كان مبدأ التحكم في التيار الكهربائي بأشباه الموصلات معروفًا في بداية القرن العشرين. على الرغم من أن مهندسي الإلكترونيات كانوا يعرفون كيفية عمل الترانزستور، إلا أنهم استمروا في تصميم أجهزة تعتمد على الأنابيب المفرغة. كان سبب عدم الثقة في الصمامات الثلاثية لأشباه الموصلات هو النقص في الترانزستورات ذات النقطة الأولى. لم يكن لعائلة ترانزستورات الجرمانيوم خصائص مستقرة وكانت تعتمد بشكل كبير على ظروف درجة الحرارة.

بدأت ترانزستورات السيليكون المتجانسة في التنافس بجدية مع الأنابيب المفرغة فقط في أواخر الخمسينيات. منذ ذلك الوقت، بدأت صناعة الإلكترونيات في التطور بسرعة، وحلت الصمامات الثلاثية لأشباه الموصلات المدمجة محل المصابيح كثيفة الاستهلاك للطاقة من دوائر الأجهزة الإلكترونية. ومع ظهور الدوائر المتكاملة، حيث يمكن أن يصل عدد الترانزستورات إلى المليارات، حققت إلكترونيات أشباه الموصلات انتصارا ساحقا في الكفاح من أجل تصغير الأجهزة.

ما هو الترانزستور؟

في معناه الحديث، الترانزستور هو عنصر راديوي من أشباه الموصلات مصمم لتغيير المعلمات التيار الكهربائيوإدارتها. يحتوي الصمام الثلاثي التقليدي لأشباه الموصلات على ثلاث أطراف: قاعدة تستقبل إشارات التحكم، وباعث، ومجمع. هناك أيضًا ترانزستورات مركبة عالية الطاقة.

إن حجم أحجام أجهزة أشباه الموصلات مذهل - من عدة نانومترات (العناصر غير المعبأة المستخدمة في الدوائر الدقيقة) إلى سنتيمترات قطرها للترانزستورات القوية المخصصة لمحطات الطاقة والمعدات الصناعية. يمكن أن تصل الفولتية العكسية للصمامات الثلاثية الصناعية إلى 1000 فولت.

جهاز

من الناحية الهيكلية، يتكون الصمام الثلاثي من طبقات شبه موصلة محاطة بغلاف. أشباه الموصلات هي مواد تعتمد على السيليكون والجرمانيوم وزرنيخيد الغاليوم وغيرها. العناصر الكيميائية. واليوم، تُجرى الأبحاث لإعداد أنواع معينة من البوليمرات، وحتى أنابيب الكربون النانوية، للقيام بدور المواد شبه الموصلة. من الواضح أننا سنتعرف في المستقبل القريب على الخصائص الجديدة لترانزستورات تأثير مجال الجرافين.

في السابق، كانت بلورات أشباه الموصلات موجودة في علب معدنية على شكل أغطية بثلاثة أرجل. كان هذا التصميم نموذجيًا للترانزستورات ذات النقطة النقطية.

اليوم، يتم تصنيع تصميمات معظم الأجهزة المسطحة، بما في ذلك الأجهزة شبه الموصلة المصنوعة من السيليكون، على أساس بلورة واحدة مطعمة في أجزاء معينة. يتم ضغطها في علب بلاستيكية أو زجاجية معدنية أو سيراميك معدنية. وبعضهم جاحظ لوحات معدنيةلإزالة الحرارة، والتي يتم تركيبها على مشعات.

يتم ترتيب أقطاب الترانزستورات الحديثة في صف واحد. هذا الترتيب للأرجل مناسب لتجميع اللوحة تلقائيًا. لم يتم وضع علامة على المحطات على العلب. يتم تحديد نوع القطب من الكتب المرجعية أو عن طريق القياسات.

بالنسبة للترانزستورات، يتم استخدام بلورات أشباه الموصلات ذات الهياكل المختلفة، نوع ص ن فأو ن-ن-ن. أنها تختلف في قطبية الجهد على الأقطاب الكهربائية.

من الناحية التخطيطية، يمكن تمثيل بنية الترانزستور على شكل ثنائيات شبه موصلة مفصولة بطبقة إضافية. (انظر الشكل 1). إن وجود هذه الطبقة هو الذي يسمح لك بالتحكم في موصلية الصمام الثلاثي لأشباه الموصلات.

أرز. 1. هيكل الترانزستورات

يوضح الشكل 1 بشكل تخطيطي بنية الصمامات الثلاثية ثنائية القطب. هناك أيضًا فئة من الترانزستورات ذات التأثير الميداني، والتي سيتم مناقشتها أدناه.

مبدأ التشغيل الأساسي

في حالة السكون، لا يتدفق تيار بين المجمع والباعث في الصمام الثلاثي ثنائي القطب. يتم منع التيار الكهربائي من خلال مقاومة وصلة الباعث التي تنشأ نتيجة تفاعل الطبقات. لتشغيل الترانزستور، تحتاج إلى تطبيق جهد صغير على قاعدته.

يوضح الشكل 2 رسمًا تخطيطيًا يشرح مبدأ عمل الصمام الثلاثي.

ومن خلال التحكم في التيارات الأساسية، يمكنك تشغيل الجهاز وإيقاف تشغيله. إذا تم تطبيق إشارة تناظرية على القاعدة، فسوف تغير سعة تيارات الخرج. في هذه الحالة، فإن إشارة الخرج سوف تكرر بالضبط تردد التذبذب عند القطب الكهربائي الأساسي. بمعنى آخر، سيتم تضخيم الإشارة الكهربائية المستلمة عند الإدخال.

وبالتالي، يمكن أن تعمل الصمامات الثلاثية لأشباه الموصلات في وضع التبديل الإلكتروني أو في وضع تضخيم إشارة الإدخال.

يمكن فهم تشغيل الجهاز في وضع المفتاح الإلكتروني من الشكل 3.

التعيين على المخططات

التسمية المشتركة: "VT" أو "Q"، متبوعًا بمؤشر موضعي. على سبيل المثال، VT 3. في المخططات السابقة، يمكنك العثور على تسميات قديمة: "T" أو "PP" أو "PT". يتم تصوير الترانزستور كخطوط رمزية تشير إلى الأقطاب الكهربائية المقابلة، سواء كانت محاطة بدائرة أم لا. يشار إلى اتجاه التيار في الباعث بواسطة سهم.

يوضح الشكل 4 دائرة ULF يتم فيها تعيين الترانزستورات بطريقة جديدة، ويوضح الشكل 5 صورًا تخطيطية لأنواع مختلفة من الترانزستورات ذات التأثير الميداني.

أرز. 4. مثال دوائر ULFعلى الصمامات الثلاثية

أنواع الترانزستورات

بناءً على مبدأ التشغيل والهيكل، تتميز الصمامات الثلاثية لأشباه الموصلات بما يلي:

• مجال؛
• ثنائي القطب؛
• مجموع.

تؤدي هذه الترانزستورات نفس الوظائف، ولكن هناك اختلافات في مبدأ عملها.

مجال

ويسمى هذا النوع من الصمام الثلاثي أيضًا أحادي القطب، نظرًا لخصائصه الكهربائية - فهو يحمل تيارًا بقطبية واحدة فقط. بناءً على هيكلها ونوع التحكم فيها، تنقسم هذه الأجهزة إلى 3 أنواع:

1. الترانزستورات مع مدير ص-نالانتقال (الشكل 6).
2. مع بوابة معزولة (متوفرة بقناة مدمجة أو مستحثة).
3. MIS، مع الهيكل: موصل معدني عازل.

السمة المميزة للبوابة المعزولة هي وجود عازل بينها وبين القناة.

الأجزاء حساسة جدًا للكهرباء الساكنة.

تظهر دوائر الصمامات الثلاثية الميدانية في الشكل 5.

انتبه إلى أسماء الأقطاب الكهربائية: الصرف والمصدر والبوابة.

تستهلك ترانزستورات التأثير الميداني طاقة قليلة جدًا. يمكنهم العمل لأكثر من عام على بطارية صغيرة أو بطارية قابلة للشحن. لذلك، يتم استخدامها على نطاق واسع في الأجهزة الإلكترونية الحديثة مثل أجهزة التحكم عن بعد، والأدوات المحمولة، وما إلى ذلك.

ثنائي القطب

لقد قيل الكثير عن هذا النوع من الترانزستورات في القسم الفرعي "مبدأ التشغيل الأساسي". دعونا نلاحظ فقط أن الجهاز حصل على اسم "ثنائي القطب" بسبب قدرته على تمرير شحنات ذات إشارات متضادة عبر قناة واحدة. ميزتها هي مقاومة الإخراج المنخفضة.

تعمل الترانزستورات على تضخيم الإشارات وتعمل كأجهزة تبديل. يمكن توصيل حمل قوي إلى حد ما بدائرة المجمع. بسبب ارتفاع تيار المجمع، يمكن تقليل مقاومة الحمل.

دعونا نلقي نظرة على هيكل ومبدأ التشغيل بمزيد من التفاصيل أدناه.

مجموع

من أجل تحقيق معلمات كهربائية معينة من استخدام عنصر منفصل واحد، يخترع مطورو الترانزستور تصميمات مشتركة. من بين هؤلاء:

• مع المقاومات المدمجة ودائرتها؛
• مجموعات من اثنين من الصمامات الثلاثية (نفس الهياكل أو مختلفة) في حزمة واحدة؛
• ثنائيات لامدا - مزيج من اثنين من الصمامات الثلاثية ذات التأثير الميداني التي تشكل قسمًا بمقاومة سلبية؛
• التصميمات التي يتحكم فيها صمام ثلاثي ذو تأثير ميداني مع بوابة معزولة في صمام ثلاثي القطب (يستخدم للتحكم في المحركات الكهربائية).

الترانزستورات المدمجة هي في الواقع دائرة كهربائية دقيقة أولية في حزمة واحدة.

كيف يعمل الترانزستور ثنائي القطب؟ تعليمات للدمى

يعتمد تشغيل الترانزستورات ثنائية القطب على خصائص أشباه الموصلات ومجموعاتها. لفهم مبدأ تشغيل الصمامات الثلاثية، دعونا نفهم سلوك أشباه الموصلات في الدوائر الكهربائية.

أشباه الموصلات.

بعض البلورات، مثل السيليكون والجرمانيوم وغيرها، هي عوازل كهربائية. لكن لديهم ميزة واحدة - إذا أضفت بعض الشوائب، فإنها تصبح موصلات ذات خصائص خاصة.

تؤدي بعض الإضافات (المانحة) إلى ظهور إلكترونات حرة، في حين أن بعضها الآخر (المتقبلات) يخلق "ثقوبًا".

على سبيل المثال، إذا تم تطعيم السيليكون بالفوسفور (المتبرع)، فسنحصل على شبه موصل يحتوي على فائض من الإلكترونات (بنية n-Si). وبإضافة البورون (المستقبل)، سيصبح السيليكون المخدر شبه موصل موصل للثقب (p-Si)، أي أن الأيونات الموجبة الشحنة ستهيمن على بنيته.

التوصيل في اتجاه واحد.

دعونا نجري تجربة فكرية: قم بتوصيل نوعين مختلفين من أشباه الموصلات بمصدر الطاقة وإمداد التصميم الخاص بنا بالتيار. سيحدث شيء غير متوقع. إذا قمت بتوصيل السلك السالب ببلورة من النوع n، فستكتمل الدائرة. ومع ذلك، عندما نعكس القطبية، لن يكون هناك كهرباء في الدائرة. لماذا يحدث هذا؟

نتيجة دمج البلورات مع أنواع مختلفةالموصلية، يتم تشكيل منطقة ذات تقاطع p-n بينهما. سوف تتدفق بعض الإلكترونات (حاملات الشحنة) من بلورة من النوع n إلى بلورة ذات موصلية ثقبية وتعيد تجميع الثقوب في منطقة الاتصال.

ونتيجة لذلك، تنشأ رسوم غير معوضة: في منطقة النوع n - من الأيونات السالبة، وفي منطقة النوع p من الأيونات الموجبة. يصل فرق الجهد إلى قيم من 0.3 إلى 0.6 فولت.

يمكن التعبير عن العلاقة بين الجهد وتركيز الشوائب بالصيغة:

φ= في تي*لن( ن* نب)/ن 2 ط ، أين

في تي – قيمة الإجهاد الديناميكي الحراري، نو نب – تركيز الإلكترونات والثقوب، على التوالي، وn i يدل على التركيز الجوهري.

عند توصيل علامة زائد بموصل p وناقص بأشباه الموصلات من النوع n، فإن الشحنات الكهربائية سوف تتغلب على الحاجز، حيث سيتم توجيه حركتها ضد المجال الكهربائي داخل تقاطع p-n. في هذه الحالة، يكون الانتقال مفتوحًا. ولكن إذا انقلبت القطبين، فسيتم إغلاق الانتقال. ومن هنا الاستنتاج: يشكل تقاطع p-n موصلية أحادية الاتجاه. تستخدم هذه الخاصية في تصميم الثنائيات.

من الصمام الثنائي إلى الترانزستور.

دعونا تعقيد التجربة. دعونا نضيف طبقة أخرى بين اثنين من أشباه الموصلات لهما نفس الهياكل. على سبيل المثال، بين رقائق السيليكون من النوع p، نقوم بإدخال طبقة موصلية (n-Si). ليس من الصعب تخمين ما سيحدث في مناطق الاتصال. وقياسًا على العملية الموصوفة أعلاه، تتشكل المناطق ذات الوصلات p-n التي تعيق الحركة الشحنات الكهربائيةبين الباعث والمجمع وبغض النظر عن قطبية التيار.

سيحدث الشيء الأكثر إثارة للاهتمام عندما نطبق جهدًا طفيفًا على الطبقة (القاعدة). في حالتنا، نطبق التيار مع إشارة سلبية. كما هو الحال في الصمام الثنائي، يتم تشكيل دائرة قاعدة الباعث التي من خلالها سوف يتدفق التيار. وفي الوقت نفسه، ستبدأ الطبقة بالتشبع بالثقوب، الأمر الذي سيؤدي إلى توصيل الثقب بين الباعث والمجمع.

انظر إلى الشكل 7. إنه يوضح أن الأيونات الموجبة قد ملأت كامل مساحة بنيتنا الشرطية والآن لا شيء يتداخل مع توصيل التيار. لقد حصلنا على نموذج مرئي لترانزستور ثنائي القطب ذو بنية p-n-p.

عندما يتم إلغاء تنشيط القاعدة، يعود الترانزستور بسرعة كبيرة إلى حالته الأصلية ويتم إغلاق وصلة المجمع.

يمكن للجهاز أيضًا أن يعمل في وضع التضخيم.

يتناسب تيار المجمع بشكل مباشر مع التيار الأساسي : أنال= ß* أناب ، أين ß – الربح الحالي, أناب – التيار الأساسي.

إذا قمت بتغيير قيمة تيار التحكم، ستتغير شدة تكوين الثقب على القاعدة، مما يستلزم تغييرًا متناسبًا في سعة جهد الخرج، مع الحفاظ على تردد الإشارة. يستخدم هذا المبدأ لتضخيم الإشارات.

من خلال تطبيق نبضات ضعيفة على القاعدة، نحصل عند الخرج على نفس تردد التضخيم، ولكن بسعة أكبر بكثير (يتم تحديدها بواسطة الجهد المطبق على دائرة المجمع والباعث).

تعمل ترانزستورات NPN بطريقة مماثلة. فقط قطبية الفولتية تتغير. الأجهزة ذات البنية n-p-n لها موصلية مباشرة. لديهم الموصلية العكسية الترانزستورات بي إن بييكتب.

يبقى أن نضيف أن بلورة أشباه الموصلات تتفاعل بطريقة مماثلة مع طيف الضوء فوق البنفسجي. من خلال تشغيل وإيقاف تدفق الفوتون، أو ضبط شدته، يمكنك التحكم في تشغيل الصمام الثلاثي أو تغيير مقاومة المقاوم أشباه الموصلات.

دوائر توصيل الترانزستور ثنائي القطب

يستخدم مهندسو الدوائر مخططات الاتصال التالية: مع قاعدة مشتركة، أقطاب الباعث المشترك والاتصال بمجمع مشترك (الشكل 8).

تتميز مكبرات الصوت ذات القاعدة المشتركة بما يلي:

• مقاومة المدخلات المنخفضة، والتي لا تتجاوز 100 أوم؛
• خصائص درجة حرارة جيدة وخصائص تردد الصمام الثلاثي؛
• الجهد العالي المسموح به
• مطلوب مصدرين مختلفين للطاقة.

تحتوي دوائر الباعث المشترك على:

• ارتفاع مكاسب التيار والجهد.
• كسب منخفض للطاقة؛
• انعكاس جهد الخرج نسبة إلى المدخلات.

مع هذا الاتصال، مصدر طاقة واحد يكفي.

يوفر مخطط الاتصال القائم على مبدأ "المجمع المشترك" ما يلي:

• مدخلات عالية ومقاومة منخفضة الإخراج.
• عامل كسب الجهد المنخفض (< 1).

كيف يعمل الترانزستور ذو التأثير الميداني؟ شرح للدمى

يختلف هيكل ترانزستور التأثير الميداني عن الترانزستور ثنائي القطب من حيث أن التيار الموجود فيه لا يعبر منطقة الوصلة p-n. تتحرك الشحنات عبر منطقة خاضعة للرقابة تسمى البوابة. يتم التحكم في إنتاجية البوابة عن طريق الجهد.

فضاء مناطق ب نيتناقص أو يزيد تحت تأثير المجال الكهربائي (انظر الشكل 9). يتغير عدد ناقلات الشحن المجانية وفقًا لذلك - من التدمير الكامل إلى التشبع الشديد. ونتيجة لهذا التأثير على البوابة، يتم تنظيم التيار عند أقطاب الصرف (جهات الاتصال التي تخرج التيار المعالج). يتدفق التيار الوارد من خلال جهات الاتصال المصدر.

تعمل الصمامات الثلاثية الميدانية ذات القناة المدمجة والمستحثة على مبدأ مماثل. لقد رأيت مخططاتهم في الشكل 5.

دوائر اتصال ترانزستور التأثير الميداني

في الممارسة العملية، يتم استخدام مخططات الاتصال عن طريق القياس مع الصمام الثلاثي القطب:

• مع مصدر مشترك - ينتج مكاسب كبيرة في التيار والقوة؛
• توفر دوائر البوابة المشتركة مقاومة دخل منخفضة وكسبًا منخفضًا (له استخدام محدود)؛
• دوائر الصرف المشترك التي تعمل بنفس طريقة دوائر الباعث المشترك.

ويبين الشكل 10 مخططات الاتصال المختلفة.

تقريبًا كل دائرة قادرة على العمل بجهد دخل منخفض جدًا.

فيديوهات تشرح مبدأ تشغيل الترانزستور بلغة بسيطة

الترانزستور PNP جهاز الكتروني، بمعنى ما عكس ترانزستور NPN. في هذا النوع من تصميم الترانزستور، يتم فتح وصلات PN الخاصة به بواسطة جهود قطبية عكسية بالنسبة لنوع NPN. في رمزالأداة، السهم، الذي يحدد أيضًا محطة الباعث، يشير هذه المرة إلى داخل رمز الترانزستور.

تصميم الجهاز

تتكون دائرة تصميم الترانزستور من النوع PNP من منطقتين من مادة شبه موصلة من النوع p على جانبي منطقة من مادة من النوع n، كما هو موضح في الشكل أدناه.

يحدد السهم الباعث والاتجاه المقبول عمومًا لتياره ("إلى الداخل" لترانزستور PNP).

يتمتع ترانزستور PNP بخصائص مشابهة جدًا لنظيره ثنائي القطب NPN، باستثناء أن اتجاهات التيارات وأقطاب الجهد فيه تكون معكوسة لأي من أنظمة الاتصال الثلاثة المحتملة: القاعدة المشتركة، والباعث المشترك، والمجمع المشترك.

الاختلافات الرئيسية بين نوعي الترانزستورات ثنائية القطب

والفرق الرئيسي بينهما هو أن الثقوب هي ناقلات التيار الرئيسية لترانزستورات PNP، وتحتوي ترانزستورات NPN على إلكترونات بهذه السعة. لذلك، يتم عكس أقطاب الفولتية التي تغذي الترانزستور، ويتدفق تيار الإدخال من القاعدة. في المقابل، مع ترانزستور NPN، يتدفق التيار الأساسي إليه، كما هو موضح أدناه في مخطط الدائرة لتوصيل كلا النوعين من الأجهزة بقاعدة مشتركة وباعث مشترك.

يعتمد مبدأ تشغيل الترانزستور من النوع PNP على استخدام تيار أساسي صغير (مثل النوع NPN) وجهد متحيز أساسي سلبي (على عكس النوع NPN) للتحكم في تيار مجمع الباعث الأكبر بكثير. بمعنى آخر، بالنسبة لترانزستور PNP، يكون الباعث أكثر إيجابية فيما يتعلق بالقاعدة وأيضًا فيما يتعلق بالمجمع.

دعونا نلقي نظرة على الاختلافات بين نوع PNP في مخطط الاتصال بقاعدة مشتركة

في الواقع، يمكن ملاحظة أن تيار المجمع IC (في حالة ترانزستور NPN) يتدفق من الطرف الموجب للبطارية B2، ويمر عبر طرف المجمع، ويخترقه ويجب بعد ذلك الخروج عبر الطرف الأساسي للعودة إلى الطرف الطرف السلبي للبطارية. بنفس الطريقة، عند النظر إلى دائرة الباعث، يمكنك أن ترى كيف يدخل تيارها من الطرف الموجب للبطارية B1 إلى الترانزستور من خلال الطرف الأساسي ثم يخترق الباعث.

وبالتالي، يمر كل من تيار المجمع I C وتيار الباعث I E عبر محطة القاعدة. نظرًا لأنها تدور على طول دوائرها في اتجاهين متعاكسين، فإن التيار الأساسي الناتج يساوي الفرق بينهما وهو صغير جدًا، نظرًا لأن IC أقل قليلاً من I E. ولكن بما أن الأخير لا يزال أكبر، فإن اتجاه تدفق تيار الفرق (التيار الأساسي) يتزامن مع I E، وبالتالي الترانزستور ثنائي القطبيتدفق التيار من النوع PNP إلى خارج القاعدة، بينما يتدفق التيار من النوع NPN إلى داخلها.

الاختلافات بين نوع PNP باستخدام مثال دائرة الاتصال مع باعث مشترك

في هذه الدائرة الجديدة، يكون تقاطع قاعدة الباعث PN متحيزًا بجهد البطارية B1 ويكون تقاطع قاعدة المجمع متحيزًا عكسيًا بجهد البطارية B2. وبالتالي فإن محطة الباعث تكون مشتركة في دوائر القاعدة والمجمع.

يتم إعطاء إجمالي تيار الباعث بمجموع تيارين I C و I B؛ المرور عبر محطة الباعث في اتجاه واحد. وبالتالي، لدينا I E = I C + I B.

في هذه الدائرة، التيار الأساسي I B ببساطة "يتفرع" من تيار الباعث I E، والذي يتزامن معه أيضًا في الاتجاه. في هذه الحالة، الترانزستور من النوع PNP لا يزال لديه تيار يتدفق من القاعدة I B، والترانزستور من النوع NPN لديه تيار متدفق.

في ثالث دوائر تبديل الترانزستور المعروفة، مع جامع مشترك، فإن الوضع هو نفسه تمامًا. ولذلك، فإننا لا نعرضه لتوفير المساحة والوقت للقراء.

الترانزستور PNP: توصيل مصادر الجهد

يتم توصيل مصدر الجهد من القاعدة إلى الباعث (V BE) سالبًا بالقاعدة وموجبًا بالباعث لأن ترانزستور PNP يعمل عندما تكون القاعدة متحيزة سالبًا بالنسبة للباعث.

يكون جهد مصدر الباعث موجبًا أيضًا فيما يتعلق بالمجمع (V CE). وهكذا، مع الترانزستور من نوع PNP، تكون محطة الباعث دائمًا أكثر إيجابية بالنسبة لكل من القاعدة والمجمع.

يتم توصيل مصادر الجهد بالترانزستور PNP كما هو موضح في الشكل أدناه.

هذه المرة يتم توصيل المجمع بجهد الإمداد VCC من خلال مقاومة الحمل، R L، مما يحد من الحد الأقصى للتيار المتدفق عبر الجهاز. يتم تطبيق الجهد الأساسي VB، الذي ينحرف بشكل سلبي بالنسبة للباعث، عليه من خلال المقاوم RB، والذي يستخدم مرة أخرى لتحديد الحد الأقصى لتيار القاعدة.

تشغيل مرحلة الترانزستور PNP

لذلك، لكي يتدفق تيار القاعدة في ترانزستور PNP، يجب أن تكون القاعدة أكثر سلبية من الباعث (يجب أن يغادر التيار القاعدة) بحوالي 0.7 فولت لجهاز السيليكون أو 0.3 فولت لجهاز الجرمانيوم. الصيغ المستخدمة لحساب مقاومة القاعدة أو تيار القاعدة أو تيار المجمع هي نفس تلك المستخدمة في ترانزستور NPN المكافئ وهي معروضة أدناه.

نرى أن الفرق الأساسي بين ترانزستور NPN وPNP هو الانحياز الصحيح لوصلات pn، حيث أن اتجاهات التيارات وأقطاب الفولتية فيها تكون دائمًا متعارضة. وبالتالي، بالنسبة للدائرة المذكورة أعلاه: I C = I E - I B، حيث أن التيار يجب أن يتدفق من القاعدة.

بشكل عام، يمكن استبدال ترانزستور PNP بترانزستور NPN في أغلب الأحيان الدوائر الإلكترونيةوالفرق الوحيد هو قطبية الجهد واتجاه التيار. يمكن أيضًا استخدام مثل هذه الترانزستورات كأجهزة تبديل، ويرد أدناه مثال لمفتاح ترانزستور PNP.

خصائص الترانزستور

خصائص الخرج لترانزستور PNP تشبه إلى حد كبير تلك الخاصة بترانزستور NPN المكافئ، فيما عدا أنها تدور بزاوية 180 درجة للسماح بالقطبية العكسية للجهود والتيارات (تيارات القاعدة والمجمع لترانزستور PNP سالبة). وبالمثل، للعثور على نقاط التشغيل لترانزستور PNP، يمكن تصوير خط الحمل الديناميكي الخاص به في الربع الثالث من نظام الإحداثيات الديكارتية.

تظهر الخصائص النموذجية للترانزستور 2N3906 PNP في الشكل أدناه.

أزواج الترانزستورات في مراحل مكبر الصوت

قد تتساءل ما هو سبب استخدام ترانزستورات PNP في حين أن هناك العديد من ترانزستورات NPN المتاحة والتي يمكن استخدامها كمكبرات صوت أو مفاتيح الحالة الصلبة؟ ومع ذلك، فإن وجود اثنين أنواع مختلفةتوفر الترانزستورات - NPN وPNP - مزايا رائعة عند تصميم دوائر مضخم الطاقة. تستخدم هذه المضخمات أزواجًا "مكملة" أو "متطابقة" من الترانزستورات (تمثل ترانزستور PNP وترانزستور NPN متصلين معًا، كما هو موضح في الشكل أدناه) في مرحلة الإخراج.

يُطلق على ترانزستورين NPN و PNP متطابقين لهما خصائص متشابهة ومتطابقة مع بعضهما البعض اسم الترانزستورات التكميلية. على سبيل المثال، TIP3055 (نوع NPN) وTIP2955 (نوع PNP). مثال جيدترانزستورات الطاقة السيليكونية التكميلية. وكلاهما لهما مكاسب التيار المباشرβ=I C /IB متطابقة في حدود 10% وتيار مجمع مرتفع يبلغ حوالي 15 أمبير، مما يجعلها مثالية للتحكم في المحركات أو التطبيقات الآلية.

بالإضافة إلى ذلك، تستخدم مكبرات الصوت من الفئة B أزواجًا متطابقة من الترانزستورات في مراحل طاقة الخرج الخاصة بها. فيها، يقوم ترانزستور NPN بتوصيل نصف الموجة الموجبة فقط للإشارة، بينما يقوم ترانزستور PNP بتوصيل نصف الموجة السالبة فقط.

يسمح ذلك لمكبر الصوت بتمرير الطاقة المطلوبة عبر مكبر الصوت في كلا الاتجاهين بمعدل طاقة ومعاوقة محددين. ونتيجة لذلك، فإن تيار الخرج، والذي عادة ما يكون في حدود عدة أمبيرات، يتم توزيعه بالتساوي بين الترانزستورين المكملين.

أزواج الترانزستورات في دوائر التحكم في المحركات الكهربائية

كما أنها تستخدم أيضًا في دوائر التحكم بالجسر H لمحركات التيار المستمر القابلة للعكس، مما يجعل من الممكن تنظيم التيار عبر المحرك بالتساوي في كلا اتجاهي دورانه.

تسمى دائرة الجسر H المذكورة أعلاه بهذا الاسم لأن التكوين الأساسي لمفاتيح الترانزستور الأربعة الخاصة بها يشبه الحرف "H" مع وجود المحرك على الخط المتقاطع. من المحتمل أن يكون الترانزستور H-bridge أحد الأنواع الأكثر استخدامًا لدوائر التحكم في محرك التيار المستمر القابل للعكس. يستخدم أزواجًا "مكملة" من ترانزستورات NPN و PNP في كل فرع لتكون بمثابة مفاتيح للتحكم في المحرك.

يسمح مدخل التحكم A للمحرك بالعمل في اتجاه واحد، بينما يتم استخدام الإدخال B للدوران العكسي.

على سبيل المثال، عندما يكون الترانزستور TR1 في وضع التشغيل وTR2 في وضع إيقاف التشغيل، يتم توصيل الدخل A بجهد الإمداد (+Vcc)، وإذا كان الترانزستور TR3 في وضع إيقاف التشغيل وTR4 في وضع التشغيل، يتم توصيل الدخل B إلى 0 فولت (GND). ولذلك، فإن المحرك سوف يدور في اتجاه واحد، بما يتوافق مع الإمكانات الإيجابية للمدخل A والإمكانات السلبية للمدخل B.

إذا تم تغيير حالات المفتاح بحيث يكون TR1 في وضع إيقاف التشغيل، وTR2 في وضع التشغيل، وTR3 في وضع التشغيل، وTR4 في وضع إيقاف التشغيل، فإن تيار المحرك سوف يتدفق في الاتجاه المعاكس، مما يؤدي إلى عكس اتجاهه.

باستخدام المستويات المنطقية المعاكسة "1" أو "0" على المدخلات A وB، يمكنك التحكم في اتجاه دوران المحرك.

تحديد نوع الترانزستورات

يمكن اعتبار أي ترانزستورات ثنائية القطب تتكون أساسًا من ثنائيات ثنائية متصلة ببعضها البعض من الخلف إلى الخلف.

يمكننا استخدام هذا التشبيه لتحديد ما إذا كان الترانزستور من نوع PNP أو NPN عن طريق اختبار مقاومته بين أطرافه الثلاثة. باختبار كل زوج منهما في كلا الاتجاهين باستخدام جهاز متعدد القياسات، وبعد ستة قياسات نحصل على النتيجة التالية:

1. باعث - قاعدة.يجب أن تعمل هذه الخيوط كصمام ثنائي عادي وأن توصل التيار في اتجاه واحد فقط.

2.جامع - قاعدة.يجب أن تعمل هذه الخيوط أيضًا كصمام ثنائي عادي وأن تقوم بتوصيل التيار في اتجاه واحد فقط.

3. باعث - جامع.ولا ينبغي استخلاص هذه الاستنتاجات في أي اتجاه.

قيم مقاومة الانتقال للترانزستورات بكلا النوعين

ثم يمكننا تحديد أن الترانزستور PNP سليم ومغلق. إن تيار الخرج الصغير والجهد السالب عند قاعدته (B) بالنسبة إلى الباعث (E) سوف يفتحانه ويسمحان بتدفق المزيد من تيار مجمع الباعث. تعمل ترانزستورات PNP بقدرة باعث إيجابية. بمعنى آخر، لن يوصل الترانزستور ثنائي القطب PNP إلا إذا كانت أطراف القاعدة والمجمع سالبة بالنسبة للباعث.

الترانزستورات ثنائية القطب مصنوعة من مواد سبائكية ويمكن أن تكون من نوعين - NPN وPNP. يحتوي الترانزستور على ثلاث أطراف تعرف باسم الباعث (E)، والقاعدة (B)، والمجمع (K). يوضح الشكل أدناه ترانزستور NPN حيث، في أوضاع التشغيل الرئيسية (نشط، مشبع، قطع)، يكون للمجمع إمكانات إيجابية، والباعث سلبي، ويتم استخدام القاعدة للتحكم في حالة الترانزستور.

لن يتم مناقشة فيزياء أشباه الموصلات في هذه المقالة، ومع ذلك، فمن الجدير بالذكر أن الترانزستور ثنائي القطب يتكون من ثلاثة أجزاء منفصلة، ​​مفصولة بوصلتين p-n. يحتوي ترانزستور PNP على منطقة N واحدة مفصولة بمنطقتين P:

يحتوي ترانزستور NPN على منطقة P واحدة محصورة بين منطقتين N:

تتشابه الوصلات بين منطقتي N وP مع الوصلات الموجودة في ، ويمكن أيضًا أن تكون تقاطعات p-n منحازة للأمام أو عكسية. يمكن لهذه الأجهزة أن تعمل في أوضاع مختلفة حسب نوع الإزاحة:

• القطع: يحدث العمل في هذا الوضع أيضًا عند التبديل. لا يتدفق أي تيار بين الباعث والمجمع، عمليا "دائرة مفتوحة"، أي "الاتصال مفتوح".
• الوضع النشط: يعمل الترانزستور في دوائر مكبر الصوت. في هذا الوضع، تكون خصائصه خطية تقريبًا. يتدفق تيار بين الباعث والمجمع، ويعتمد مقداره على قيمة جهد التحيز (التحكم) بين الباعث والقاعدة.
• التشبع: يعمل عند التبديل. بين الباعث والمجمع هناك عمليا " دائرة مقصورة"، أي أن "جهة الاتصال مغلقة."
• الوضع النشط العكسي: كما هو الحال في الوضع النشط، يتناسب تيار الترانزستور مع تيار القاعدة، ولكنه يتدفق في الاتجاه المعاكس. نادرا جدا ما تستخدم.

في ترانزستور NPN، يتم تطبيق جهد موجب على المجمع لتوليد تيار من المجمع إلى الباعث. في الترانزستور PNP، يتم تطبيق جهد موجب على الباعث لإنشاء تيار من الباعث إلى المجمع. في NPN، يتدفق التيار من المجمع (K) إلى الباعث (E):

وفي PNP، يتدفق التيار من الباعث إلى المجمع:

من الواضح أن اتجاهي قطبية التيار والجهد في PNP وNPN متعارضان دائمًا مع بعضهما البعض. تتطلب ترانزستورات NPN مصدرًا ذو قطبية موجبة بالنسبة إلى أطراف التوصيل المشتركة، وتتطلب ترانزستورات PNP مصدرًا سلبيًا.

يعمل PNP وNPN بشكل متطابق تقريبًا، لكن أوضاعهما مختلفة بسبب القطبية. على سبيل المثال، لوضع NPN في وضع التشبع، يجب أن يكون U B أعلى من U K وU E. أدناه وصف قصيرأوضاع التشغيل حسب الجهد:

المبدأ الأساسي لتشغيل أي ترانزستور ثنائي القطب هو التحكم في التيار الأساسي لتنظيم تدفق التيار بين الباعث والمجمع. مبدأ تشغيل الترانزستورات NPN وPNP هو نفسه. والفرق الوحيد هو قطبية الجهود المطبقة على وصلات N-P-N وP-N-P، أي مجمع قاعدة الباعث.

في هذه المقالة سوف نتحدث عن الترانزستور. سنعرض المخططات الخاصة بتوصيله وحساب سلسلة الترانزستور مع باعث مشترك.

الترانزستورهو جهاز شبه موصل لتضخيم وتوليد وتحويل التذبذبات الكهربائية، مصنوع على أساس شبه موصل أحادي البلورة ( سي- السيليكون، أو جي- الجرمانيوم)، تحتوي على ثلاث مناطق على الأقل ذات اختلافات إلكترونية ( ن) والفتحة ( ص) - التوصيل. اخترع في عام 1948 من قبل الأميركيين دبليو شوكلي، دبليو براتين وجي باردين. بناءً على بنيتها الفيزيائية وآلية التحكم الحالية، تنقسم الترانزستورات إلى ثنائي القطب (يُطلق عليه غالبًا ترانزستورات بسيطة) وأحادي القطب (يُطلق عليه غالبًا ترانزستورات التأثير الميداني). في الأول، الذي يحتوي على اثنين أو أكثر من تحولات ثقب الإلكترون، تعمل كل من الإلكترونات والثقوب كحاملات للشحنة، وفي الثانية، إما إلكترونات أو ثقوب. غالبًا ما يستخدم مصطلح "الترانزستور" للإشارة إلى أجهزة استقبال البث المحمولة المعتمدة على أجهزة أشباه الموصلات.

يتم التحكم في التيار في دائرة الخرج عن طريق تغيير جهد الدخل أو التيار. يمكن أن يؤدي التغيير الطفيف في كميات الإدخال إلى تغيير أكبر بكثير في جهد الخرج والتيار. تُستخدم خاصية التضخيم هذه للترانزستورات في التكنولوجيا التناظرية (التلفزيون التناظري والراديو والاتصالات وما إلى ذلك).

الترانزستور ثنائي القطب

يمكن أن يكون الترانزستور ثنائي القطب ن-ن-نو ص-ن-صالتوصيل. دون النظر إلى الدواخل الداخلية للترانزستور، يمكن ملاحظة الفرق في الموصلية فقط في قطبية الاتصال في الدوائر العملية لإمدادات الطاقة والمكثفات والثنائيات التي تشكل جزءًا من هذه الدوائر. يظهر الشكل الموجود على اليمين بيانياً ن-ن-نو ص-ن-صالترانزستورات.

يحتوي الترانزستور على ثلاث أطراف. إذا اعتبرنا الترانزستور شبكة ذات أربع أطراف، فيجب أن يكون لها طرفي إدخال واثنين من أطراف الإخراج. ولذلك، يجب أن يكون أحد الأطراف مشتركًا لكل من دوائر الإدخال والإخراج.

دوائر توصيل الترانزستور

دائرة توصيل ترانزستور بباعث مشترك- مصمم لتضخيم سعة إشارة الدخل في الجهد والتيار. في هذه الحالة، يتم عكس إشارة الدخل، التي يتم تضخيمها بواسطة الترانزستور. وبعبارة أخرى، يتم تدوير مرحلة إشارة الخرج بمقدار 180 درجة. هذه الدائرة هي الدائرة الرئيسية لتضخيم الإشارات ذات السعات والأشكال المختلفة. تتراوح مقاومة الإدخال لسلسلة الترانزستور مع OE من مئات الأوم إلى بضعة كيلو أوم، ومقاومة الخرج - من بضعة إلى عشرات الكيلو أوم.

مخطط اتصال الترانزستور مع جامع مشترك- مصمم لتضخيم سعة إشارة الإدخال الحالية. لا يوجد كسب للجهد في مثل هذه الدائرة. سيكون من الأصح القول أن كسب الجهد أقل من الوحدة. لا يتم عكس إشارة الدخل بواسطة الترانزستور.
تتراوح مقاومة الإدخال لسلسلة الترانزستور مع OK من عشرات إلى مئات الكيلو أوم، ومقاومة الخرج في حدود مئات الأوم - وحدات الكيلو أوم. نظرًا لوجود مقاومة حمل عادةً في دائرة الباعث، فإن الدائرة تتمتع بمقاومة دخل عالية. بالإضافة إلى ذلك، نظرًا لتضخيم تيار الإدخال، فهو يتمتع بقدرة تحميل عالية. تُستخدم خصائص دائرة المجمع المشترك هذه لمطابقة مراحل الترانزستور - باعتبارها "مرحلة عازلة". نظرًا لأن إشارة الدخل ، دون زيادة في السعة ، "تتكرر" عند الخرج ، فإن دائرة تشغيل الترانزستور بمجمع مشترك تسمى أيضًا تابع باعث.

هناك أيضا دائرة توصيل ترانزستور بقاعدة مشتركة. مخطط الإدماج هذا موجود من الناحية النظرية، ولكن من الصعب جدًا تنفيذه عمليًا. يتم استخدام دائرة التبديل هذه في التكنولوجيا عالية التردد. خصوصيتها هي أن لديها مقاومة منخفضة للإدخال، ومن الصعب مطابقة مثل هذا التتالي مع الإدخال. لدي خبرة كبيرة في مجال الإلكترونيات، لكن بالحديث عن دائرة الترانزستور هذه، أنا آسف، لا أعرف أي شيء! لقد استخدمتها عدة مرات كدائرة "شخص آخر"، لكنني لم أكتشف ذلك أبدًا. اسمحوا لي أن أشرح: وفقًا لجميع القوانين الفيزيائية، يتم التحكم في الترانزستور من خلال قاعدته، أو بالأحرى من خلال التيار المتدفق على طول مسار باعث القاعدة. من غير الممكن استخدام طرف إدخال الترانزستور - القاعدة عند الخرج. في الواقع، قاعدة الترانزستور "متصلة" بالجسم بتردد عالٍ من خلال مكثف، لكنها لا تستخدم عند الخرج. ومن الناحية الغلفانية، من خلال المقاوم عالي المقاومة، يتم توصيل القاعدة بمخرج الشلال (يتم تطبيق التحيز). ولكن يمكنك تطبيق الإزاحة بشكل أساسي من أي مكان، حتى من مصدر إضافي. ومع ذلك، يتم إطفاء الإشارة من أي شكل تدخل إلى القاعدة من خلال نفس المكثف. لكي يعمل مثل هذا الشلال، يتم "زرع" محطة الإدخال - الباعث من خلال مقاوم منخفض المقاومة على السكن، وبالتالي مقاومة الإدخال المنخفضة. بشكل عام، تعتبر دائرة توصيل الترانزستور بقاعدة مشتركة موضوعًا للمنظرين والمجربين. في الممارسة العملية، فمن النادر للغاية. في ممارستي لتصميم الدوائر، لم أواجه أبدًا الحاجة إلى استخدام دائرة ترانزستور ذات قاعدة مشتركة. يتم تفسير ذلك من خلال خصائص دائرة الاتصال هذه: مقاومة الإدخال من وحدات إلى عشرات الأوم، ومقاومة الخرج من مئات كيلو أوم إلى عدة ميجا أوم. مثل هذه المعلمات المحددة هي حاجة نادرة.

يمكن أن يعمل الترانزستور ثنائي القطب في أوضاع التبديل والخطية (التضخيم). يتم استخدام وضع المفتاح في مخططات مختلفةالتحكم والدوائر المنطقية وما إلى ذلك. في وضع التبديل، يمكن أن يكون الترانزستور في حالتي تشغيل - حالة مفتوحة (مشبعة) ومغلقة (مقفلة). يتم استخدام الوضع الخطي (التضخيم) في الدوائر لتضخيم الإشارات التوافقية ويتطلب الحفاظ على الترانزستور في حالة "نصف" مفتوحة، ولكن ليست مشبعة.

لدراسة تشغيل الترانزستور، سننظر إلى دائرة التوصيل لترانزستور الباعث المشترك باعتبارها دائرة الاتصال الأكثر أهمية.

يظهر الرسم البياني في الشكل. على الرسم البياني VT- الترانزستور نفسه . المقاومات ص ب1و ص ب2- دائرة انحياز الترانزستور، وهي عبارة عن مقسم جهد عادي. هذه الدائرة هي التي تضمن انحياز الترانزستور إلى "نقطة التشغيل" في وضع تضخيم الإشارة التوافقية دون تشويه. المقاوم ر ل- مقاوم الحمل لسلسلة الترانزستور، المصمم لتزويد التيار الكهربائي من مصدر الطاقة إلى مجمع الترانزستور والحد منه في وضع الترانزستور "المفتوح". المقاوم يكرر- المقاوم تعليق، يزيد بطبيعته من مقاومة الإدخال للسلسلة، مع تقليل كسب إشارة الإدخال. تؤدي المكثفات C وظيفة العزل الجلفاني عن تأثير الدوائر الخارجية.

لتوضيح كيفية عمل الترانزستور ثنائي القطب، سنرسم تشبيهًا بمقسم الجهد التقليدي (انظر الشكل أدناه). لتبدأ، المقاوم ص 2لنجعل مقسم الجهد قابلاً للتحكم (متغير). وذلك بتغيير مقاومة هذه المقاومة من صفر إلى "لانهائي" ذو اهمية قصوى، يمكننا الحصول على جهد عند خرج هذا المقسم من الصفر إلى القيمة المقدمة لمدخله. الآن دعونا نتخيل أن المقاوم ص 1مقسم الجهد هو المقاوم المجمع لمرحلة الترانزستور والمقاوم ص 2مقسم الجهد هو تقاطع المجمع والباعث للترانزستور. في الوقت نفسه، من خلال تطبيق إجراء تحكم في شكل تيار كهربائي على قاعدة الترانزستور، نقوم بتغيير مقاومة تقاطع المجمع والباعث، وبالتالي تغيير معلمات مقسم الجهد. الفرق عن المقاومة المتغيرة هو أن الترانزستور يتم التحكم فيه بواسطة تيار ضعيف. هذه هي بالضبط الطريقة التي يعمل بها الترانزستور ثنائي القطب. ما سبق موضح في الشكل أدناه:

لكي يعمل الترانزستور في وضع تضخيم الإشارة، دون تشويه الأخير، من الضروري ضمان وضع التشغيل هذا. يتحدثون عن تغيير قاعدة الترانزستور. يستمتع المتخصصون الأكفاء بالقاعدة: يتم التحكم في الترانزستور بالتيار - وهذه بديهية. لكن وضع الانحياز للترانزستور يتم ضبطه بواسطة جهد الباعث الأساسي، وليس بواسطة التيار - وهذا هو الواقع. وبالنسبة لشخص لا يأخذ في الاعتبار جهد التحيز، فلن يعمل أي مكبر للصوت. ولذلك، يجب أن تؤخذ قيمتها في الاعتبار في الحسابات.

لذلك، فإن تشغيل سلسلة الترانزستور ثنائي القطب في وضع التضخيم يحدث عند جهد متحيز معين عند تقاطع الباعث الأساسي. بالنسبة لترانزستور السيليكون، يكون الجهد المتحيز في حدود 0.6...0.7 فولت، لترانزستور الجرمانيوم - 0.2...0.3 فولت. بمعرفة هذا المفهوم، لا يمكنك حساب مراحل الترانزستور فحسب، بل يمكنك أيضًا التحقق من إمكانية الخدمة لأي مرحلة من مراحل مضخم الترانزستور. يكفي استخدام مقياس متعدد ذو مقاومة داخلية عالية لقياس جهد انحياز الباعث الأساسي للترانزستور. إذا كان لا يتوافق مع 0.6...0.7 فولت للسيليكون، أو 0.2...0.3 فولت للجرمانيوم، فابحث عن الخلل هنا - إما أن الترانزستور معيب، أو أن دوائر التحيز أو الفصل في سلسلة الترانزستور هذه معيبة .

ما ورد أعلاه موضح في الرسم البياني - خاصية الجهد الحالي (خاصية فولت أمبير).

سيقول معظم "المتخصصين"، الذين ينظرون إلى خاصية الجهد الحالي المقدمة: ما نوع الهراء المرسوم على الرسم البياني المركزي؟ هذا ليس ما تبدو عليه خاصية الخرج للترانزستور! يظهر على الرسم البياني الصحيح! سأجيب، كل شيء صحيح هناك، وقد بدأ الأمر بالأنابيب الإلكترونية المفرغة. في السابق، كانت خاصية الجهد الحالي للمصباح تعتبر انخفاض الجهد عبر مقاومة الأنود. الآن، يستمرون في القياس على المقاوم المجمع، وعلى الرسم البياني يضيفون أحرفًا تشير إلى انخفاض الجهد عبر الترانزستور، وهو أمر مخطئ للغاية. على الرسم البياني الأيسر أنا ب - يو بيتم عرض خاصية الإدخال للترانزستور. على الرسم البياني المركزي أنا ك - يو كيتم عرض خاصية الجهد الحالي الناتج للترانزستور. وعلى الرسم البياني الصحيح أنا ر - يو ريُظهر الرسم البياني للجهد الحالي لمقاومة الحمل ر ل، والتي عادة ما يتم تمريرها على أنها خاصية الجهد الحالي للترانزستور نفسه.

يحتوي الرسم البياني على قسم خطي يستخدم لتضخيم إشارة الإدخال خطيًا، محددًا بالنقاط أو مع. نقطة المنتصف – في، هي بالضبط النقطة التي يكون من الضروري عندها احتواء ترانزستور يعمل في وضع التضخيم. تتوافق هذه النقطة مع جهد انحياز معين، والذي يتم أخذه عادة في الحسابات: 0.66 فولت لترانزستور السيليكون، أو 0.26 فولت لترانزستور الجرمانيوم.

وفقًا لخاصية الجهد الحالي للترانزستور، نرى ما يلي: في حالة الغياب أو الجهد المنخفض المتحيز عند تقاطع الباعث الأساسي للترانزستور، لا يوجد تيار أساسي وتيار المجمع. في هذه اللحظة، ينخفض ​​​​الجهد الكامل لمصدر الطاقة عند تقاطع المجمع والباعث. مع زيادة أخرى في الجهد التحيز للباعث الأساسي للترانزستور ، يبدأ الترانزستور في الفتح ، ويظهر التيار الأساسي ومعه يزداد تيار المجمع. عند الوصول إلى "منطقة العمل" عند النقطة مع، يدخل الترانزستور في الوضع الخطي، والذي يستمر حتى هذه النقطة أ. في الوقت نفسه، ينخفض ​​\u200b\u200bانخفاض الجهد عند تقاطع المجمع والباعث، وعند مقاوم الحمل ر لبل على العكس فهو يزيد. نقطة في- نقطة انحياز التشغيل للترانزستور هي النقطة التي، كقاعدة عامة، ينشأ عندها انخفاض في الجهد يساوي بالضبط نصف جهد مصدر الطاقة عند تقاطع المجمع والباعث للترانزستور. شريحة الاستجابة الترددية من النقطة مع، الى حد، الى درجة أتسمى منطقة العمل النزوح. بعد النقطة أ، يزداد التيار الأساسي وبالتالي تيار المجمع بشكل حاد، وينفتح الترانزستور بالكامل ويدخل في حالة التشبع. في هذه اللحظة، عند تقاطع المجمع والباعث، ينخفض ​​الجهد الناتج عن الهيكل ن-ن-نالتحولات والتي تساوي تقريباً 0.2...1 فولت حسب نوع الترانزستور. ينخفض ​​​​باقي جهد مصدر الطاقة عبر مقاومة الحمل للترانزستور - المقاوم ر ل، مما يحد أيضًا من زيادة نمو تيار المجمع.

من الأرقام "الإضافية" السفلية، نرى كيف يتغير الجهد عند خرج الترانزستور اعتمادًا على الإشارة المقدمة إلى الإدخال. جهد الخرج (انخفاض جهد المجمع) للترانزستور خارج الطور (180 درجة) مع إشارة الدخل.

حساب سلسلة الترانزستور مع باعث مشترك (CE)

قبل الانتقال مباشرة إلى حساب مرحلة الترانزستور، دعونا ننتبه إلى المتطلبات والشروط التالية:

يتم حساب سلسلة الترانزستور، كقاعدة عامة، من النهاية (أي من الإخراج)؛

لحساب سلسلة الترانزستور، تحتاج إلى تحديد انخفاض الجهد عبر تقاطع المجمع والباعث للترانزستور في وضع الراحة (في حالة عدم وجود إشارة دخل). يتم تحديده بطريقة للحصول على الإشارة الأكثر غير مشوهة. في الدائرة ذات النهاية الواحدة لمرحلة الترانزستور التي تعمل في الوضع "A"، تكون هذه، كقاعدة عامة، نصف قيمة جهد مصدر الطاقة؛

يتدفق تياران في دائرة باعث الترانزستور - تيار المجمع (على طول مسار المجمع-الباعث) والتيار الأساسي (على طول مسار الباعث الأساسي) ، ولكن نظرًا لأن التيار الأساسي صغير جدًا ، فيمكن إهماله و يمكن افتراض أن تيار المجمع يساوي تيار الباعث؛

الترانزستور هو عنصر تضخيم، لذلك من العدل أن نلاحظ أن قدرته على تضخيم الإشارات يجب التعبير عنها بقيمة معينة. يتم التعبير عن حجم الكسب بمؤشر مأخوذ من نظرية الشبكات ذات الأربع أطراف - عامل تضخيم التيار الأساسي في دائرة تبديل ذات باعث مشترك (CE) ويتم تعيينه - ح 21. يتم ذكر قيمتها في الكتب المرجعية لأنواع معينة من الترانزستورات، وعادة ما يتم ذكر القابس في الكتب المرجعية (على سبيل المثال: 50 - 200). بالنسبة للحسابات، عادة ما يتم تحديد الحد الأدنى للقيمة (من المثال نختار القيمة - 50)؛

جامع ( ر ل) والباعث ( يكرر) تؤثر المقاومات على مقاومات الإدخال والإخراج لمرحلة الترانزستور. يمكننا أن نفترض أن مقاومة المدخلات من تتالي ص في ​​= ص ه * ح 21، والإخراج هو R خارج = R إلى. إذا كانت مقاومة الإدخال لمرحلة الترانزستور غير مهمة بالنسبة لك، فيمكنك الاستغناء عن المقاوم على الإطلاق يكرر;

قيم المقاوم ر لو يكررالحد من التيارات المتدفقة عبر الترانزستور والطاقة التي يتبددها الترانزستور.

الإجراء ومثال لحساب سلسلة الترانزستور مع OE

البيانات الأولية:

مصدر التيار يو آي بي.=12 فولت.

اختر ترانزستور مثلاً: Transistor KT315G، فهو:

بماكس= 150 ميغاواط؛ ايماكس= 150 مللي أمبير؛ ح 21>50.

نحن نقبل ص ك = 10* ص ه

الجهد االكهربى أن يكون العمليتم قبول نقاط الترانزستور ش باي= 0.66 فولت

حل:

1. دعونا نحدد الحد الأقصى للطاقة الساكنة التي سيتبددها الترانزستور في لحظات مرور الإشارة المتناوبة عبر نقطة التشغيل B للوضع الثابت للترانزستور. يجب أن تكون قيمة أقل بنسبة 20 بالمائة (معامل 0.8) من الحد الأقصى لقدرة الترانزستور المحددة في الدليل.

نحن نقبل P dis.max = 0.8*P كحد أقصى=0.8*150 ميجاوات=120 ميجاوات

2. دعونا نحدد تيار المجمع في الوضع الثابت (بدون إشارة):

أنا k0 =P ras.max /U ke0 =P ras.max /(U i.p. /2)= 120 ميجاوات/(12 فولت/2) = 20 مللي أمبير.

3. مع الأخذ في الاعتبار أن نصف جهد الإمداد ينخفض ​​عبر الترانزستور في الوضع الثابت (بدون إشارة)، فإن النصف الثاني من جهد الإمداد سينخفض ​​عبر المقاومات:

(R إلى +R e)=(U i.p. /2)/I to0= (12 فولت/2)/20 مللي أمبير=6 فولت/20 مللي أمبير = 300 أوم.

مع الأخذ بعين الاعتبار النطاق الحالي لقيم المقاومات، بالإضافة إلى حقيقة أننا اخترنا النسبة ص ك = 10* ص ه، نجد قيم المقاوم:

ر ل= 270 أوم؛ يكرر= 27 أوم.

4. دعونا نجد الجهد عند مجمع الترانزستور بدون إشارة.

U k0 =(U kе0 + I k0 *R e)=(U i.p. - I k0 *R k)= (12 فولت - 0.02 أمبير * 270 أوم) = 6.6 فولت.

5. دعونا نحدد التيار الأساسي للتحكم في الترانزستور:

أنا ب = أنا ك /ح 21 =/ح 21= / 50 = 0.8 مللي أمبير.

6. يتم تحديد إجمالي تيار القاعدة بواسطة جهد انحياز القاعدة، والذي يتم ضبطه بواسطة مقسم الجهد ص ب1,ص ب2. يجب أن يكون تيار مقسم القاعدة المقاوم أكبر بكثير (5-10 مرات) من تيار التحكم الأساسي أنا ب، بحيث لا يؤثر هذا الأخير على الجهد التحيز. نختار تيار مقسم أكبر بـ 10 مرات من تيار التحكم الأساسي:

ص ب1,ص ب2: الحالة أنا. =10*أنا ب= 10 * 0.8 مللي أمبير = 8.0 مللي أمبير.

ثم المقاومة الكلية للمقاومات

R b1 + R b2 = U i.p. / أنا ديل.= 12 فولت / 0.008 أمبير = 1500 أوم.

7. دعونا نجد الجهد عند الباعث في وضع الراحة (بدون إشارة). عند حساب مرحلة الترانزستور، من الضروري أن نأخذ في الاعتبار: لا يمكن أن يتجاوز جهد الباعث الأساسي للترانزستور العامل 0.7 فولت! الجهد عند الباعث في الوضع بدون إشارة دخل يساوي تقريبًا:

U e =I k0 *R e= 0.02 أ * 27 أوم = 0.54 فولت،

أين أنا ك0- تيار هادئ للترانزستور.

8. تحديد الجهد في القاعدة

U b = U e + U be=0.54 فولت+0.66 فولت=1.2 فولت

ومن هنا ومن خلال صيغة مقسم الجهد نجد:

R b2 = (R b1 + R b2 )*U b /U i.p.= 1500 أوم * 1.2 فولت / 12 فولت = 150 أوم R b1 = (R b1 +R b2 )-R b2= 1500 أوم - 150 أوم = 1350 أوم = 1.35 كيلو أوم.

وفقا لسلسلة المقاوم، ويرجع ذلك إلى حقيقة أنه من خلال المقاوم ص ب1يتدفق التيار الأساسي أيضًا ، ونختار المقاوم في اتجاه التناقص: ص ب1= 1.3 كيلو أوم.

9. يتم اختيار المكثفات المنفصلة بناءً على خصائص تردد السعة المطلوبة (عرض النطاق الترددي) للسلسلة. ل عملية عاديةمراحل الترانزستور بترددات تصل إلى 1000 هرتز ، من الضروري اختيار المكثفات ذات القيمة الاسمية التي لا تقل عن 5 ميكروفاراد.

في الترددات المنخفضة، تعتمد استجابة تردد السعة (AFC) للسلسلة على وقت إعادة شحن المكثفات المنفصلة من خلال عناصر أخرى من السلسلة، بما في ذلك عناصر الشلالات المجاورة. يجب أن تكون السعة بحيث لا يتوفر للمكثفات وقت لإعادة الشحن. مقاومة الإدخال لمرحلة الترانزستور أكبر بكثير من مقاومة الخرج. يتم تحديد استجابة التردد للسلسلة في منطقة التردد المنخفض بواسطة ثابت الوقت تي ن =R في *C في، أين ص في ​​= ص ه * ح 21, ج في- فصل سعة الإدخال للسلسلة. ج خارجمرحلة الترانزستور، هذا ج فيالتتالي التالي ويتم حسابه بنفس الطريقة. تردد القطع المنخفض للسلسلة (تردد القطع لتردد القطع) و ن =1/ر ن. للحصول على تضخيم عالي الجودة، عند تصميم مرحلة الترانزستور، من الضروري اختيار النسبة 1/t n =1/(مدخل R * مدخل C)< 30-100 مرة لجميع الشلالات. علاوة على ذلك، كلما زاد عدد الشلالات، كلما زاد الفرق. تضيف كل مرحلة بمكثفها الخاص انخفاضًا في استجابة التردد. عادة، تكون سعة العزل 5.0 ميكروفاراد كافية. لكن المرحلة الأخيرة، من خلال Cout، عادة ما يتم تحميلها بمقاومة منخفضة الممانعة للرؤوس الديناميكية، لذلك يتم زيادة السعة إلى 500.0-2000.0 μF، وأحيانًا أكثر.

يتم حساب الوضع الرئيسي لمرحلة الترانزستور بنفس الطريقة التي تم بها حساب مرحلة مكبر الصوت التي تم إجراؤها مسبقًا. والفرق الوحيد هو أن وضع المفتاح يفترض حالتين للترانزستور في وضع الراحة (بدون إشارة). إما أن يكون مغلقًا (ولكن ليس قصيرًا) أو مفتوحًا (ولكن ليس مفرط التشبع). وفي الوقت نفسه، تقع نقاط التشغيل "الراحة" خارج النقطتين A وC الموضحتين في خاصية الجهد الحالي. عندما يجب إغلاق الترانزستور في الدائرة في حالة بدون إشارة، فمن الضروري إزالة المقاوم من الدائرة المتتالية الموضحة مسبقًا ص ب1. إذا كنت تريد أن يكون الترانزستور مفتوحًا في حالة السكون، فأنت بحاجة إلى زيادة المقاوم في الدائرة المتتالية ص ب2 10 أضعاف القيمة المحسوبة، وفي بعض الحالات يمكن إزالتها من الرسم البياني.

تم الانتهاء من حساب سلسلة الترانزستور.