúrgiques.
Articles semblants:
