S-au dat explicațiile necesare, să trecem la subiect.

Tranzistoare. Definiție și istorie

tranzistor- un dispozitiv electronic semiconductor în care curentul dintr-un circuit de doi electrozi este controlat de un al treilea electrod. (transistors.ru)

Foarte repede, tranzistoarele au înlocuit tuburile cu vid în diverse dispozitive electronice. În acest sens, fiabilitatea unor astfel de dispozitive a crescut, iar dimensiunea lor a scăzut semnificativ. Și până în ziua de azi, oricât de „sofisticat” este microcircuitul, acesta conține încă mulți tranzistori (precum și diode, condensatoare, rezistențe etc.). Doar cele foarte mici.

Apropo, inițial „tranzistoarele” erau rezistențe a căror rezistență putea fi modificată folosind cantitatea de tensiune aplicată. Dacă ignorăm fizica proceselor, atunci un tranzistor modern poate fi reprezentat și ca o rezistență care depinde de semnalul furnizat acestuia.

Care este diferența dintre tranzistoarele cu efect de câmp și cele bipolare? Răspunsul se află chiar în numele lor. Într-un tranzistor bipolar, transferul de sarcină implică Și electroni, Și găuri („encore” - de două ori). Și în câmp (alias unipolar) - sau electroni, sau găuri.

De asemenea, aceste tipuri de tranzistoare variază în domeniile de aplicare. Cele bipolare sunt folosite în principal în tehnologia analogică, iar cele de teren - în tehnologia digitală.

Și, în sfârșit: principala zonă de aplicare a oricăror tranzistori- întărirea unui semnal slab datorită unei surse de alimentare suplimentare.

Tranzistor bipolar. Principiul de funcționare. Principalele caracteristici

Înainte de a lua în considerare fizica modului în care funcționează un tranzistor, să subliniem problema generală.


Este după cum urmează: între emițător și colector circulă un curent puternic ( curent de colector), iar între emițător și bază există un curent de control slab ( curent de bază). Curentul colectorului se va modifica în funcție de modificarea curentului de bază. De ce?
Să luăm în considerare joncțiunile p-n ale tranzistorului. Există două dintre ele: emițător-bază (EB) și bază-colector (BC). În modul activ de funcționare al tranzistorului, primul dintre ele este conectat cu polarizare directă, iar al doilea cu polarizare inversă. Ce se întâmplă în acest caz? joncțiune p-n X? Pentru o mai mare certitudine, vom lua în considerare un tranzistor n-p-n. Pentru p-n-p totul este similar, doar cuvântul „electroni” trebuie înlocuit cu „găuri”.

Deoarece joncțiunea EB este deschisă, electronii „treg” cu ușurință spre bază. Acolo se recombină parțial cu găuri, dar O Majoritatea, datorită grosimii mici a bazei și dopajului său scăzut, reușesc să ajungă la tranziția bază-colector. Care, după cum ne amintim, este părtinitoare inversă. Și deoarece electronii din bază sunt purtători minoritari de sarcină, câmpul electric al tranziției îi ajută să-l depășească. Astfel, curentul colectorului este doar puțin mai mic decât curentul emițătorului. Acum ai grijă de mâinile tale. Dacă creșteți curentul de bază, joncțiunea EB se va deschide mai puternic și mai mulți electroni vor putea aluneca între emițător și colector. Și deoarece curentul colectorului este inițial mai mare decât curentul de bază, această schimbare va fi foarte, foarte vizibilă. Prin urmare, semnalul slab primit la bază va fi amplificat. Încă o dată, o schimbare mare a curentului colectorului este o reflectare proporțională a unei mici modificări a curentului de bază.

Îmi amintesc că principiul de funcționare al unui tranzistor bipolar i-a fost explicat colegului meu de clasă folosind exemplul unui robinet de apă. Apa din el este curentul colectorului, iar curentul de control de bază este cât de mult rotim butonul. O forță mică (acțiune de control) este suficientă pentru a crește debitul de apă de la robinet.

Pe lângă procesele luate în considerare, la joncțiunile p-n ale tranzistorului pot apărea o serie de alte fenomene. De exemplu, cu o creștere puternică a tensiunii la joncțiunea bază-colector, multiplicarea sarcinii de avalanșă poate începe din cauza ionizării de impact. Și, împreună cu efectul de tunel, aceasta va produce mai întâi o defecțiune electrică, iar apoi (cu creșterea curentului) o defecțiune termică. Cu toate acestea, defalcarea termică a unui tranzistor poate apărea fără defecțiune electrică (adică, fără creșterea tensiunii colectorului până la tensiunea de defalcare). Un curent excesiv prin colector va fi suficient pentru aceasta.

Un alt fenomen se datorează faptului că atunci când tensiunile de pe joncțiunile colectorului și emițătorului se modifică, grosimea acestora se modifică. Și dacă baza este prea subțire, atunci poate apărea un efect de închidere (așa-numita „puncție” a bazei) - o conexiune între joncțiunea colectorului și joncțiunea emițătorului. În acest caz, regiunea de bază dispare și tranzistorul nu mai funcționează normal.

Curentul de colector al tranzistorului în modul normal de funcționare activ al tranzistorului este mai mare decât curentul de bază de un anumit număr de ori. Acest număr este numit câștig de curentși este unul dintre principalii parametri ai tranzistorului. Este desemnat h21. Dacă tranzistorul este pornit fără sarcină pe colector, atunci când tensiune constantă raportul colector-emițător dintre curentul colectorului și curentul de bază va da câștig de curent static. Poate fi egal cu zeci sau sute de unități, dar merită luat în considerare faptul că în circuitele reale acest coeficient este mai mic datorită faptului că atunci când sarcina este pornită, curentul colectorului scade în mod natural.

Al doilea parametru important este rezistența de intrare a tranzistorului. Conform legii lui Ohm, este raportul dintre tensiunea dintre bază și emițător și curentul de control al bazei. Cu cât este mai mare, cu atât curentul de bază este mai mic și câștigul este mai mare.

Al treilea parametru al unui tranzistor bipolar este câștig de tensiune. Este egal cu raportul dintre amplitudinea sau valorile efective ale tensiunilor alternative de ieșire (emițător-colector) și de intrare (bază-emițător). Deoarece prima valoare este de obicei foarte mare (unități și zeci de volți), iar a doua este foarte mică (zecimi de volți), acest coeficient poate ajunge la zeci de mii de unități. Este de remarcat faptul că fiecare semnal de control de bază are propriul câștig de tensiune.

De asemenea, tranzistoarele au răspuns în frecvență, care caracterizează capacitatea tranzistorului de a amplifica un semnal a cărui frecvență se apropie de frecvența de amplificare de tăiere. Faptul este că, pe măsură ce frecvența semnalului de intrare crește, câștigul scade. Acest lucru se datorează faptului că timpul de apariție a principalelor procese fizice (timpul de mișcare a purtătorilor de la emițător la colector, încărcarea și descărcarea joncțiunilor barierei capacitive) devine proporțional cu perioada de schimbare a semnalului de intrare. . Acestea. tranzistorul pur și simplu nu are timp să reacționeze la modificările semnalului de intrare și la un moment dat pur și simplu încetează să-l amplifice. Se numește frecvența la care se întâmplă acest lucru limite.

De asemenea, parametrii tranzistorului bipolar sunt:

• colector-emițător de curent invers
• la timp
• curent de colector invers
• curent maxim admisibil

Condiţional notația n-p-n iar tranzistorii pnp diferă doar în direcția săgeții care indică emițătorul. Acesta arată cum circulă curentul într-un anumit tranzistor.

Moduri de funcționare ale unui tranzistor bipolar

1. Modul activ invers. Aici tranziția BC este deschisă, dar dimpotrivă, EB este închis. Proprietățile de amplificare în acest mod, desigur, sunt mai rele ca niciodată, așa că tranzistorii sunt folosiți foarte rar în acest mod.
2. Modul de saturație. Ambele treceri sunt deschise. În consecință, purtătorii de sarcină principali ai colectorului și emițătorului „fug” la bază, unde se recombină activ cu purtătorii săi principali. Datorită excesului rezultat de purtători de sarcină, rezistența joncțiunilor de bază și p-n scade. Prin urmare, un circuit care conține un tranzistor în modul de saturație poate fi considerat scurtcircuitat, iar acest element radio însuși poate fi reprezentat ca punct echipotențial.
3. Modul de întrerupere. Ambele tranziții ale tranzistorului sunt închise, adică curentul purtătorilor principali de sarcină dintre emițător și colector se oprește. Fluxurile de purtători de sarcină minoritare creează doar curenți de tranziție termică mici și necontrolați. Datorită sărăciei bazei și tranzițiilor cu purtători de sarcină, rezistența acestora crește foarte mult. Prin urmare, se crede adesea că un tranzistor care funcționează în modul de întrerupere reprezintă un circuit deschis.
4. Modul barierăÎn acest mod, baza este conectată direct sau printr-o rezistență scăzută la colector. În circuitul colector sau emițător este inclus și un rezistor, care stabilește curentul prin tranzistor. Acest lucru creează echivalentul unui circuit de diode cu un rezistor în serie. Acest mod este foarte util, deoarece permite circuitului să funcționeze la aproape orice frecvență, pe o gamă largă de temperatură și nu solicită parametrii tranzistorilor.

