โหมดการทำงานของทรานซิสเตอร์แบบไบโพลาร์แบบผกผัน คำอธิบายขององค์ประกอบหลักของวงจร โหมดการทำงานของทรานซิสเตอร์แบบไบโพลาร์

ตามอัตภาพ ทรานซิสเตอร์แบบไบโพลาร์สามารถถูกวาดในรูปแบบของแผ่นเซมิคอนดักเตอร์ที่มีการเปลี่ยนแปลงบริเวณที่มีการนำไฟฟ้าต่างกัน ซึ่งประกอบด้วยสองขั้ว ทางแยก p-n- นอกจากนี้บริเวณสุดขั้วของแผ่นยังมีค่าการนำไฟฟ้าชนิดเดียวกันและ พื้นที่ตรงกลางในทางกลับกัน แต่ละด้านก็มีข้อสรุปเป็นของตัวเอง

ทรานซิสเตอร์มีค่าการนำไฟฟ้า p-n-p และ n-p-n ตามลำดับ ขึ้นอยู่กับการสลับกันของพื้นที่เหล่านี้

และถ้าเราเอาส่วนใดส่วนหนึ่งของทรานซิสเตอร์ไปปิด เราก็จะได้เซมิคอนดักเตอร์ที่มีจุดเชื่อมต่อ pn หรือไดโอดหนึ่งตัว สิ่งนี้ชี้ให้เห็นข้อสรุปว่าทรานซิสเตอร์แบบไบโพลาร์สามารถแสดงตามอัตภาพเป็นสองขั้วได้ เซมิคอนดักเตอร์ด้วยพื้นที่ส่วนกลางเพียงแห่งเดียวที่เชื่อมต่อกัน

ส่วนของทรานซิสเตอร์ที่มีจุดประสงค์เพื่อฉีดพาหะประจุเข้าไปในฐานเรียกว่าตัวปล่อยและ p-n ที่สอดคล้องกันจุดเชื่อมต่อคือตัวปล่อย และส่วนหนึ่งขององค์ประกอบซึ่งมีจุดประสงค์เพื่อถอดหรือดึงตัวพาประจุออกจากฐาน เรียกว่าตัวรวบรวม และจุดเชื่อมต่อ p-n คือตัวรวบรวม พื้นที่ส่วนกลางเรียกว่าฐาน.

ความแตกต่างในการกำหนดโครงสร้างที่แตกต่างกันนั้นอยู่ในทิศทางของลูกศรตัวปล่อยเท่านั้น: ใน p-n-p มันจะมุ่งตรงไปที่ฐานและใน n-p-n ตรงกันข้ามจะอยู่ห่างจากฐาน

ในช่วงเริ่มต้นของการพัฒนาอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์เซมิคอนดักเตอร์นั้นทำจากเจอร์เมเนียมเท่านั้นโดยใช้เทคโนโลยีการหลอมรวมสิ่งเจือปนซึ่งเป็นสาเหตุที่เรียกว่าโลหะผสม ตัวอย่างเช่น ฐานเป็นผลึกเจอร์เมเนียม และฉันก็ละลายอินเดียมชิ้นเล็กๆ ลงไป

อะตอมของอินเดียมทะลุผ่านร่างของผลึกเจอร์เมเนียม ทำให้เกิดสองส่วนในนั้น - ตัวสะสมและตัวปล่อย ระหว่างนั้นยังมีชั้นบาง ๆ ของเซมิคอนดักเตอร์ไม่กี่ไมครอนประเภทตรงข้าม - ฐาน และเพื่อซ่อนคริสตัลจากแสงจึงซ่อนไว้ในตัวเรือน

ภาพประกอบแสดงให้เห็นว่าตัวยึดคริสตัลเชื่อมเข้ากับจานโลหะซึ่งเป็นเอาต์พุตของฐาน และที่ด้านล่างของจานก็มีเอาต์พุตสายไฟด้านนอก

ขั้วต่อภายในของตัวสะสมและตัวปล่อยถูกเชื่อมเข้ากับตัวนำของอิเล็กโทรดภายนอก

ด้วยการพัฒนาอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ พวกเขาเริ่มประมวลผลผลึกซิลิคอนและประดิษฐ์อุปกรณ์ซิลิกอน ซึ่งทำให้ทรานซิสเตอร์เจอร์เมเนียมเลิกใช้เกือบทั้งหมด

พวกเขาสามารถทำงานได้มากขึ้น อุณหภูมิสูงพวกมันมีค่ากระแสย้อนกลับที่ต่ำกว่าและแรงดันพังทลายที่สูงขึ้น

วิธีการผลิตหลักคือเทคโนโลยีระนาบ สำหรับทรานซิสเตอร์ดังกล่าว จุดเชื่อมต่อ p-n จะอยู่ในระนาบเดียวกัน หลักการของวิธีการนี้ขึ้นอยู่กับการแพร่กระจายหรือการหลอมรวมของสิ่งเจือปนลงในแผ่นเวเฟอร์ซิลิคอน ซึ่งอาจอยู่ในส่วนประกอบที่เป็นก๊าซ ของเหลว หรือของแข็ง เมื่อถูกความร้อนจนถึงอุณหภูมิคงที่อย่างเคร่งครัด องค์ประกอบที่ไม่บริสุทธิ์จะกระจายเข้าไปในซิลิคอน

ในกรณีนี้ ลูกบอลลูกหนึ่งจะสร้างบริเวณฐานบาง และอีกลูกสร้างบริเวณตัวปล่อย เป็นผลให้เกิดรอยต่อ p-n สองอันในซิลิคอน เมื่อใช้เทคโนโลยีนี้ ทรานซิสเตอร์ซิลิคอนชนิดทั่วไปส่วนใหญ่จึงถูกผลิตขึ้นในโรงงาน

นอกจากนี้วิธีการรวมที่ใช้กันอย่างแพร่หลายสำหรับการผลิตโครงสร้างทรานซิสเตอร์: ฟิวชั่นและการแพร่กระจายหรือ ตัวเลือกต่างๆการแพร่กระจาย เช่น สองทางหรือสองทางทางเดียว

เรามาทำการทดลองเชิงปฏิบัติกัน โดยจะต้องมีทรานซิสเตอร์และหลอดไฟจากไฟฉายเก่าและลวดยึดเล็กน้อยเพื่อประกอบวงจรนี้

การทำงานของทรานซิสเตอร์ ประสบการณ์จริงสำหรับผู้เริ่มต้น

หลอดไฟจะสว่างขึ้นเนื่องจากมีการจ่ายแรงดันไบอัสไปข้างหน้าที่จุดเชื่อมต่อของตัวสะสม ซึ่งจะปลดล็อคจุดเชื่อมต่อของตัวสะสมและกระแส Ik ของตัวสะสมจะไหลผ่าน ค่าของมันขึ้นอยู่กับความต้านทานของไส้หลอดและ ความต้านทานภายในแบตเตอรี่หรือแหล่งจ่ายไฟ

ตอนนี้ขอนำเสนอแผนภาพนี้ในรูปแบบโครงสร้าง:

เนื่องจากในภูมิภาค N ตัวพาประจุหลักคืออิเล็กตรอน พวกมันจึงผ่านศักย์ไฟฟ้าได้ สิ่งกีดขวาง p-nการเปลี่ยนแปลง ตกไปในบริเวณรู p-type และกลายเป็นพาหะประจุส่วนน้อย ซึ่งพวกมันเริ่มถูกดูดซับโดยพาหะส่วนใหญ่ด้วยรู ในทำนองเดียวกัน รูจากตัวสะสมมีแนวโน้มที่จะเข้าไปในบริเวณฐานและถูกดูดซับโดยพาหะประจุหลักซึ่งก็คืออิเล็กตรอน

เนื่องจากฐานอยู่ห่างจากแหล่งพลังงานลบ อิเล็กตรอนจำนวนมากจะไหลเข้าไปเพื่อชดเชยการสูญเสียจากพื้นที่ฐาน และตัวสะสมที่เชื่อมต่อกับเครื่องหมายบวกผ่านไส้หลอดสามารถรับจำนวนเดียวกันได้ดังนั้นความเข้มข้นของรูจึงกลับคืนมา

ค่าการนำไฟฟ้าของทางแยก p-n จะเพิ่มขึ้นอย่างมาก และกระแสของตัวสะสมจะเริ่มไหลผ่านทางแยกของตัวสะสม ฉันค- และยิ่งสูงเท่าไรหลอดไส้ก็จะยิ่งเผาไหม้มากขึ้นเท่านั้น

กระบวนการที่คล้ายกันเกิดขึ้นในวงจรแยกตัวปล่อย รูปนี้แสดงตัวเลือกการเชื่อมต่อวงจรสำหรับการทดลองครั้งที่สอง

ลองทำการทดลองเชิงปฏิบัติอีกครั้งและเชื่อมต่อฐานของทรานซิสเตอร์เข้ากับขั้วบวกของแหล่งจ่ายไฟ หลอดไฟไม่สว่างเนื่องจากเราเชื่อมต่อทางแยก p-n ของทรานซิสเตอร์ในทิศทางตรงกันข้ามและความต้านทานของทางแยกเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วและมีเพียง Ikbo ของตัวสะสมย้อนกลับขนาดเล็กมากเท่านั้นที่ไหลผ่านซึ่งไม่สามารถจุดไฟได้ ไส้หลอด

ลองทำอีกอันหนึ่ง การทดลองที่น่าสนใจเชื่อมต่อหลอดไฟตามภาพ ไฟไม่สว่าง ลองหาสาเหตุว่าทำไม

หากแรงดันไฟฟ้าถูกนำไปใช้กับตัวปล่อยและตัวสะสม ดังนั้นสำหรับขั้วใด ๆ ของแหล่งพลังงาน การเปลี่ยนแปลงอย่างใดอย่างหนึ่งจะไปข้างหน้าและอีกอันจะย้อนกลับดังนั้นจึงไม่มีกระแสไหลและหลอดไฟจะไม่สว่าง

จากแผนภาพบล็อก เห็นได้ชัดว่าจุดเชื่อมต่อตัวปล่อยมีความเอนเอียงไปข้างหน้าและเปิด และรอการรับอิเล็กตรอนอิสระ ในทางกลับกันทางแยกของตัวสะสมจะเชื่อมต่อในทิศทางตรงกันข้ามและป้องกันไม่ให้อิเล็กตรอนเข้าสู่ฐาน ระหว่างตัวสะสมและฐานมีสิ่งกีดขวางที่อาจเกิดขึ้นซึ่งจะช่วยป้องกันกระแสไฟฟ้าได้ดีและหลอดไฟจะไม่สว่าง

เรามาเพิ่มจัมเปอร์เพียงตัวเดียวในวงจรของเราซึ่งจะเชื่อมต่อตัวส่งสัญญาณและฐาน แต่หลอดไฟก็ยังไม่สว่าง

โดยหลักการแล้วทุกอย่างชัดเจน: เมื่อฐานและตัวปล่อยลัดวงจรด้วยจัมเปอร์ทางแยกของตัวสะสมจะเปลี่ยนเป็นไดโอดซึ่งรับแรงดันไบแอสย้อนกลับ

แทนที่จะติดตั้งจัมเปอร์ให้ติดตั้งความต้านทาน Rb ด้วยค่าเล็กน้อย 200 - 300 โอห์มและแหล่งพลังงานอื่น 1.5 โวลต์ เราเชื่อมต่อลบของมันผ่าน Rb กับฐาน และบวกมันเข้ากับตัวปล่อย และปาฏิหาริย์ก็เกิดขึ้น หลอดไฟก็สว่างขึ้น

หลอดไฟสว่างขึ้นเนื่องจากเราเชื่อมต่อแหล่งพลังงานเพิ่มเติมระหว่างฐานและตัวส่งสัญญาณ และด้วยเหตุนี้จึงจ่ายแรงดันไฟฟ้าตรงไปที่ทางแยกของตัวส่งสัญญาณ ซึ่งนำไปสู่การเปิดและกระแสตรงที่ไหลผ่าน ซึ่งจะช่วยปลดล็อคจุดเชื่อมต่อตัวสะสมของทรานซิสเตอร์ ทรานซิสเตอร์จะเปิดขึ้นและกระแสสะสม Ik จะไหลผ่าน ซึ่งมากกว่ากระแสฐานตัวปล่อยหลายเท่า และกระแสน้ำนี้ก็ทำให้หลอดไฟสว่างขึ้น

ถ้าเราเปลี่ยนขั้วของแหล่งพลังงานเพิ่มเติมแล้วบวกกับฐาน จุดเชื่อมต่อตัวปล่อยจะปิด ตามด้วยหัวต่อตัวสะสม Reverse Ikbo จะไหลผ่านทรานซิสเตอร์ และหลอดไฟจะหยุดส่องสว่าง

หน้าที่หลักของตัวต้านทาน Rb คือการจำกัดกระแสในวงจรฐาน หากจ่ายไฟทั้งหมด 1.5 โวลต์ให้กับฐาน กระแสไฟฟ้ามากเกินไปจะไหลผ่านทางแยก ซึ่งเป็นผลมาจากการสลายความร้อนของทางแยกจะเกิดขึ้นและทรานซิสเตอร์อาจไหม้ได้ สำหรับทรานซิสเตอร์เจอร์เมเนียม แรงดันเกตควรอยู่ที่ประมาณ 0.2 โวลต์ และสำหรับซิลิคอน 0.7 โวลต์

หันมากันดีกว่า แผนภาพโครงสร้าง: เมื่อแรงดันไฟฟ้าเพิ่มเติมถูกจ่ายไปที่ฐาน จุดเชื่อมต่อตัวปล่อยจะเปิดขึ้นและรูอิสระจากตัวปล่อยจะถูกดูดซับร่วมกันกับอิเล็กตรอนฐาน ทำให้เกิดกระแสฐานตรง Ib

แต่ไม่ใช่ทุกรูที่เข้าสู่ฐานจะรวมตัวกับอิเล็กตรอนอีกครั้ง เนื่องจากพื้นที่ฐานค่อนข้างแคบ ดังนั้นอิเล็กตรอนฐานจะดูดซับเพียงส่วนเล็กๆ ของรูเท่านั้น

ปริมาตรหลักของรูตัวปล่อยจะข้ามฐานและตกไปต่ำกว่านั้น ระดับสูงแรงดันลบในตัวสะสมและร่วมกับรูของตัวสะสมจะไหลไปยังขั้วลบซึ่งพวกมันจะถูกดูดซับร่วมกันโดยอิเล็กตรอนจากแหล่งพลังงานหลัก GB ความต้านทานของวงจรตัวสะสมตัวปล่อย-ฐาน-ตัวสะสมจะลดลงอย่างรวดเร็วและกระแสตัวสะสมโดยตรง Ik เริ่มไหลเข้าไป ซึ่งมากกว่า Ib กระแสฐานของวงจรตัวปล่อย-ฐานหลายเท่า

ยิ่งระดับแรงดันไฟฟ้าในการปลดล็อคที่ฐานสูงเท่าใด จำนวนรูจากตัวปล่อยถึงฐานก็จะยิ่งมากขึ้น ค่ากระแสในตัวสะสมก็จะยิ่งสูงขึ้น และในทางกลับกัน ยิ่งแรงดันปลดล็อคที่ฐานต่ำลง กระแสในวงจรคอลเลกเตอร์ก็จะยิ่งต่ำลง

ในการทดลองเหล่านี้โดยนักวิทยุสมัครเล่นมือใหม่เกี่ยวกับหลักการทำงานของทรานซิสเตอร์ จะอยู่ในสถานะใดสถานะหนึ่งจากสองสถานะ: เปิดหรือปิด การสลับจากสถานะหนึ่งไปอีกสถานะหนึ่งจะดำเนินการภายใต้การกระทำของแรงดันไฟฟ้าปลดล็อคที่ฐาน Ub โหมดการทำงานของทรานซิสเตอร์ในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์นี้เรียกว่าโหมดคีย์ มันถูกใช้ในเครื่องมือและอุปกรณ์อัตโนมัติ

ในโหมดการขยายเสียง เครื่องขยายเสียงทรานซิสเตอร์ทำงานในวงจรเครื่องรับและเครื่องขยายความถี่เสียง (USF และ ULF) ในระหว่างการทำงาน กระแสขนาดเล็กจะถูกใช้ในวงจรฐานซึ่งควบคุมกระแสขนาดใหญ่ในตัวสะสม นี่คือความแตกต่างระหว่างโหมดการขยายเสียงและโหมดสวิตชิ่ง ซึ่งจะเปิดหรือปิดทรานซิสเตอร์เท่านั้น ขึ้นอยู่กับแรงดันไฟฟ้าที่ฐาน

ทรานซิสเตอร์เป็นส่วนประกอบวิทยุแบบแอคทีฟที่พบได้ทั่วไปในเกือบทุกวงจร และบ่อยครั้งมาก โดยเฉพาะอย่างยิ่งในระหว่างหลักสูตรทดลองเกี่ยวกับการเรียนรู้พื้นฐานของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ ดังนั้นหากไม่มีทักษะในการตรวจสอบทรานซิสเตอร์ก็ไม่ควรเข้าไปยุ่งกับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ ลองหาวิธีตรวจสอบทรานซิสเตอร์กัน

มีการอธิบายที่จำเป็นแล้ว เรามาเข้าประเด็นกันดีกว่า

ทรานซิสเตอร์ ความหมายและประวัติ

ทรานซิสเตอร์- อุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์อิเล็กทรอนิกส์ซึ่งกระแสในวงจรของอิเล็กโทรดสองตัวถูกควบคุมโดยอิเล็กโทรดตัวที่สาม (transistors.ru)

ตัวแรกที่ถูกประดิษฐ์ขึ้น ทรานซิสเตอร์สนามผล(พ.ศ. 2471) และไบโพลาร์ปรากฏในปี พ.ศ. 2490 ที่เบลล์แล็บส์ และมันก็เป็นการปฏิวัติทางอิเล็กทรอนิกส์โดยไม่ต้องพูดเกินจริง

อย่างรวดเร็วมาก ทรานซิสเตอร์เข้ามาแทนที่หลอดสุญญากาศในหลายรูปแบบ อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์- ในเรื่องนี้ความน่าเชื่อถือของอุปกรณ์ดังกล่าวเพิ่มขึ้นและขนาดของอุปกรณ์ก็ลดลงอย่างมาก และจนถึงทุกวันนี้ ไม่ว่าวงจรไมโครจะ "ซับซ้อน" แค่ไหน แต่ก็ยังมีทรานซิสเตอร์จำนวนมาก (เช่นเดียวกับไดโอด ตัวเก็บประจุ ตัวต้านทาน ฯลฯ) ตัวเล็กมากเท่านั้น

อย่างไรก็ตาม ในตอนแรก "ทรานซิสเตอร์" เป็นตัวต้านทานซึ่งสามารถเปลี่ยนความต้านทานได้โดยใช้ปริมาณแรงดันไฟฟ้าที่ใช้ หากเราเพิกเฉยต่อฟิสิกส์ของกระบวนการ ทรานซิสเตอร์สมัยใหม่ก็สามารถแสดงเป็นความต้านทานที่ขึ้นอยู่กับสัญญาณที่จ่ายให้

ความแตกต่างระหว่างทรานซิสเตอร์ภาคสนามและทรานซิสเตอร์แบบไบโพลาร์คืออะไร? คำตอบอยู่ในชื่อของพวกเขาเอง ในทรานซิสเตอร์แบบไบโพลาร์ การถ่ายโอนประจุจะเกี่ยวข้องกับ และอิเล็กตรอน, และหลุม (“ อีกครั้ง” - สองครั้ง) และในสนาม (หรือที่เรียกว่า unipolar) - หรืออิเล็กตรอน, หรือหลุม

นอกจากนี้ ทรานซิสเตอร์ประเภทนี้ยังแตกต่างกันไปตามพื้นที่การใช้งาน ไบโพลาร์ส่วนใหญ่จะใช้ในเทคโนโลยีอะนาล็อกและภาคสนามในเทคโนโลยีดิจิทัล

และสุดท้าย: พื้นที่หลักของการประยุกต์ใช้ทรานซิสเตอร์ใด ๆ- ได้รับ สัญญาณอ่อนเนื่องจากมีแหล่งพลังงานเพิ่มเติม

ทรานซิสเตอร์แบบไบโพลาร์ หลักการทำงาน คุณสมบัติหลัก

ทรานซิสเตอร์แบบไบโพลาร์ประกอบด้วยสามส่วน: ตัวปล่อย ฐาน และตัวสะสม ซึ่งแต่ละส่วนจะได้รับแรงดันไฟฟ้า ขึ้นอยู่กับประเภทของการนำไฟฟ้าของพื้นที่เหล่านี้ ทรานซิสเตอร์ n-p-n และ p-n-p มีความโดดเด่น โดยทั่วไปพื้นที่ตัวรวบรวมจะกว้างกว่าพื้นที่ตัวปล่อย ฐานทำจากเซมิคอนดักเตอร์ที่มีการเจือเล็กน้อย (ซึ่งเป็นเหตุผลว่าทำไมจึงมีความต้านทานสูง) และมีความบางมาก เนื่องจากพื้นที่หน้าสัมผัสฐานตัวปล่อยมีความสำคัญ พื้นที่น้อยลงหน้าสัมผัสตัวสะสมฐานจึงเป็นไปไม่ได้ที่จะสลับตัวส่งและตัวสะสมโดยการเปลี่ยนขั้วของการเชื่อมต่อ ดังนั้นทรานซิสเตอร์จึงเป็นอุปกรณ์ที่ไม่สมมาตร

ก่อนที่จะพิจารณาฟิสิกส์ของวิธีการทำงานของทรานซิสเตอร์ เรามาสรุปปัญหาทั่วไปกันก่อน



เป็นดังนี้: กระแสแรงไหลระหว่างตัวปล่อยและตัวสะสม ( กระแสสะสม) และระหว่างตัวปล่อยและฐานจะมีกระแสควบคุมที่อ่อนแอ ( กระแสฐาน- กระแสของตัวสะสมจะเปลี่ยนไปตามการเปลี่ยนแปลงของกระแสฐาน ทำไม
ลองพิจารณารอยต่อ p-n ของทรานซิสเตอร์ มีสองอย่าง: emitter-base (EB) และ base-collector (BC) ในโหมดการทำงานของทรานซิสเตอร์ที่ใช้งานอยู่ตัวแรกจะเชื่อมต่อกับอคติไปข้างหน้าและตัวที่สองจะเชื่อมต่อกับอคติย้อนกลับ จะเกิดอะไรขึ้นที่ทางแยก p-n? เพื่อความชัดเจนยิ่งขึ้น เราจะพิจารณาทรานซิสเตอร์แบบ n-p-n สำหรับ p-n-p ทุกอย่างจะคล้ายกัน เพียงคำว่า "อิเล็กตรอน" เท่านั้นที่ต้องแทนที่ด้วย "หลุม"

เนื่องจากทางแยก EB เปิดอยู่ อิเล็กตรอนจึง "วิ่งผ่าน" ไปยังฐานได้อย่างง่ายดาย ที่นั่นพวกมันกลับมารวมตัวกันอีกครั้งด้วยรู แต่ โอส่วนใหญ่เนื่องจากความหนาเล็กน้อยของฐานและการเติมสารต่ำจึงสามารถจัดการให้ถึงช่วงเปลี่ยนผ่านของตัวสะสมฐานได้ ซึ่งอย่างที่เราจำได้นั้นมีอคติแบบย้อนกลับ และเนื่องจากอิเล็กตรอนในฐานเป็นตัวพาประจุส่วนน้อย สนามไฟฟ้าของการเปลี่ยนแปลงจึงช่วยให้พวกมันเอาชนะมันได้ ดังนั้นกระแสของตัวสะสมจึงน้อยกว่ากระแสของตัวปล่อยเพียงเล็กน้อยเท่านั้น ตอนนี้ระวังมือของคุณ ถ้าคุณเพิ่มกระแสเบส จุดเชื่อมต่อ EB จะเปิดมากขึ้น และอิเล็กตรอนสามารถเลื่อนไปมาระหว่างตัวปล่อยและตัวสะสมได้มากขึ้น และเนื่องจากกระแสสะสมนั้นมากกว่ากระแสพื้นฐานในตอนแรก การเปลี่ยนแปลงนี้จึงเห็นได้ชัดเจนมาก ดังนั้น, สัญญาณอ่อนที่ได้รับที่ฐานจะถูกขยาย- อีกครั้งที่การเปลี่ยนแปลงครั้งใหญ่ของกระแสสะสมเป็นการสะท้อนสัดส่วนของการเปลี่ยนแปลงเล็กน้อยของกระแสฐาน

ฉันจำได้ว่ามีการอธิบายหลักการทำงานของทรานซิสเตอร์แบบไบโพลาร์ให้เพื่อนร่วมชั้นของฉันฟังโดยใช้ตัวอย่าง ก๊อกน้ำ- น้ำในนั้นคือกระแสสะสม และกระแสควบคุมพื้นฐานคือปริมาณที่เราหมุนลูกบิด แรงเพียงเล็กน้อย (การควบคุม) ก็เพียงพอที่จะเพิ่มการไหลของน้ำจากก๊อกน้ำได้

นอกเหนือจากกระบวนการที่พิจารณาแล้ว ยังมีปรากฏการณ์อื่นๆ อีกจำนวนหนึ่งที่สามารถเกิดขึ้นได้ที่จุดเชื่อมต่อ p-n ของทรานซิสเตอร์ ตัวอย่างเช่น เมื่อแรงดันไฟฟ้าเพิ่มขึ้นอย่างมากที่จุดเชื่อมต่อตัวสะสมฐาน การเพิ่มจำนวนประจุของหิมะถล่มอาจเริ่มต้นเนื่องจากการกระทบต่อไอออนไนซ์ และร่วมกันด้วย เอฟเฟกต์อุโมงค์สิ่งนี้จะทำให้ไฟฟ้าเสียก่อน และจากนั้น (เมื่อกระแสเพิ่มขึ้น) จะมีการสลายความร้อน อย่างไรก็ตาม การพังทลายเนื่องจากความร้อนในทรานซิสเตอร์สามารถเกิดขึ้นได้โดยไม่มีการพังทลายทางไฟฟ้า (เช่น โดยไม่เพิ่มแรงดันไฟฟ้าของตัวสะสมเป็นแรงดันพังทลาย) กระแสไฟฟ้าที่มากเกินไปผ่านตัวสะสมจะเพียงพอสำหรับสิ่งนี้

ปรากฏการณ์อีกประการหนึ่งเกิดจากการที่เมื่อแรงดันไฟฟ้าบนจุดเชื่อมต่อตัวสะสมและตัวปล่อยการเปลี่ยนแปลงความหนาของมันจะเปลี่ยนไป และถ้าฐานบางเกินไปก็อาจเกิดเอฟเฟกต์การปิด (ที่เรียกว่า "การเจาะ" ของฐาน) - การเชื่อมต่อระหว่างทางแยกของตัวรวบรวมและทางแยกของตัวปล่อย ในกรณีนี้บริเวณฐานจะหายไปและทรานซิสเตอร์หยุดทำงานตามปกติ

กระแสสะสมของทรานซิสเตอร์ในโหมดแอคทีฟปกติของทรานซิสเตอร์มีค่ามากกว่ากระแสพื้นฐานตามจำนวนครั้งที่กำหนด เบอร์นี้มีชื่อว่า กำไรปัจจุบันและเป็นหนึ่งในตัวแปรหลักของทรานซิสเตอร์ มันถูกกำหนดไว้ h21- หากทรานซิสเตอร์เปิดอยู่โดยไม่มีโหลดบนตัวสะสม แสดงว่าเมื่อใด แรงดันไฟฟ้าคงที่อัตราส่วนตัวสะสมและตัวปล่อยของกระแสตัวสะสมต่อกระแสฐานจะให้ อัตราขยายกระแสคงที่- อาจมีค่าเท่ากับสิบหรือหลายร้อยหน่วย แต่ก็ควรพิจารณาถึงความจริงที่ว่าในวงจรจริงค่าสัมประสิทธิ์นี้มีขนาดเล็กลงเนื่องจากความจริงที่ว่าเมื่อเปิดโหลดกระแสไฟฟ้าของตัวสะสมจะลดลงตามธรรมชาติ

พารามิเตอร์ที่สำคัญที่สองคือ ความต้านทานอินพุตของทรานซิสเตอร์- ตามกฎของโอห์ม มันคืออัตราส่วนของแรงดันไฟฟ้าระหว่างฐานและตัวปล่อยต่อกระแสควบคุมของฐาน ยิ่งมีขนาดใหญ่ กระแสฐานก็จะยิ่งต่ำลงและอัตราขยายก็จะสูงขึ้นตามไปด้วย

พารามิเตอร์ที่สามของทรานซิสเตอร์แบบไบโพลาร์คือ อัตราขยายของแรงดันไฟฟ้า- เท่ากับอัตราส่วนของแอมพลิจูดหรือค่าประสิทธิผลของแรงดันไฟฟ้ากระแสสลับเอาต์พุต (ตัวสะสมตัวปล่อย) และแรงดันไฟฟ้ากระแสสลับอินพุต (ตัวส่งสัญญาณฐาน) เนื่องจากค่าแรกมักจะมีขนาดใหญ่มาก (หน่วยและสิบโวลต์) และค่าที่สองมีขนาดเล็กมาก (หนึ่งในสิบของโวลต์) สัมประสิทธิ์นี้จึงสามารถเข้าถึงหลายหมื่นหน่วย เป็นที่น่าสังเกตว่าสัญญาณควบคุมแต่ละฐานมีแรงดันไฟฟ้าเพิ่มขึ้นของตัวเอง

ทรานซิสเตอร์ก็มี การตอบสนองความถี่ ซึ่งแสดงถึงความสามารถของทรานซิสเตอร์ในการขยายสัญญาณที่มีความถี่เข้าใกล้ความถี่ในการขยายแบบคัตออฟ ความจริงก็คือเมื่อความถี่ของสัญญาณอินพุตเพิ่มขึ้น อัตราขยายจะลดลง นี่เป็นเพราะความจริงที่ว่าเวลาที่จะเกิดขึ้นของกระบวนการทางกายภาพหลัก (เวลาของการเคลื่อนที่ของพาหะจากตัวปล่อยไปยังตัวสะสม, ประจุและการปล่อยของทางแยก capacitive ของสิ่งกีดขวาง) จะสอดคล้องกับระยะเวลาของการเปลี่ยนแปลงของสัญญาณอินพุต . เหล่านั้น. ทรานซิสเตอร์ไม่มีเวลาตอบสนองต่อการเปลี่ยนแปลงของสัญญาณอินพุตและเมื่อถึงจุดหนึ่งก็หยุดขยายสัญญาณ ความถี่ที่เกิดเหตุการณ์นี้เรียกว่า ขอบเขต.

นอกจากนี้ พารามิเตอร์ของทรานซิสเตอร์แบบไบโพลาร์คือ:

• ตัวสะสมและตัวปล่อยกระแสย้อนกลับ
• ตรงเวลา
• กระแสสะสมย้อนกลับ
• กระแสสูงสุดที่อนุญาต

มีเงื่อนไข สัญกรณ์ n-p-nและ ทรานซิสเตอร์พีเอ็นพีต่างกันเพียงทิศทางของลูกศรที่ระบุตัวปล่อย มันแสดงให้เห็นว่ากระแสไหลในทรานซิสเตอร์ที่กำหนดอย่างไร

โหมดการทำงานของทรานซิสเตอร์แบบไบโพลาร์

ตัวเลือกที่กล่าวถึงข้างต้นเป็นเรื่องปกติ โหมดแอคทีฟการทำงานของทรานซิสเตอร์ อย่างไรก็ตาม มีทางแยก p-n แบบเปิด/ปิดหลายแบบรวมกัน ซึ่งแต่ละทางแสดงถึงโหมดการทำงานของทรานซิสเตอร์ที่แยกจากกัน

1. โหมดแอคทีฟผกผัน- ที่นี่การเปลี่ยนแปลง BC เปิดอยู่ แต่ในทางกลับกัน EB ปิดอยู่ คุณสมบัติการขยายสัญญาณในโหมดนี้แน่นอนว่าแย่กว่าที่เคยเป็นมา ดังนั้นจึงไม่ค่อยมีการใช้ทรานซิสเตอร์ในโหมดนี้
2. โหมดความอิ่มตัว- ทางแยกทั้งสองเปิดอยู่ ดังนั้นผู้ให้บริการชาร์จหลักของตัวสะสมและตัวปล่อย "วิ่ง" ไปที่ฐานซึ่งพวกมันจะรวมตัวกันอีกครั้งกับผู้ให้บริการหลักอย่างแข็งขัน เนื่องจากประจุพาหะมีมากเกินไป ความต้านทานของฐานและจุดเชื่อมต่อ p-n จึงลดลง ดังนั้นวงจรที่มีทรานซิสเตอร์ในโหมดอิ่มตัวจึงถือได้ว่าเป็นไฟฟ้าลัดวงจรและองค์ประกอบวิทยุนี้สามารถแสดงเป็นจุดสมศักย์ได้
3. โหมดตัด- การเปลี่ยนผ่านของทรานซิสเตอร์ทั้งสองปิดอยู่เช่น กระแสของผู้ให้บริการประจุหลักระหว่างตัวปล่อยและตัวสะสมหยุด การไหลของประจุพาหะส่วนน้อยจะสร้างกระแสการเปลี่ยนแปลงความร้อนเพียงเล็กน้อยและไม่สามารถควบคุมได้ เนื่องจากความยากจนของฐานและการเปลี่ยนผ่านกับผู้ให้บริการชาร์จ ความต้านทานของพวกเขาจึงเพิ่มขึ้นอย่างมาก ดังนั้นจึงมักเชื่อกันว่าทรานซิสเตอร์ที่ทำงานในโหมดคัตออฟแสดงถึงวงจรเปิด
4. โหมดสิ่งกีดขวางในโหมดนี้ ฐานจะเชื่อมต่อโดยตรงหรือผ่านความต้านทานต่ำที่เชื่อมต่อกับตัวสะสม ตัวต้านทานยังรวมอยู่ในวงจรสะสมหรือตัวปล่อยซึ่งตั้งค่ากระแสผ่านทรานซิสเตอร์ สิ่งนี้จะสร้างวงจรไดโอดที่เทียบเท่ากับตัวต้านทานแบบอนุกรม โหมดนี้มีประโยชน์มากเนื่องจากช่วยให้วงจรทำงานที่ความถี่เกือบทุกความถี่ในช่วงอุณหภูมิที่กว้างและไม่ต้องการพารามิเตอร์ของทรานซิสเตอร์มากนัก

วงจรสวิตชิ่งสำหรับทรานซิสเตอร์แบบไบโพลาร์

เนื่องจากทรานซิสเตอร์มีหน้าสัมผัสสามจุด โดยทั่วไปจึงต้องจ่ายพลังงานจากแหล่งสองแหล่งซึ่งรวมกันแล้วจะผลิตเอาต์พุตสี่ตัว ดังนั้นหน้าสัมผัสทรานซิสเตอร์ตัวใดตัวหนึ่งจะต้องได้รับแรงดันไฟฟ้าที่มีสัญญาณเดียวกันจากทั้งสองแหล่ง และขึ้นอยู่กับชนิดของการสัมผัสมีสามวงจรสำหรับเชื่อมต่อทรานซิสเตอร์แบบไบโพลาร์: ด้วย ตัวปล่อยทั่วไป(GE) ตัวสะสมทั่วไป (OC) และฐานร่วม (OB) แต่ละคนมีทั้งข้อดีและข้อเสีย ทางเลือกระหว่างพวกเขาขึ้นอยู่กับว่าพารามิเตอร์ใดที่สำคัญสำหรับเราและสามารถเสียสละได้

วงจรเชื่อมต่อกับตัวส่งสัญญาณทั่วไป

วงจรนี้ให้แรงดันและกระแสที่เพิ่มขึ้นมากที่สุด (และด้วยเหตุนี้ในด้านกำลัง - สูงถึงหมื่นหน่วย) และดังนั้นจึงเป็นเรื่องธรรมดาที่สุด ที่นี่ทางแยกฐานตัวส่งสัญญาณจะเปิดโดยตรง และทางแยกตัวรวบรวมฐานจะเปิดแบบย้อนกลับ และเนื่องจากทั้งฐานและตัวสะสมได้รับแรงดันไฟฟ้าที่มีสัญลักษณ์เดียวกัน วงจรจึงสามารถจ่ายไฟจากแหล่งเดียวได้ ในวงจรนี้จะมีเฟสเอาท์พุต แรงดันไฟฟ้ากระแสสลับการเปลี่ยนแปลงสัมพันธ์กับเฟสของแรงดันไฟฟ้ากระแสสลับอินพุต 180 องศา

แต่นอกเหนือจากข้อดีทั้งหมดแล้ว โครงการ OE ยังมีข้อเสียเปรียบที่สำคัญอีกด้วย ความจริงที่ว่าการเพิ่มความถี่และอุณหภูมิทำให้คุณสมบัติการขยายของทรานซิสเตอร์ลดลงอย่างมาก ดังนั้นหากทรานซิสเตอร์จะทำงานที่ ความถี่สูงดังนั้นจึงควรใช้วงจรสวิตชิ่งอื่นจะดีกว่า เช่นมีฐานร่วม

แผนภาพการเชื่อมต่อพร้อมฐานร่วม

วงจรนี้ไม่ได้ให้การขยายสัญญาณที่มีนัยสำคัญ แต่ใช้ได้ดีที่ความถี่สูง เนื่องจากช่วยให้ใช้การตอบสนองความถี่ของทรานซิสเตอร์ได้เต็มที่ยิ่งขึ้น หากเชื่อมต่อทรานซิสเตอร์ตัวเดียวกันก่อนตามวงจรที่มีตัวปล่อยร่วมแล้วต่อด้วยฐานร่วมในกรณีที่สองความถี่ในการขยายสัญญาณจะเพิ่มขึ้นอย่างมาก เนื่องจากการเชื่อมต่อดังกล่าวทำให้อิมพีแดนซ์อินพุตต่ำและอิมพีแดนซ์เอาต์พุตไม่สูงมาก สเตจทรานซิสเตอร์ที่ประกอบตามวงจร OB จึงถูกใช้ในแอมพลิฟายเออร์เสาอากาศ โดยที่อิมพีแดนซ์ลักษณะของสายเคเบิลมักจะไม่เกิน 100 โอห์ม

ในวงจรฐานร่วม เฟสสัญญาณจะไม่กลับด้าน และระดับเสียงที่ความถี่สูงจะลดลง แต่ดังที่ได้กล่าวไปแล้ว กำไรในปัจจุบันจะน้อยกว่าความสามัคคีเล็กน้อยเสมอ จริงอยู่ แรงดันไฟฟ้าที่เพิ่มขึ้นที่นี่จะเหมือนกับในวงจรที่มีตัวปล่อยทั่วไป ข้อเสียของวงจรฐานทั่วไปยังรวมถึงความจำเป็นในการใช้แหล่งจ่ายไฟสองตัว

แผนภาพการเชื่อมต่อกับตัวสะสมทั่วไป

ลักษณะเฉพาะของวงจรนี้คือแรงดันไฟฟ้าขาเข้าจะถูกส่งกลับไปยังอินพุตอย่างสมบูรณ์นั่นคือ ข้อเสนอแนะเชิงลบมีความแข็งแรงมาก

