بنابراین، قسمت سوم و پایانی روایت در مورد ترانزیستورهای دوقطبی در وب سایت ما =) امروز در مورد استفاده از این دستگاه های فوق العاده به عنوان تقویت کننده صحبت خواهیم کرد، موارد ممکن را در نظر بگیرید. مدارهای سوئیچینگ ترانزیستور دوقطبیو مزایا و معایب اصلی آنها. بیایید شروع کنیم!

این مدار در استفاده از سیگنال های فرکانس بالا بسیار خوب است. در اصل، برای این کار، در وهله اول از چنین گنجاندن ترانزیستور استفاده می شود. معایب بسیار بزرگ امپدانس ورودی پایین و البته عدم تقویت جریان است. خودتان ببینید، در ورودی، جریان امیتر داریم، در خروجی.

یعنی جریان امیتر با مقدار کمی از جریان پایه از جریان کلکتور بیشتر است. این بدان معنی است که تقویت جریان به سادگی وجود ندارد، علاوه بر این، جریان خروجی کمی کمتر از جریان ورودی است. اگرچه از طرف دیگر این مدار دارای ضریب انتقال ولتاژ نسبتاً بالایی است) اینها مزایا و معایب است، ادامه می دهیم….

طرح روشن کردن ترانزیستور دوقطبی با کلکتور مشترک

مدار روشن کردن ترانزیستور دوقطبی با کلکتور مشترک به این صورت است. آیا شبیه چیزی است؟) اگر از زاویه کمی متفاوت به مدار نگاه کنید، در اینجا دوست قدیمی خود را می شناسیم - یک پیرو امیتر. تقریباً یک مقاله کامل در مورد او وجود داشت () ، بنابراین ما قبلاً همه چیز مربوط به این طرح را در آنجا در نظر گرفته ایم. در این بین، پرکاربردترین مدار در انتظار ما است - با یک امیتر مشترک.

طرح روشن کردن ترانزیستور دوقطبی با امیتر مشترک.

این مدار به دلیل خواص تقویت کننده محبوبیت خود را به دست آورده است. از بین تمام مدارها، به ترتیب بیشترین جریان و ولتاژ را می دهد، افزایش سیگنال از نظر قدرت نیز زیاد است. نقطه ضعف این مدار این است که خواص بهره به شدت تحت تاثیر افزایش دما و فرکانس سیگنال قرار دارند.

ما با تمام مدارها آشنا شدیم، اکنون بیایید نگاهی دقیق تر به آخرین (اما نه کم اهمیت ترین) مدار تقویت کننده در یک ترانزیستور دوقطبی (با یک امیتر مشترک) بیندازیم. اول، اجازه دهید آن را کمی متفاوت به تصویر بکشیم:

در اینجا یک اشکال وجود دارد - امیتر زمینی. وقتی ترانزیستور به این شکل روشن می شود، اعوجاج های غیرخطی در خروجی وجود دارد که البته باید با آن مبارزه کرد. غیر خطی بودن از تأثیر ولتاژ ورودی بر ولتاژ پیوند امیتر-پایه ناشی می شود. در واقع، هیچ چیز "زائد" در مدار امیتر وجود ندارد، تمام ولتاژ ورودی دقیقاً به اتصال پایه-امیتر اعمال می شود. برای مقابله با این پدیده، اجازه دهید یک مقاومت به مدار امیتر اضافه کنیم. بنابراین، ما دریافت می کنیم بازخورد منفی.

چیست؟

به اختصار، اصل پشت منفیهفتم اتصالاتشامل این واقعیت است که بخشی از ولتاژ خروجی به ورودی منتقل شده و از سیگنال ورودی کم می شود. به طور طبیعی، این منجر به کاهش بهره می شود، زیرا به دلیل تأثیر بازخورد نسبت به عدم وجود بازخورد، مقدار ولتاژ کمتری به ورودی ترانزیستور عرضه می شود.

با این وجود، بازخورد منفی برای ما بسیار مفید است. بیایید ببینیم که چگونه به کاهش اثر ولتاژ ورودی بر روی ولتاژ پایه به امیتر کمک می کند.

بنابراین، فرض کنید هیچ بازخوردی وجود ندارد، افزایش سیگنال ورودی به میزان 0.5 ولت منجر به افزایش مشابه می شود. همه چیز اینجا واضح است 😉 و اکنون بازخورد اضافه می کنیم! و به همین ترتیب ولتاژ ورودی را 0.5 ولت افزایش می دهیم و به دنبال آن افزایش می یابد که منجر به افزایش جریان امیتر می شود. و افزایش منجر به افزایش ولتاژ در مقاومت فیدبک می شود. به نظر می رسد، موضوع مهم چیست؟ اما این ولتاژ از ولتاژ ورودی کم می شود! ببینید چه اتفاقی افتاد:

ولتاژ در ورودی افزایش یافته است - جریان امیتر افزایش یافته است - ولتاژ در مقاومت فیدبک منفی افزایش یافته است - ولتاژ ورودی کاهش یافته است (به دلیل تفریق) - ولتاژ کاهش یافته است.

یعنی بازخورد منفی از تغییر ولتاژ پایه امیتر در هنگام تغییر سیگنال ورودی جلوگیری می کند.

در نتیجه، مدار تقویت کننده امیتر رایج ما با یک مقاومت در مدار امیتر پر شد:

آمپلی فایر ما مشکل دیگری دارد. اگر مقدار ولتاژ منفی در ورودی ظاهر شود، ترانزیستور بلافاصله بسته می شود (ولتاژ پایه کمتر از ولتاژ امیتر می شود و دیود پایه-امیتر بسته می شود) و هیچ چیزی در خروجی وجود نخواهد داشت. این به نوعی خیلی خوب نیست) بنابراین، ایجاد آن ضروری است جانبداری... این کار را می توان با استفاده از مقسوم علیه به صورت زیر انجام داد:

ما چنین زیبایی داریم 😉 اگر مقاومت ها برابر باشند ، ولتاژ هر یک از آنها 6 ولت (12 ولت / 2) خواهد بود. بنابراین، در صورت عدم وجود سیگنال در ورودی، پتانسیل پایه + 6 ولت خواهد بود. اگر یک مقدار منفی به ورودی بیاید، به عنوان مثال، -4 ولت، پتانسیل پایه + 2 ولت خواهد بود، یعنی مقدار مثبت است و با عملکرد عادی ترانزیستور تداخلی ندارد. ایجاد یک افست در زنجیره پایه چقدر مفید است)

چگونه دیگر طرح خود را بهبود دهیم ...

به ما اطلاع دهید که کدام سیگنال را تقویت خواهیم کرد، یعنی پارامترهای آن، به ویژه فرکانس را می دانیم. اگر چیزی جز سیگنال تقویت شده مفید در ورودی وجود نداشته باشد، عالی خواهد بود. چگونه می توان این را تضمین کرد؟ البته، با استفاده از یک فیلتر بالاگذر) یک خازن اضافه کنید، که در ترکیب با یک مقاومت بایاس، یک فیلتر بالا گذر را تشکیل می دهد:

اینگونه است که مداری که در آن تقریباً هیچ چیز به جز خود ترانزیستور وجود نداشت ، با عناصر اضافی پر شد . در آن ما نه تنها آهنگسازی خواهیم کرد نمودار مدار تقویت کننده، اما رتبه بندی همه عناصر را نیز محاسبه می کنیم و در عین حال ترانزیستوری را انتخاب می کنیم که برای اهداف ما مناسب باشد. به زودی میبینمت! =)

ترانزیستورهای دوقطبی هستند. مدارهای سوئیچینگ به نوع رسانایی (سوراخ یا الکترونیکی) و عملکردهایی که انجام می دهند بستگی دارد.

طبقه بندی

ترانزیستورها به گروه های زیر تقسیم می شوند:

1. بر اساس مواد: آرسنید گالیوم و سیلیکون بیشترین استفاده را دارند.
2. با فرکانس سیگنال: کم (تا 3 مگاهرتز)، متوسط ​​(تا 30 مگاهرتز)، زیاد (تا 300 مگاهرتز)، فوق العاده بالا (بالای 300 مگاهرتز).
3. با توجه به حداکثر اتلاف توان: تا 0.3 وات، تا 3 وات، بیش از 3 وات.
4. بر اساس نوع دستگاه: سه لایه نیمه هادی متصل با تغییرات متناوب در روش های هدایت ناخالصی به جلو و معکوس.

ترانزیستورها چگونه کار می کنند؟

لایه های بیرونی و داخلی ترانزیستور به الکترودهای سرب متصل می شوند که به ترتیب امیتر، کلکتور و پایه نامیده می شوند.

امیتر و کلکتور در انواع رسانایی با یکدیگر تفاوتی ندارند، اما میزان دوپینگ با ناخالصی ها در دومی بسیار کمتر است. این افزایش ولتاژ خروجی مجاز را تضمین می کند.

پایه که لایه میانی است، مقاومت بالایی دارد زیرا از نیمه هادی کمی دوپ شده ساخته شده است. دارای سطح تماس قابل توجهی با کلکتور است که باعث بهبود حذف گرمای تولید شده به دلیل بایاس معکوس انتقال می شود و همچنین عبور حامل های اقلیت - الکترون ها را تسهیل می کند. با وجود این واقعیت که لایه های انتقال بر اساس یک اصل هستند، ترانزیستور یک دستگاه نامتعادل است. هنگام تغییر مکان لایه های شدید با رسانایی یکسان، به دست آوردن پارامترهای مشابه یک دستگاه نیمه هادی غیرممکن است.

مدارهای ورودی قادر به حفظ آن در دو حالت هستند: می تواند باز یا بسته باشد. در حالت فعال، هنگامی که ترانزیستور روشن است، بایاس امیتر اتصال در جهت جلو انجام می شود. برای مشاهده واضح این موضوع، به عنوان مثال، در یک ترایود نیمه هادی از نوع n-p-n، باید ولتاژی از منابع به آن اعمال شود، همانطور که در شکل زیر نشان داده شده است.

در این حالت، مرز در محل اتصال جمع کننده دوم بسته است و هیچ جریانی نباید از آن عبور کند. اما در عمل به دلیل نزدیک بودن محل گذارها به یکدیگر و تأثیر متقابل آنها برعکس این اتفاق می افتد. از آنجا که "منهای" باتری به امیتر متصل است، اتصال باز اجازه می دهد تا الکترون ها وارد منطقه پایه شوند، جایی که آنها تا حدی با سوراخ ها - حامل های اصلی - ترکیب می شوند. یک جریان پایه I b تشکیل می شود. هرچه قوی تر باشد، جریان خروجی به نسبت بیشتر است. تقویت کننده های ترانزیستور دوقطبی بر اساس این اصل کار می کنند.

از طریق پایه یک حرکت منحصراً انتشاری الکترون ها وجود دارد، زیرا هیچ عمل میدان الکتریکی وجود ندارد. به دلیل ضخامت ناچیز لایه (میکرون) و مقدار زیاد ذرات بار منفی، تقریباً همه آنها در ناحیه کلکتور می افتند، اگرچه مقاومت پایه بسیار زیاد است. در آنجا آنها توسط میدان الکتریکی انتقال، که انتقال فعال آنها را ترویج می کند، به داخل کشیده می شوند. جریانهای کلکتور و امیتر عملاً با یکدیگر برابر هستند، اگر از تلفات ناچیز بارهای ناشی از ترکیب مجدد در پایه غفلت کنیم: I e = I b + I to.

پارامترهای ترانزیستور

1. فاکتورهای افزایش ولتاژ U eq / U be و جریان: β = I به / I b (مقادیر واقعی). به طور معمول، ضریب β از 300 تجاوز نمی کند، اما می تواند به 800 و بالاتر برسد.
2. امپدانس ورودی.
3. پاسخ فرکانس - عملکرد ترانزیستور تا یک فرکانس معین، زمانی که از آن فراتر رود، فرآیندهای گذرا در آن با تغییرات سیگنال ارائه شده همگام نیستند.

ترانزیستور دوقطبی: مدارهای سوئیچینگ، حالت های عملیاتی

حالت های عملکرد بسته به نحوه مونتاژ مدار متفاوت است. سیگنال باید در دو نقطه برای هر مورد اعمال و حذف شود و تنها سه پایانه موجود است. نتیجه این است که یک الکترود باید به طور همزمان به ورودی و خروجی تعلق داشته باشد. این کار هر ترانزیستور دوقطبی را روشن می کند. طرح های گنجاندن: OB، OE و OK.

1. طرح با OK

نمودار اتصال با یک کلکتور مشترک: سیگنال به مقاومت R L تغذیه می شود که در مدار کلکتور نیز موجود است. به این اتصال مدار جمع کننده مشترک می گویند.

این گزینه فقط بهره فعلی را ایجاد می کند. مزیت دنبال کننده امیتر ایجاد مقاومت ورودی بزرگ (10-500 کیلو اهم) است که امکان تطبیق آسان مراحل را فراهم می کند.

2. طرح با OB

طرح روشن کردن ترانزیستور دوقطبی با پایه مشترک: سیگنال ورودی از طریق C 1 وارد می شود و پس از تقویت در مدار جمع کننده خروجی، جایی که الکترود پایه مشترک است، حذف می شود. در این حالت یک بهره ولتاژ مشابه کار با OE ایجاد می شود.

نقطه ضعف آن مقاومت کم ورودی (30-100 اهم) است و مدار با OB به عنوان نوسانگر استفاده می شود.

3. طرح با OE

در بسیاری از موارد، هنگامی که از ترانزیستورهای دوقطبی استفاده می شود، مدارهای سوئیچینگ عمدتاً با یک امیتر مشترک ساخته می شوند. ولتاژ تغذیه از طریق مقاومت بار R L تامین می شود و قطب منفی منبع تغذیه خارجی به امیتر متصل می شود.

سیگنال متناوب از ورودی به الکترودهای امیتر و پایه (V in) می رود و در مدار کلکتور مقدار آن بزرگتر می شود (V CE). عناصر اصلی مدار: یک ترانزیستور، یک مقاومت R L و یک مدار خروجی تقویت کننده با منبع تغذیه خارجی. کمکی: خازن C 1 که از عبور جریان مستقیم به مدار سیگنال ورودی عرضه شده جلوگیری می کند و مقاومت R 1 که ترانزیستور از طریق آن باز می شود.

در مدار کلکتور، ولتاژهای خروجی ترانزیستور و در سراسر مقاومت R L با هم برابر با مقدار EMF است: V CC = I C R L + V CE.

بنابراین، یک سیگنال کوچک V در ورودی، قانون تغییر ولتاژ تغذیه ثابت را به یک متناوب در خروجی مبدل ترانزیستور کنترل شده تنظیم می کند. مدار باعث افزایش جریان ورودی 20-100 برابر و ولتاژ - 10-200 برابر می شود. بر این اساس، قدرت نیز افزایش می یابد.

عیب مدار: مقاومت ورودی کم (500-1000 اهم). به همین دلیل اشکال در شکل دهی وجود دارد امپدانس خروجی 2-20 کیلو اهم است.

این نمودارها نحوه عملکرد یک ترانزیستور دوقطبی را نشان می دهد. اگر اقدامات اضافی را انجام ندهید، تأثیرات خارجی مانند گرمای بیش از حد و فرکانس سیگنال به شدت بر عملکرد آنها تأثیر می گذارد. همچنین، اتصال زمین امیتر باعث ایجاد اعوجاج هارمونیک در خروجی می شود. برای افزایش ضریب اطمینان عملکرد، فیدبک ها، فیلترها و ... در مدار وصل می شوند در این صورت بهره کاهش می یابد اما دستگاه کارآمدتر می شود.

حالت های عملکرد

عملکرد ترانزیستور تحت تأثیر مقدار ولتاژ متصل است. اگر مدار قبلی برای روشن کردن یک ترانزیستور دوقطبی با یک امیتر مشترک اعمال شود، همه حالت های عملکرد را می توان نشان داد.

1. حالت قطع

این حالت زمانی ایجاد می شود که مقدار ولتاژ V BE به 0.7 ولت کاهش یابد. در این حالت، اتصال امیتر بسته می شود و جریان کلکتوری وجود ندارد، زیرا هیچ الکترون آزاد در پایه وجود ندارد. بنابراین ترانزیستور قفل می شود.

2. حالت فعال

اگر ولتاژ کافی برای باز کردن ترانزیستور به پایه اعمال شود، یک جریان ورودی کوچک ظاهر می شود و یک جریان خروجی افزایش می یابد، بسته به بزرگی بهره. سپس ترانزیستور به عنوان یک تقویت کننده عمل می کند.

3. حالت اشباع

این حالت با حالت فعال متفاوت است زیرا ترانزیستور کاملاً باز می شود و جریان کلکتور به حداکثر مقدار ممکن می رسد. افزایش آن تنها با تغییر EMF اعمال شده یا بار در مدار خروجی قابل دستیابی است. وقتی جریان پایه تغییر می کند، جریان کلکتور تغییر نمی کند. حالت اشباع با این واقعیت مشخص می شود که ترانزیستور بسیار باز است و در اینجا به عنوان سوئیچ در حالت روشن عمل می کند. مدارهای روشن کردن ترانزیستورهای دوقطبی هنگام ترکیب حالت های قطع و اشباع، ایجاد کلیدهای الکترونیکی را با کمک آنها ممکن می کند.

همه حالت های عملکرد به ماهیت ویژگی های خروجی نشان داده شده در نمودار بستگی دارد.

اگر مداری برای روشن کردن ترانزیستور دوقطبی با OE مونتاژ شود، می توان آنها را به وضوح نشان داد.

اگر بخش های مربوط به حداکثر جریان کلکتور ممکن و مقدار ولتاژ تغذیه V CC را روی محورهای اردینات و آبسیسا کنار بگذارید و سپس انتهای آنها را به هم وصل کنید، یک خط بار (قرمز) دریافت خواهید کرد. با این عبارت توصیف می شود: I C = (V CC - V CE) / R C. از شکل برمی آید که نقطه عملیاتی که جریان کلکتور I C و ولتاژ V CE را تعیین می کند، با افزایش جریان پایه I V در امتداد خط بار از پایین به بالا جابه جا می شود.

ناحیه بین محور V CE و اولین مشخصه خروجی (سایه دار)، که در آن I B = 0، حالت قطع را مشخص می کند. در این حالت جریان معکوس I C ناچیز است و ترانزیستور بسته است.

بالاترین مشخصه در نقطه A با بار مستقیم تلاقی می کند، پس از آن، با افزایش بیشتر در I B، جریان کلکتور دیگر تغییر نمی کند. ناحیه اشباع در نمودار ناحیه سایه دار بین محور IC و شیب دارترین منحنی است.

ترانزیستور در حالت های مختلف چگونه رفتار می کند؟

ترانزیستور با سیگنال های متغیر یا ثابت وارد مدار ورودی کار می کند.

ترانزیستور دوقطبی: مدارهای سوئیچینگ، تقویت کننده

در بیشتر موارد، ترانزیستور به عنوان یک تقویت کننده عمل می کند. سیگنال متناوب در ورودی منجر به تغییر در جریان خروجی آن می شود. در اینجا می توانید طرح هایی را با OK یا با OE اعمال کنید. سیگنال نیاز به بار در مدار خروجی دارد. معمولاً از یک مقاومت نصب شده در مدار جمع کننده خروجی استفاده می شود. اگر به درستی انتخاب شود، ولتاژ خروجی به طور قابل توجهی بیشتر از ولتاژ ورودی خواهد بود.

عملکرد تقویت کننده به وضوح در نمودارهای زمان بندی قابل مشاهده است.

هنگامی که سیگنال های پالسی تبدیل می شوند، حالت مانند سیگنال های سینوسی باقی می ماند. کیفیت تبدیل اجزای هارمونیک آنها توسط ویژگی های فرکانس ترانزیستورها تعیین می شود.

عملکرد حالت سوئیچ

طراحی شده برای سوئیچینگ بدون تماس اتصالات در مدارهای الکتریکی. اصل تغییر مرحله ای در مقاومت ترانزیستور است. نوع دوقطبی برای نیازهای کلیدی دستگاه کاملاً مناسب است.

نتیجه

عناصر نیمه هادی در مدارهای تبدیل سیگنال الکتریکی استفاده می شوند. قابلیت های جهانی و طبقه بندی بزرگ امکان استفاده گسترده از ترانزیستورهای دوقطبی را فراهم می کند. نمودارهای اتصال عملکردها و حالت های عملکرد آنها را تعیین می کنند. همچنین بسیار به ویژگی ها بستگی دارد.

مدارهای اصلی برای روشن کردن ترانزیستورهای دوقطبی سیگنال های ورودی را تقویت، تولید و تبدیل می کنند و همچنین مدارهای الکتریکی را سوئیچ می کنند.

بسته به اصل عملکرد و ویژگی های طراحی، ترانزیستورها به دو کلاس بزرگ تقسیم می شوند: دوقطبیو رشته.

ترانزیستور دوقطبییک دستگاه نیمه هادی با دو اتصال pn برهم کنش و سه یا چند لید است.

یک کریستال نیمه هادی ترانزیستور از سه ناحیه با انواع رسانایی الکتریکی متناوب تشکیل شده است که بین آنها دو ناحیه وجود دارد. pn-انتقال بنابراین، ناحیه میانی معمولاً بسیار نازک است (کسری از میکرون). pn- انتقال ها نزدیک به یکدیگر قرار دارند.

بسته به ترتیب تناوب مناطق نیمه هادی با انواع مختلف هدایت الکتریکی، ترانزیستورها متمایز می شوند. p-p-pو p-p-p-انواع . ساختارهای ساده شده و UGO انواع مختلف ترانزیستورها در شکل 1.23 نشان داده شده است. آ, ب.

شکل 1.23 - ساختار و UGO ترانزیستورهای دوقطبی

ترانزیستور دوقطبی رایج ترین وسیله نیمه هادی فعال است. در حال حاضر سیلیکون به عنوان ماده اصلی برای ساخت ترانزیستورهای دوقطبی استفاده می شود. در این حالت ترانزیستورها عمدتاً ساخته می شوند p-p-p-نوع، که در آن حامل های بار اصلی الکترون ها هستند که تحرکی دو تا سه برابر بیشتر از تحرک حفره ها دارند.

کنترل مقدار جریان در مدار خروجی (در کلکتور یا مدار امیتر) ترانزیستور دوقطبی با استفاده از جریان در مدار الکترود کنترل - پایه. پایه تماس گرفت میانگینلایه در ساختار ترانزیستور. بیرونی ترین لایه ها نامیده می شوند ساطع کننده (نشان دادن، انزال) و گردآورنده (جمع آوری). غلظت ناخالصی ها (و در نتیجه اکثر حامل های بار) در امیتر به طور قابل توجهی بیشتر از پایه و بیشتر از کلکتور است. بنابراین، منطقه قطره چکان بیشترین است امپدانس کم.

برای نشان دادن فرآیندهای فیزیکی در ترانزیستور، از ساختار ساده ترانزیستور استفاده خواهیم کرد. p-p-p-از نوع نشان داده شده در شکل 1.24. برای درک اصل عملکرد ترانزیستور، توجه به آن بسیار مهم است pn- انتقال ترانزیستور به شدت با یکدیگر تعامل دارند. این بدان معنی است که جریان یک اتصال به شدت بر جریان اتصال دیگر تأثیر می گذارد و بالعکس.

در حالت فعال (زمانی که ترانزیستور به عنوان یک عنصر تقویت کننده کار می کند)، دو منبع تغذیه به ترانزیستور وصل می شوند به گونه ای که ساطع کنندهانتقال تغییر کرده است بسمت جلو، آ گردآورنده - در مقابل(شکل 1.24). تحت تأثیر میدان الکتریکی منبع Eاز طریق اتصال امیتر، یک جریان رو به جلو به اندازه کافی بزرگ جریان می یابد من E، که عمدتا توسط تزریقالکترون ها از امیتر به پایه تزریق حفره ها از پایه به امیتر به دلیل تفاوت بالا در غلظت اتم های ناخالصی ناچیز خواهد بود.

شکل 1.24 - فرآیندهای فیزیکی در یک ترانزیستور دوقطبی

جریان الکترون تامین کننده جریان من E از طریق امیتر انتقال - پایه در شکل 1.24 با یک فلش گسترده نشان داده شده است. بخشی از الکترون های تزریق شده به ناحیه پایه (1 ... 5%) دوباره ترکیب کردنبا حامل های شارژ اصلی برای این منطقه - سوراخ هایی که جریانی را در مدار خارجی پایه تشکیل می دهند منب- با توجه به تفاوت زیاد در غلظت اکثر حامل های بار در امیتر و پایه، الکترون های جبران نشده تزریق شده به پایه به اعماق پایه به سمت کلکتور حرکت می کنند.

نزدیک کلکسیونر p-p-الکترون های انتقالی در معرض یک میدان الکتریکی شتاب دهنده هستنداین انتقال مغرضانه معکوس و از آنجایی که در پایگاه داده آنها حامل های جزئی هستند، پس وجود دارد پس گرفتن (استخراج ) الکترون ها به ناحیه جمع کننده. در کلکتور، الکترون ها به حامل های اصلی بار تبدیل می شوند و به راحتی به ترمینال کلکتور می رسند و جریانی در مدار خارجی ترانزیستور ایجاد می کنند.

بدین ترتیب، جریان عبوری از ترمینال پایه ترانزیستور توسط دو مولفه جریان مخالف جهت آن تعیین می شود... اگر فرآیندهای نوترکیبی در پایه وجود نداشت، آنگاه این جریان ها با یکدیگر برابر می شدند و جریان پایه حاصل صفر می شد. اما از آنجایی که فرآیندهای نوترکیبی در هر ترانزیستور واقعی وجود دارد، جریان امیتر p-n- انتقال کمی بیشتر از جریان کلکتور است p-n-انتقال

برای جریان کلکتور می توان برابری زیر را نوشت

, (1.9)

جایی که a خیابان- ضریب انتقال استاتیک جریان امیتر؛

I KBO- جریان معکوس اتصال کلکتور (جریان حرارتی) (برای ترانزیستورهای کم مصرف در دمای معمولی 0.015 ... 1 μA است).

در عمل، ضریب انتقال جریان امیتر استاتیک a خیابانبسته به نوع ترانزیستور، می تواند مقادیری در محدوده 0.95 ... 0.998 داشته باشد.

جریان امیتر در ترانزیستور از نظر عددی بزرگترین و برابر است

, (1.11)

ضریب انتقال جریان ساکن پایه در یک مدار با یک امیتر مشترک کجاست (در ادبیات مرجع، از نماد استفاده می شود ساعت 21NS، معمولاً مقدار b را می گیرد خیابان= 20 ... 1000 بسته به نوع و توان ترانزیستور).

از موارد فوق، نتیجه می شود که ترانزیستور یک عنصر کنترل شده است، زیرا مقدار جریان کلکتور (خروجی) آن به مقادیر جریان امیتر و پایه بستگی دارد.

در پایان بررسی اصل عملکرد یک ترانزیستور دوقطبی، باید توجه داشت که مقاومت محل اتصال کلکتور بایاس معکوس (زمانی که ولتاژ معکوس به آن اعمال می شود) بسیار زیاد است (صدها کیلو اهم). از همین رو مقاومت های بار با مقاومت های بسیار بالا را می توان در مدار کلکتور قرار داد، در نتیجه عملاً مقدار جریان کلکتور تغییر نمی کند. بر این اساس، توان قابل توجهی در مدار بار تخصیص خواهد یافت.

از طرف دیگر، مقاومت اتصال امیتر بایاس رو به جلو بسیار کوچک است (ده ها - صدها اهم). بنابراین، با مقادیر تقریباً یکسان جریان امیتر و کلکتور، توان مصرفی در مدار امیتر به طور قابل توجهی کمتر از توان آزاد شده در مدار بار است. این نشان می دهد که ترانزیستور یک وسیله نیمه هادی است که توان را تقویت می کند.

تکنولوژی ساخت ترانزیستورهای دوقطبی می تواند متفاوت باشد: ذوب, انتشار , اپیتاکسی... این تا حد زیادی ویژگی های دستگاه را تعیین می کند. ساختارهای معمولی ترانزیستورهای دوقطبی که با روش های مختلف تولید می شوند در شکل 1.25 نشان داده شده است. به طور خاص، در شکل 1.25، آساختار را نشان می دهد شناور، در شکل 1.25، ب - به صورت اپیتاکسیال-انتشار، در شکل 1.25، v - مسطح، در شکل 1.25، جی - مزپلنارترانزیستورها

شکل 1.25 - روش های ساخت ترانزیستورهای دوقطبی

حالت های عملکرد و مدارهای روشن کردن ترانزیستور

برای هر p-p-محل اتصال ترانزیستور می تواند هم با ولتاژ رو به جلو و هم با ولتاژ معکوس تامین شود. مطابق با این، چهار حالت کار ترانزیستور دوقطبی متمایز می شود: حالت برش ها، حالت اشباع, فعالرژیم و معکوسحالت

فعالحالت با اعمال یک ولتاژ رو به جلو به محل اتصال امیتر و ولتاژ معکوس به محل اتصال کلکتور (حالت اصلی کار ترانزیستور) تضمین می شود. این حالت با حداکثر مقدار ضریب انتقال جریان امیتر مطابقت دارد و حداقل اعوجاج سیگنال تقویت شده را فراهم می کند.

V معکوس حالت، یک ولتاژ رو به جلو به محل اتصال کلکتور اعمال می شود و یک ولتاژ معکوس به اتصال امیتر اعمال می شود. خیابان® دقیقه بسیار کم استفاده می شود).

در حالت اشباع هر دو انتقال تحت تعصب رو به جلو هستند. در این حالت جریان خروجی به جریان ورودی بستگی ندارد و تنها با پارامترهای بار تعیین می شود.

در حالت برش ها هر دو انتقال در جهت مخالف هستند. جریان خروجی نزدیک به صفر است.

حالت های اشباع و قطع به طور همزمان در طرح های کلیدی(زمانی که ترانزیستور در حالت کلید قرار دارد).

هنگام استفاده از ترانزیستور در دستگاه های الکترونیکی، دو سیم برای تامین سیگنال ورودی و دو سیم برای اتصال بار مورد نیاز است (سیگنال خروجی را بردارید). از آنجایی که ترانزیستور فقط سه پایه دارد، یکی از آنها باید برای سیگنال های ورودی و خروجی مشترک باشد.

بسته به اینکه کدام ترمینال ترانزیستور هنگام اتصال منبع سیگنال و بار مشترک است، سه مدار سوئیچینگ ترانزیستور متمایز می شوند: پایه مشترک(OB) (شکل 1.26، آ) با قطره چکان مشترک(OE) (شکل 1.26، ب) با جمع کننده مشترک(OK) (شکل 1.26، v).

در این مدارها، منابع و مقاومت های ولتاژ ثابت، حالت های عملکرد ترانزیستورها را برای جریان مستقیم، یعنی مقادیر مورد نیاز ولتاژ و جریان اولیه را فراهم می کنند. سیگنال های ورودی AC توسط منابع تولید می شوند و درآنها جریان امیتر (پایه) ترانزیستور و بر این اساس جریان کلکتور را تغییر می دهند. افزایش جریان کلکتور (شکل 1.26، آ, ب) و جریان امیتر (شکل 1.26، v) به ترتیب روی مقاومت ها ایجاد خواهد کرد R Kو R Eافزایش ولتاژ، که سیگنال های خروجی هستند و خارج.

a B C

شکل 1.26 - مدارهای سوئیچینگ ترانزیستور

هنگام تعیین مدار سوئیچینگ ترانزیستور، باید این واقعیت را در نظر گرفت که مقاومت منبع ولتاژ ثابت برای جریان متناوب نزدیک به صفر است.

مشخصات جریان ولتاژ ترانزیستور

خواص ترانزیستور دوقطبی با استفاده از مشخصه های جریان-ولتاژ ساکن به طور کامل توضیح داده شده است. در این حالت، مشخصات ورودی و خروجی I - V ترانزیستور متمایز می شود. از آنجایی که هر سه جریان (پایه، کلکتور و امیتر) در ترانزیستور به طور نزدیک به هم متصل هستند، هنگام تجزیه و تحلیل عملکرد ترانزیستور، لازم است از ویژگی های ورودی و خروجی I - V به طور همزمان استفاده شود.

هر مدار سوئیچینگ ترانزیستور دارای ویژگی های جریان-ولتاژ خاص خود است که وابستگی عملکردی جریان های عبوری از ترانزیستور به ولتاژهای اعمال شده است. به دلیل ماهیت غیر خطی این وابستگی ها، معمولاً به صورت گرافیکی ارائه می شوند.

یک ترانزیستور، مانند یک چهار قطب، با ورودیو تعطیلات آخر هفتهویژگی های static I - V که به ترتیب وابستگی جریان ورودی به ولتاژ ورودی (در مقدار ثابت ولتاژ خروجی ترانزیستور) و جریان خروجی به ولتاژ خروجی (در جریان ورودی ثابت ترانزیستور) را نشان می دهد. ).

شکل 1.27 ویژگی های I - V استاتیک را نشان می دهد p-p-p- یک ترانزیستور متصل به مدار با OE (که اغلب در عمل استفاده می شود).

a ب

شکل 1.27 - خصوصیات استاتیک I - V یک ترانزیستور دوقطبی متصل شده بر اساس مدار با OE

مشخصه ورودی I - V (شکل 1.27، آ) شبیه به شاخه مستقیم مشخصه I - V یک دیود است. این نشان دهنده وابستگی جریان است من باز استرس U BE U CE، یعنی وابستگی شکل

. (1.12)

از شکل 1.27، آمی توان دید: هر چه ولتاژ بیشتر باشد U CE، هر چه شاخه مشخصه ورودی I - V به سمت راست بیشتر جابجا شود. این به دلیل این واقعیت است که با افزایش ولتاژ بایاس معکوس U CEافزایش ارتفاع مانع بالقوه کلکتور وجود دارد آر-NS-انتقال و از آنجایی که در ترانزیستور کلکتور و امیتر آر-NS- انتقال ها به شدت با هم تعامل دارند، این به نوبه خود منجر به کاهش جریان پایه در یک ولتاژ ثابت می شود. U BE.

ویژگی های Static I - V، ارائه شده در شکل 1.27، آدر دمای معمولی (20 درجه سانتیگراد) فیلمبرداری شده است. با افزایش دما، این ویژگی ها به سمت چپ و با کاهش به سمت راست تغییر می کنند. این به دلیل این واقعیت است که با افزایش دما، هدایت الکتریکی ذاتی نیمه هادی ها افزایش می یابد.

برای مدار خروجی ترانزیستور متصل شده مطابق مدار با OE، یک خانواده از مشخصات خروجی I - V ساخته شده است (شکل 1.27، ب). این به دلیل این واقعیت است که جریان کلکتور ترانزیستور نه تنها (و نه چندان، همانطور که در شکل مشاهده می شود) به ولتاژ اعمال شده به محل اتصال کلکتور، بلکه به جریان پایه نیز بستگی دارد. بنابراین، مشخصه جریان-ولتاژ خروجی برای مدار با OE وابستگی جریان نامیده می شود من کاز استرس U CEدر جریان ثابت من ب، یعنی وابستگی شکل

. (1.13)

هر یک از ویژگی های خروجی I - V ترانزیستور دوقطبی در ابتدا با افزایش شدید جریان خروجی مشخص می شود. من کبا افزایش ولتاژ خروجی U CEو سپس با افزایش بیشتر ولتاژ، تغییر جزئی در جریان ایجاد می شود.

در مشخصه جریان-ولتاژ خروجی ترانزیستور، سه ناحیه را می توان متمایز کرد که مربوط به حالت های مختلف عملکرد ترانزیستور است: منطقه اشباع، حوزه برش هاو منطقه کار فعال(کسب کردن) , مربوط به حالت فعال ترانزیستور در زمانی که ½ است U BE½> 0 و ½ U CE½> 0.

مشخصات I - V استاتیک ورودی و خروجی ترانزیستورها برای محاسبه گرافیکی - تحلیلی مراحل حاوی ترانزیستور استفاده می شود.

مشخصات ورودی و خروجی استاتیک I - V یک ترانزیستور دوقطبی آر-NS-آر-نوع مدار سوئیچینگ با OB در شکل 1.28 نشان داده شده است. آو 1.28، ببه ترتیب.

a ب

شکل 1.28 - خصوصیات استاتیک I - V یک ترانزیستور دوقطبی برای مدار سوئیچینگ با OB

برای مداری با مشخصه I - V استاتیک ورودی OB، وابستگی جریان فراخوانی می شود من eاز استرس U EBدر یک مقدار ولتاژ ثابت U KB، یعنی وابستگی شکل

. (1.14)

مشخصه استاتیک خروجی I - V برای مدار با OB وابستگی جریان نامیده می شود من کاز استرس U KBدر جریان ثابت من e، یعنی وابستگی شکل

. (1.15)

در شکل 1.28، بدو ناحیه را می توان متمایز کرد که مربوط به دو حالت کار ترانزیستور است: فعالحالت ( U KB< 0 и коллекторный переход смещен в обратном направлении); режим اشباع(U KB> 0 و محل اتصال کلکتور بایاس رو به جلو است).

مدل ریاضی ترانزیستور دوقطبی

در حال حاضر، بسیاری از مدل‌های الکتریکی ترانزیستورهای دوقطبی شناخته شده‌اند. در سیستم های اتوماسیون طراحی (CAD) تاسیسات رادیو الکترونیکی، موارد زیر بیشتر مورد استفاده قرار می گیرند: مدل های Ebers-Moll، مدل تعمیم یافته کنترل شارژ Gummel-Pune، مدل Linville و همچنین مدل های P و T شکل محلی افزایش خطی جیاکولتو

اجازه دهید، به عنوان مثال، یکی از انواع مدل Ebers-Moll را در نظر بگیریم (شکل 1.29)، که منعکس کننده خواص ساختار ترانزیستور در حالت خطی عملکرد و در حالت قطع است.

شکل 1.29 - مدار معادل یک ترانزیستور دوقطبی (مدل Ebers-Moll)

شکل 1.29 از نماد زیر استفاده می کند: r e, r b, r به- مقاومت، به ترتیب، مناطق امیتر، پایه و جمع کننده ترانزیستور و تماس با آنها. من ب , من به - ولتاژ کنترل شده و nدر اتصال ورودی، منابع جریان منعکس کننده انتقال جریان از طریق ترانزیستور. R eb- مقاومت در برابر نشت اتصال بیس-امیتر؛ R kb -مقاومت در برابر نشتی اتصال پایه-کلکتور. جریان منبع من بتوسط رابطه به ولتاژ در محل اتصال مربوط می شود

, (1.15)

جایی که من BO- جریان اشباع اتصال پایه-امیتر (جریان معکوس)؛

y به= (0.3 ... 1.2) V - اختلاف پتانسیل تماس (بستگی به نوع مواد نیمه هادی دارد).

تی- ضریب تجربی

به موازات محل اتصال پایه-امیتر گنجانده شده است مانعظرفیت با بیو انتشارظرفیت با دانتقال بزرگی با بیمشخص ولتاژ معکوسدر گذرگاه و nو طبق قانون به او بستگی دارد

, (1.16)

جایی که C 0 ب - ظرفیت تقاطع در و n = 0;

g = 0.3 ... 0.5 - ضریب بسته به توزیع ناخالصی ها در ناحیه پایه ترانزیستور.

ظرفیت انتشارتابعی از جریان است من باز طریق انتقال جریان می یابد و توسط عبارت تعیین می شود

جایی که آ -ضریب بسته به خواص انتقال و دمای آن.

اتصال کلکتور-پایه به روشی مشابه مدل‌سازی می‌شود، تنها تفاوت این است که فقط ظرفیت مانع اتصال در نظر گرفته می‌شود.

, (1.18)

از آنجایی که ترانزیستور در حالت خطی و حالت قطع جریان کلکتور کار می کند، این اتصال بسته می شود. بیان برای جریان منبع جریان کلکتور کنترل شده، که خواص تقویت کننده ترانزیستور را شبیه سازی می کند، فرم را دارد

, (1.19)

جایی که ب خیابان- ضریب انتقال جریان ساکن پایه ترانزیستور در مدار با امیتر مشترک.

پارامترهای مدل Ebers-Moll را می توان با محاسبه بر اساس تجزیه و تحلیل مدل فیزیکی- توپولوژیکی ترانزیستور به دست آورد یا به صورت تجربی اندازه گیری کرد. پارامترهای استاتیک مدل DC به راحتی تعیین می شوند.

جهانیمدل الکتریکی یک ترانزیستور دوقطبی گسسته، با در نظر گرفتن اندوکتانس و ظرفیت پایانه های آن، در شکل 1.30 نشان داده شده است.

شکل 1.30 - مدل جهانی یک ترانزیستور دوقطبی

پارامترهای اساسی ترانزیستور دوقطبی

هنگام تعیین اجزای متناوب جریانها و ولتاژها (یعنی هنگام تجزیه و تحلیل مدارهای الکتریکی بر روی جریان متناوب) و به شرطی که ترانزیستور در حالت فعال کار کند، اغلب به صورت چهار قطبی خطی نشان داده می شود (شکل 1.31. آ). نام (ماهیت فیزیکی) جریان ها و ولتاژهای ورودی و خروجی چنین شبکه دو پورت به مدار سوئیچینگ ترانزیستور بستگی دارد.

a ب

شکل 1.31 - نمایش یک ترانزیستور دوقطبی با چهار قطبی خطی

برای مدار سوئیچینگ یک ترانزیستور با یک امیتر مشترک، جریان ها و ولتاژهای سیستم چهار قطبی (شکل 1.31، ب) مربوط به جریان و ولتاژ زیر ترانزیستور است:

- من 1 - جزء متغیر جریان پایه.

- تو 1 - جزء متغیر ولتاژ بین پایه و امیتر.

- من 2 - جزء متناوب جریان کلکتور.

- تو 2- جزء متغیر ولتاژ بین کلکتور و امیتر.

راحت است که ترانزیستور را با استفاده از به اصطلاح توصیف کنید ساعت-گزینه ها. در این حالت، سیستم معادلات یک شبکه چهار پورت به صورت ماتریسی شکل خواهد گرفت

. (1.20)

شانس h ij(به این معنا که ساعتپارامترها) به صورت تجربی با استفاده از حالت های اتصال کوتاه و بدون بار در ورودی و خروجی چهار قطبی تعیین می شوند.

اصل ساعت- پارامترهای مدار سوئیچینگ ترانزیستور با OE به شرح زیر است:

- - امپدانس ورودی ترانزیستور برای سیگنال متناوب با اتصال کوتاه در خروجی.

- r bمقاومت اهمی بدنه پایه است. در ترانزیستورهای واقعی به مقادیر 100 ... 200 اهم می رسد.

- r e- مقاومت آر-NS- انتقالی که مقدار آن به حالت عملکرد ترانزیستور و تغییر در حالت فعال در کسری بستگی دارد - ده ها اهم.

B ضریب دیفرانسیل انتقال جریان پایه است که از بیان تعیین می شود

; (1.25)

مقاومت ناحیه جمع کننده، که از بیان تعیین می شود

, (1.26)

جایی که r به- مقاومت دیفرانسیل اتصال جمع کننده (معمولاً در کسری - ده ها مگا اهم)، که از بیان تعیین می شود

(1.27)

دوستان، عصر بخیر!

امروز ما همچنان با "بلوک های ساختمانی" الکترونیکی سخت افزار کامپیوتر آشنا می شویم. ما قبلاً با شما نحوه چیدمان ترانزیستورهای اثر میدان را بررسی کرده ایم که لزوماً در هر مادربرد رایانه وجود دارد.

عقب بنشینید - اکنون ما یک تلاش فکری خواهیم کرد و سعی می کنیم بفهمیم که چگونه کار می کند

ترانزیستور دوقطبی

ترانزیستور دوقطبی یک وسیله نیمه هادی است که به طور گسترده در محصولات الکترونیکی از جمله منابع تغذیه کامپیوتر استفاده می شود.

کلمه "ترانزیستور" (ترانزیستور) از دو کلمه انگلیسی - "translate" و "resistor" تشکیل شده است که به معنای "مبدل مقاومت" است.

کلمه "دو قطبی" به این معنی است که جریان در دستگاه توسط ذرات باردار دو قطبی - منفی (الکترون) و مثبت (به اصطلاح "سوراخ") ایجاد می شود.

«حفره» اصطلاحی نیست، بلکه یک اصطلاح کاملاً علمی است. "حفره" یک بار مثبت جبران نشده یا به عبارت دیگر عدم وجود الکترون در شبکه کریستالی یک نیمه هادی است.

ترانزیستور دوقطبی یک ساختار سه لایه با انواع نیمه هادی های متناوب است.

از آنجایی که دو نوع نیمه هادی وجود دارد، مثبت (مثبت، نوع p) و منفی (منفی، نوع n)، دو نوع از چنین ساختاری وجود دارد - p-n-p و n-p-n.

ناحیه میانی چنین سازه ای را پایه و نواحی بیرونی را امیتر و کلکتور می نامند.

در نمودارها، ترانزیستورهای دوقطبی به روشی مشخص نشان داده شده اند (شکل را ببینید). می بینیم که ترانزیستور اساساً یک اتصال pn است که به صورت سری به هم متصل شده است.

سوال Backfill - چرا نمی توانید ترانزیستور را با دو دیود جایگزین کنید؟ بالاخره هر کدام از آنها یک اتصال pn دارند، درست است؟ من دو دیود را به صورت سری روشن کردم - و در کیف است!

نه! واقعیت این است که پایه ترانزیستور در حین ساخت بسیار نازک ساخته می شود که با اتصال دو دیود جداگانه نمی توان به آن دست یافت.

اصل عملکرد ترانزیستور دوقطبی

اصل اساسی ترانزیستور این است که یک جریان پایه کوچک می تواند جریان کلکتور بسیار بزرگتری را ایجاد کند - در محدوده عملاً از صفر تا حداکثر مقدار ممکن معین.

نسبت جریان کلکتور به جریان پایه، بهره جریان نامیده می شود و می تواند از چند واحد تا چند صد متغیر باشد.

جالب است بدانید که ترانزیستورهای کم مصرف بیشتر از ترانزیستورهای پرقدرت دارند (و نه برعکس، همانطور که ممکن است تصور شود).

تفاوت این است که بر خلاف گیت DC، در حین کنترل، جریان پایه همیشه وجود دارد، یعنی. نوعی قدرت همیشه صرف کنترل می شود.

هر چه ولتاژ بین امیتر و بیس بیشتر باشد، جریان پایه بیشتر و بر این اساس، جریان کلکتور بیشتر می شود. با این حال، هر ترانزیستوری دارای حداکثر ولتاژ مجاز بین امیتر و بیس و بین امیتر و کلکتور است. برای فراتر از این پارامترها، باید با یک ترانزیستور جدید پرداخت کنید.

در حالت کار، محل اتصال بیس-امیتر معمولاً باز و اتصال بیس-کلکتور بسته است.

یک ترانزیستور دوقطبی، مانند یک رله، می تواند در حالت کلید نیز کار کند. اگر مقداری جریان کافی به پایه اعمال کنید (دکمه S1 را ببندید)، ترانزیستور به خوبی باز می شود. لامپ روشن خواهد شد.

در این صورت مقاومت بین امیتر و کلکتور کم خواهد بود.

افت ولتاژ در بخش امیتر-کلکتور چند دهم ولت خواهد بود.

اگر سپس جریان را به پایه متوقف کنید (S1 را باز کنید)، ترانزیستور بسته می شود، یعنی. مقاومت بین امیتر و کلکتور بسیار زیاد خواهد شد.

لامپ خاموش خواهد شد.

چگونه ترانزیستور دوقطبی را بررسی کنیم؟

از آنجایی که یک ترانزیستور دوقطبی از دو اتصال pn تشکیل شده است، آزمایش آن با یک تستر دیجیتال بسیار آسان است.

لازم است سوئیچ عملکرد تستر را با اتصال یک پروب به پایه و دومی به طور متناوب به امیتر و کلکتور در موقعیت قرار دهید.

در واقع، ما فقط به طور متوالی سلامت اتصالات p-n را بررسی می کنیم.

چنین انتقالی می تواند باز یا بسته باشد.

سپس باید قطبیت پروب ها را تغییر دهید و اندازه گیری ها را تکرار کنید.

در یک مورد، تستر افت ولتاژ را در اتصالات پایه امیتر و پایه کلکتور 0.6 - 0.7 V نشان می دهد (هر دو اتصال باز هستند).

در حالت دوم، هر دو انتقال بسته می‌شوند و تستر این را ضبط می‌کند.

لازم به ذکر است که در حالت کار، اغلب یکی از انتقال های ترانزیستور باز است و دومی بسته است.

اندازه گیری ضریب انتقال جریان یک ترانزیستور دوقطبی

اگر تستر توانایی اندازه‌گیری ضریب انتقال جریان را دارد، می‌توانید با نصب سیم‌های ترانزیستور در سوکت‌های مربوطه، عملکرد ترانزیستور را بررسی کنید.

نسبت انتقال جریان، نسبت جریان کلکتور به جریان پایه است.

هر چه بهره بیشتر باشد، جریان پایه می تواند جریان کلکتور بیشتری را تحمل کند، و همه چیزهای دیگر برابر هستند.

Pinout (نام پین ها) و سایر داده ها را می توان از برگه های داده (داده های مرجع) برای ترانزیستور مربوطه گرفت. برگه های داده را می توان از طریق موتورهای جستجو در اینترنت یافت.

تستر نسبت انتقال فعلی (بهره) را روی صفحه نمایش نشان می دهد که باید با داده های مرجع مقایسه شود.

ضریب انتقال جریان ترانزیستورهای کم مصرف می تواند به چند صد نفر برسد.

برای ترانزیستورهای قدرتمند، به طور قابل توجهی کمتر است - چند واحد یا ده.

با این حال، ترانزیستورهای قدرتمندی با ضریب انتقال چند صد یا هزاران وجود دارد. اینها به اصطلاح زوج های دارلینگتون هستند.

یک جفت دارلینگتون از دو ترانزیستور تشکیل شده است. جریان خروجی ترانزیستور اول جریان ورودی ترانزیستور دوم است.

نسبت انتقال جریان کلی حاصل ضرب نسبت ترانزیستور اول و دوم است.

یک جفت دارلینگتون در یک بسته مشترک ساخته می شود، اما می توان آن را از دو ترانزیستور جداگانه نیز ساخت.

محافظ دیود داخلی

برخی از ترانزیستورها (پرقدرت و ولتاژ بالا) را می توان با یک دیود داخلی در برابر ولتاژ معکوس محافظت کرد.

بنابراین، اگر پروب های تستر را در حالت تست دیود به امیتر و کلکتور متصل کنید، همان 0.6 - 0.7 V (اگر دیود بایاس رو به جلو باشد) یا یک "دیود قفل شده" (اگر دیود در بایاس باشد) را نشان می دهد. جهت معکوس) ...

اگر تستر مقداری ولتاژ خفیف و حتی در هر دو جهت را نشان دهد، پس ترانزیستور قطعا خراب است و باید تعویض شود... اتصال کوتاه را می توان در حالت اندازه گیری مقاومت نیز تعیین کرد - تستر مقاومت کمی را نشان می دهد.

رخ می دهد (خوشبختانه، بسیار به ندرت) نقص "بد" ترانزیستور. این زمانی است که در ابتدا کار می کند و پس از مدتی (یا پس از گرم شدن) پارامترهای خود را تغییر می دهد یا به طور کلی از کار می افتد.

اگر چنین ترانزیستوری تبخیر شود و با یک تستر بررسی شود، قبل از اتصال پروب ها زمان خنک شدن خواهد داشت و تستر نشان می دهد که طبیعی است. بهتر است این موضوع را با تعویض ترانزیستور "مشکوک" در دستگاه بررسی کنید.

در پایان، بیایید بگوییم که ترانزیستور دوقطبی یکی از "تکه های آهن" اصلی در الکترونیک است. خوب است که یاد بگیریم تشخیص دهیم که آیا این "تکه های آهن" "زنده" هستند یا نه. البته خوانندگان عزیز تصویر بسیار ساده ای را برای شما قرار داده ام.

در واقع، کار یک ترانزیستور دوقطبی با فرمول های بسیاری توصیف می شود، انواع مختلفی از آنها وجود دارد، اما این یک علم پیچیده است. برای کسانی که مایل به کاوش عمیق‌تر هستند، می‌توانم کتاب فوق‌العاده هورویتز و هیل، هنر مدار، را توصیه کنم.

می توانید برای آزمایش های خود ترانزیستور بخرید

شما را در وبلاگ می بینم!

ترانزیستور

ترانزیستور یک وسیله نیمه هادی است که امکان کنترل سیگنال قوی تر را با سیگنال ضعیف فراهم می کند. به دلیل این خاصیت، اغلب در مورد توانایی ترانزیستور در تقویت سیگنال گفته می شود. اگرچه در واقع چیزی را تقویت نمی کند، اما به سادگی به شما امکان می دهد یک جریان بزرگ را با جریان های بسیار ضعیف تر روشن و خاموش کنید. ترانزیستورها در الکترونیک بسیار رایج هستند، زیرا خروجی هر کنترل کننده به ندرت می تواند جریانی بیش از 40 میلی آمپر را ارائه دهد، بنابراین، حتی 2-3 LED کم مصرف دیگر نمی توانند مستقیماً از میکروکنترلر تغذیه شوند. اینجاست که ترانزیستورها به کمک می آیند. این مقاله در مورد انواع اصلی ترانزیستورها، تفاوت بین ترانزیستورهای دوقطبی P-N-P و N-P-N، کانال P از ترانزیستورهای اثر میدان N-channel بحث می‌کند، ظرافت‌های اصلی اتصال ترانزیستورها را مورد بحث قرار می‌دهد و حوزه‌های کاربرد آنها را فاش می‌کند.

ترانزیستور را با رله اشتباه نگیرید. رله یک کلید ساده است. ماهیت کار آن در بستن و باز کردن کنتاکت های فلزی است. ترانزیستور پیچیده تر است و عملکرد آن بر اساس اتصال الکترون به حفره است. اگر علاقه مند به کسب اطلاعات بیشتر در مورد این هستید، می توانید یک ویدیوی عالی را تماشا کنید که نحوه عملکرد ترانزیستور از ساده به پیچیده را توضیح می دهد. با سال تولید ویدیو گیج نشوید - قوانین فیزیک از آن زمان تاکنون تغییر نکرده است و ویدیوی جدیدتری که در آن مطالب با چنین کیفیت بالایی ارائه شده است، یافت نشد:

انواع ترانزیستور

ترانزیستور دوقطبی

ترانزیستور دوقطبی برای کنترل بارهای سبک (به عنوان مثال، موتورهای کم مصرف و سرووها) طراحی شده است. او همیشه سه نتیجه دارد:

کلکتور - یک ولتاژ بالا عرضه می شود که ترانزیستور آن را کنترل می کند

• پایه (پایه انگلیسی) - جریان برای باز یا بسته شدن ترانزیستور تامین یا قطع می شود.

امیتر (امیتر انگلیسی) - خروجی "خروجی" ترانزیستور. از طریق آن، جریان از کلکتور و پایه جریان می یابد.

ترانزیستور دوقطبی جریان رانده است. هرچه جریان بیشتری به پایه اعمال شود، جریان بیشتری از کلکتور به امیتر خواهد رسید. نسبت جریان عبوری از امیتر به کلکتور به جریان پایه ترانزیستور بهره نامیده می شود. به عنوان مشخص شده است h fe (در ادبیات انگلیسی به نام gain).

به عنوان مثال، اگر h fe= 150، و 0.2 میلی آمپر از پایه عبور می کند، سپس ترانزیستور حداکثر 30 میلی آمپر را از خود عبور می دهد. اگر قطعه ای متصل شود که 25 میلی آمپر مصرف می کند (مانند LED)، با 25 میلی آمپر ارائه می شود. اگر قطعه ای متصل شود که 150 میلی آمپر می کشد، تنها حداکثر 30 میلی آمپر ارائه می شود. اسناد تماس حداکثر مقادیر مجاز جریان و ولتاژ را نشان می دهد پایه-> ساطع کننده و گردآورنده -> ساطع کننده ... بیش از این مقادیر منجر به گرم شدن بیش از حد و خرابی ترانزیستور می شود.

عکس های خنده دار:

ترانزیستورهای دوقطبی NPN و PNP

2 نوع ترانزیستور پلاریزه وجود دارد: NPNو PNP... آنها در تناوب لایه ها متفاوت هستند. N (از منفی - منفی) لایه ای با بیش از حد حامل های بار منفی (الکترون ها) است، P (از مثبت - مثبت) لایه ای است با بیش از حد حامل های بار مثبت (سوراخ). برای اطلاعات بیشتر در مورد الکترون ها و حفره ها، ویدیوی بالا را ببینید.

رفتار ترانزیستورها به تناوب لایه ها بستگی دارد. انیمیشن بالا نشان می دهد NPNترانزیستور V PNPکنترل ترانزیستور برعکس مرتب می شود - جریان از طریق ترانزیستور در هنگام اتصال به زمین عبور می کند و هنگامی که جریان از پایه عبور می کند مسدود می شود. در صفحه نمایش روی نمودار PNPو NPNدر جهت فلش متفاوت است. فلش همیشه انتقال از را نشان می دهد نبه پ:

تعیین ترانزیستورهای NPN (چپ) و PNP (راست) در نمودار

ترانزیستورهای NPN در الکترونیک رایج ترند زیرا کارآمدتر هستند.

ترانزیستور اثر میدانی

ترانزیستورهای اثر میدانی از نظر ساختار داخلی با ترانزیستورهای دوقطبی متفاوت هستند. متداول ترین در لوازم الکترونیکی سرگرمی ماسفت ها هستند. MOS مخفف Metal Oxide Conductor است. به انگلیسی: Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor که به اختصار MOSFET نامیده می شود. ترانزیستورهای MOS به شما این امکان را می‌دهند که قدرت‌های بالا را با اندازه نسبتاً کوچک خود ترانزیستور کنترل کنید. ترانزیستور توسط ولتاژ کنترل می شود نه جریان. از آنجایی که ترانزیستور توسط یک برق کنترل می شود رشتهترانزیستور نام خود را گرفت - رشتهزوزه کشیدن

ترانزیستورهای اثر میدان حداقل 3 پین دارند:

تخلیه - ولتاژ بالا به آن عرضه می شود که می خواهید آن را کنترل کنید

گیت (دروازه انگلیسی) - برای کنترل ترانزیستور به آن ولتاژ اعمال می شود

منبع (منبع انگلیسی) - هنگامی که ترانزیستور "باز" ​​است، جریان از تخلیه از آن عبور می کند.

باید یک انیمیشن با ترانزیستور جلوه میدانی وجود داشته باشد، اما هیچ تفاوتی با یک دوقطبی نخواهد داشت، به جز نمایش شماتیک خود ترانزیستورها، بنابراین هیچ انیمیشنی وجود نخواهد داشت.

ترانزیستورهای اثر میدان N کانال و کانال P

ترانزیستورهای اثر میدان نیز بسته به دستگاه و رفتار به 2 نوع تقسیم می شوند. کانال N(کانال N) با اعمال ولتاژ به گیت باز می شود و بسته می شود. زمانی که تنش وجود ندارد کانال پی(کانال P) برعکس عمل می کند: در حالی که هیچ ولتاژی در دروازه وجود ندارد، جریان از ترانزیستور عبور می کند. هنگامی که ولتاژ به گیت اعمال می شود، جریان متوقف می شود. در نمودار، ترانزیستورهای اثر میدانی به روشی کمی متفاوت نشان داده شده اند:

بر اساس قیاس با ترانزیستورهای دوقطبی، ترانزیستورهای اثر میدانی از نظر قطبیت متفاوت هستند. ترانزیستور N-Channel در بالا توضیح داده شد. آنها رایج ترین هستند.

کانال P، زمانی که برچسب گذاری می شود، در جهت فلش متفاوت است و دوباره رفتار "معکوس" دارد.

این تصور اشتباه وجود دارد که ترانزیستور اثر میدانی می تواند جریان متناوب ایجاد کند. این درست نیست. برای کنترل جریان AC، از رله استفاده کنید.

ترانزیستور دارلینگتون

ترانزیستور دارلینگتون برای اشاره به نوع جداگانه ای از ترانزیستور کاملاً صحیح نیست. با این حال، غیرممکن است که در این مقاله به آنها اشاره نکنیم. ترانزیستور دارلینگتون اغلب به شکل یک ریز مدار یافت می شود که شامل چندین ترانزیستور است. به عنوان مثال ULN2003. مشخصه ترانزیستور دارلینگتون توانایی باز و بسته شدن سریع (به این معنی است که می تواند با آن کار کند) و در عین حال در برابر جریان های بالا مقاومت می کند. نوعی ترانزیستور مرکب است و یک اتصال آبشاری از دو یا به ندرت بیشتر ترانزیستور است که به گونه‌ای به هم متصل شده‌اند که بار در امیتر مرحله قبل، انتقال پایه به امیتر ترانزیستور مرحله بعد باشد. ترانزیستورها توسط کلکتورها وصل می شوند و امیتر ترانزیستور ورودی به آخر هفته پایه متصل می شود. علاوه بر این، بار مقاومتی امیتر ترانزیستور قبلی را می توان به عنوان بخشی از مدار برای تسریع در بسته شدن استفاده کرد. چنین اتصالی به طور کلی به عنوان یک ترانزیستور منفرد در نظر گرفته می شود که بهره جریان آن، زمانی که ترانزیستورها در حالت فعال هستند، تقریباً برابر با حاصلضرب بهره تمام ترانزیستورها است.

اتصال ترانزیستور

بر کسی پوشیده نیست که برد آردوینو قادر است خروجی را با ولتاژ 5 ولت با حداکثر جریان تا 40 میلی آمپر تامین کند. این جریان برای اتصال یک بار قدرتمند کافی نیست. برای مثال، اگر بخواهید یک نوار LED یا یک موتور را مستقیماً به یک خروجی متصل کنید، مطمئناً به خروجی آردوینو آسیب می‌رسانید. این امکان وجود دارد که کل هیئت مدیره شکست بخورد. علاوه بر این، برخی از اجزای متصل ممکن است برای کار کردن به بیش از 5 ولت نیاز داشته باشند. ترانزیستور هر دوی این مشکلات را حل می کند. این به کمک یک جریان کوچک از خروجی آردوینو برای کنترل یک جریان قدرتمند از منبع تغذیه جداگانه یا با ولتاژ 5 ولت برای کنترل ولتاژ زیاد کمک می کند (حتی ضعیف ترین ترانزیستورها به ندرت محدودیت ولتاژ زیر 50 ولت دارند) . به عنوان مثال، اتصال یک موتور را در نظر بگیرید:

در نمودار بالا، موتور به یک منبع تغذیه جداگانه متصل است. ما بین پایه موتور و منبع تغذیه موتور یک ترانزیستور قرار می دهیم که توسط هر پایه دیجیتال روی آردوینو کنترل می شود. هنگام اعمال سیگنال HIGH به خروجی کنترلر از خروجی کنترلر، جریان بسیار کمی را برای باز کردن ترانزیستور می گیریم و جریان زیادی از ترانزیستور می گذرد و به کنترل کننده آسیب نمی رساند. به مقاومت نصب شده بین پین آردوینو و پایه ترانزیستور توجه کنید. برای محدود کردن جریان جریان در مسیر میکروکنترلر - ترانزیستور - زمین و جلوگیری از اتصال کوتاه لازم است. همانطور که قبلا ذکر شد، حداکثر جریانی که می توان از پایه آردوینو گرفت 40 میلی آمپر است. بنابراین، ما به یک مقاومت حداقل 125 اهم (5 ولت / 0.04 آمپر = 125 اهم) نیاز داریم. می توانید با خیال راحت از یک مقاومت 220 اهم استفاده کنید. در واقع، مقاومت باید با در نظر گرفتن جریانی که باید به پایه داده شود تا جریان مورد نیاز از طریق ترانزیستور به دست آید، انتخاب شود. برای انتخاب صحیح مقاومت، باید بهره را در نظر بگیرید ( h fe).

مهم!! اگر یک بار قدرتمند را از یک منبع تغذیه جداگانه وصل می کنید، باید زمین ("منهای") منبع تغذیه بار و زمین (پین "GND") آردوینو را به صورت فیزیکی وصل کنید. در غیر این صورت، کنترل ترانزیستور کار نخواهد کرد.

هنگام استفاده از ترانزیستور اثر میدان، مقاومت محدود کننده جریان در گیت مورد نیاز نیست. ترانزیستور تنها با ولتاژ کنترل می شود و هیچ جریانی از گیت عبور نمی کند.