ฉันขอเตือนคุณว่าค่าลบเรียกว่าเช่นนั้น ข้อเสนอแนะซึ่งสัญญาณเอาท์พุตจะถูกป้อนกลับไปยังอินพุท ซึ่งจะช่วยลดระดับสัญญาณอินพุท ดังนั้นการปรับอัตโนมัติจึงเกิดขึ้นเมื่อพารามิเตอร์สัญญาณอินพุตเปลี่ยนแปลงโดยไม่ตั้งใจ

อัตราขยายปัจจุบันเกือบจะเหมือนกับในวงจรตัวปล่อยทั่วไป แต่แรงดันไฟฟ้าที่ได้รับมีน้อย (ข้อเสียเปรียบหลักของวงจรนี้) มันเข้าใกล้ความสามัคคี แต่ก็น้อยกว่ามันเสมอ ดังนั้นพลังที่ได้รับจึงเท่ากับไม่กี่สิบหน่วยเท่านั้น

ในวงจรคอลเลคเตอร์ทั่วไป ไม่มีการเลื่อนเฟสระหว่างแรงดันอินพุตและเอาต์พุต เนื่องจากแรงดันไฟฟ้าที่เพิ่มขึ้นใกล้เคียงกับความสามัคคี แรงดันไฟฟ้าเอาต์พุตจึงตรงกับแรงดันไฟฟ้าอินพุตในเฟสและแอมพลิจูด กล่าวคือ ทำซ้ำ นั่นคือสาเหตุที่วงจรดังกล่าวเรียกว่าผู้ติดตามตัวปล่อย ตัวส่งสัญญาณ - เนื่องจากแรงดันเอาต์พุตถูกลบออกจากตัวส่งสัญญาณที่สัมพันธ์กับสายทั่วไป

การเชื่อมต่อนี้ใช้เพื่อจับคู่สเตจของทรานซิสเตอร์ หรือเมื่อแหล่งสัญญาณอินพุตมีอิมพีแดนซ์อินพุตสูง (เช่น ปิ๊กโซอิเล็กทริกหรือไมโครโฟนคอนเดนเซอร์)

สองคำเกี่ยวกับน้ำตก

มันเกิดขึ้นว่าคุณต้องเพิ่มกำลังขับ (เช่น เพิ่มกระแสของตัวสะสม) ในกรณีนี้จะใช้การเชื่อมต่อแบบขนานของจำนวนทรานซิสเตอร์ที่ต้องการ

โดยธรรมชาติแล้วควรมีลักษณะที่เหมือนกันโดยประมาณ แต่ต้องจำไว้ว่ากระแสสะสมสูงสุดไม่ควรเกิน 1.6-1.7 ของกระแสสะสมสูงสุดของทรานซิสเตอร์แบบคาสเคดใด ๆ
อย่างไรก็ตาม (ขอบคุณสำหรับหมายเหตุ) ไม่แนะนำให้ทำเช่นนี้ในกรณีของทรานซิสเตอร์แบบไบโพลาร์ เนื่องจากทรานซิสเตอร์สองตัวแม้จะเป็นชนิดเดียวกันก็มีความแตกต่างกันเล็กน้อยเล็กน้อย ตามนั้น เมื่อไหร่. การเชื่อมต่อแบบขนานกระแสน้ำที่มีขนาดต่างกันจะไหลผ่านพวกมัน เพื่อทำให้กระแสเหล่านี้เท่ากัน ตัวต้านทานแบบสมดุลจะถูกติดตั้งในวงจรตัวปล่อยของทรานซิสเตอร์ ค่าความต้านทานถูกคำนวณเพื่อให้แรงดันตกคร่อมในช่วงกระแสไฟทำงานอย่างน้อย 0.7 V เป็นที่ชัดเจนว่าสิ่งนี้ทำให้ประสิทธิภาพของวงจรลดลงอย่างมาก

อาจจำเป็นต้องมีทรานซิสเตอร์ที่มีความไวที่ดีและในขณะเดียวกันก็ได้รับผลดี ในกรณีเช่นนี้ จะใช้น้ำตกของทรานซิสเตอร์ที่ละเอียดอ่อนแต่กำลังต่ำ (VT1 ในรูป) ซึ่งควบคุมแหล่งจ่ายไฟของเพื่อนที่ทรงพลังกว่า (VT2 ในรูป)

การใช้งานอื่น ๆ ของทรานซิสเตอร์แบบไบโพลาร์

ทรานซิสเตอร์สามารถใช้ได้ไม่เพียงแต่ในวงจรขยายสัญญาณเท่านั้น ตัวอย่างเช่นเนื่องจากสามารถทำงานในโหมดความอิ่มตัวและโหมดตัดวงจรได้จึงใช้เป็นเช่นนั้น กุญแจอิเล็กทรอนิกส์- นอกจากนี้ยังสามารถใช้ทรานซิสเตอร์ในวงจรกำเนิดสัญญาณได้ ถ้าพวกเขาทำงานใน โหมดคีย์จากนั้นสัญญาณสี่เหลี่ยมจะถูกสร้างขึ้น และหากอยู่ในโหมดการขยายสัญญาณ ก็จะเป็นสัญญาณที่มีรูปร่างไม่แน่นอน ขึ้นอยู่กับการดำเนินการควบคุม

การทำเครื่องหมาย

เนื่องจากบทความนี้มีปริมาณมากจนไม่เหมาะสมแล้ว ณ จุดนี้ฉันจะให้ลิงก์ที่ดีสองลิงก์ซึ่งอธิบายรายละเอียดเกี่ยวกับระบบการทำเครื่องหมายหลักสำหรับอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์ (รวมถึงทรานซิสเตอร์): http://kazus.ru/guide/transistors /mark_all ไฟล์ .html และ .xls (35 kb)

ความคิดเห็นที่เป็นประโยชน์:
http://habrahabr.ru/blogs/easyelectronics/133136/#comment_4419173

แท็ก: เพิ่มแท็ก