Circuite de comutare pentru tranzistoare bipolare

Deoarece tranzistorul are trei contacte, în general, puterea trebuie să fie furnizată de la două surse, care împreună produc patru ieșiri. Prin urmare, unul dintre contactele tranzistorului trebuie să fie alimentat cu o tensiune de același semn de la ambele surse. Și în funcție de ce fel de contact este, există trei circuite pentru conectarea tranzistoarelor bipolare: cu un emițător comun (CE), un colector comun (OC) și bază comună(DESPRE). Fiecare dintre ele are atât avantaje, cât și dezavantaje. Alegerea între ele se face în funcție de ce parametri sunt importanți pentru noi și care pot fi sacrificați.

Circuit de conectare cu emițător comun

Dar, pe lângă toate bunătățile, schema OE are și un dezavantaj semnificativ. Constă în faptul că o creștere a frecvenței și temperaturii duce la o deteriorare semnificativă a proprietăților de amplificare ale tranzistorului. Astfel, dacă tranzistorul trebuie să funcționeze la frecvențe înalte, atunci este mai bine să utilizați un circuit de comutare diferit. De exemplu, cu o bază comună.

Schema de conectare cu o bază comună

Într-un circuit de bază comună, faza semnalului nu se inversează, iar nivelul de zgomot la frecvențe înalte este redus. Dar, așa cum am menționat deja, câștigul său actual este întotdeauna puțin mai mic decât unitatea. Adevărat, câștigul de tensiune aici este același ca într-un circuit cu un emițător comun. Dezavantajele unui circuit de bază comun includ și necesitatea de a utiliza două surse de alimentare.

Schema de conectare cu un colector comun

Permiteți-mi să vă reamintesc că feedback-ul negativ este un astfel de feedback în care semnalul de ieșire este transmis înapoi la intrare, reducând astfel nivelul semnalului de intrare. Astfel, reglarea automată are loc atunci când parametrii semnalului de intrare se modifică accidental

Câștigul de curent este aproape același ca în circuitul emițătorului comun. Dar câștigul de tensiune este mic (principalul dezavantaj al acestui circuit). Se apropie de unitate, dar este întotdeauna mai mică decât aceasta. Astfel, câștigul de putere este egal cu doar câteva zeci de unități.

Într-un circuit colector comun, nu există o schimbare de fază între tensiunea de intrare și de ieșire. Deoarece câștigul de tensiune este aproape de unitate, tensiunea de ieșire se potrivește cu tensiunea de intrare în fază și amplitudine, adică o repetă. De aceea, un astfel de circuit se numește adept emițător. Emițător - deoarece tensiunea de ieșire este îndepărtată de la emițător în raport cu firul comun.

Această includere este folosită pentru coordonare trepte de tranzistor sau când sursa de intrare are o impedanță mare de intrare (cum ar fi un pickup piezoelectric sau un microfon cu condensator).

Două cuvinte despre cascade

De asemenea, poate fi nevoie de un tranzistor cu sensibilitate bună și, în același timp, câștig bun. În astfel de cazuri, se folosește o cascadă a unui tranzistor sensibil, dar de putere redusă (VT1 în figură), care controlează sursa de alimentare a unui om mai puternic (VT2 în figură).

Alte aplicații ale tranzistoarelor bipolare

Marcare

Comentarii utile:
http://habrahabr.ru/blogs/easyelectronics/133136/#comment_4419173

Etichete: Adăugați etichete

Deci, a treia și ultima parte a poveștii despre tranzistorii bipolari de pe site-ul nostru =) Astăzi vom vorbi despre utilizarea acestor dispozitive minunate ca amplificatoare, considerați posibil circuite de comutare a tranzistorului bipolarși principalele lor avantaje și dezavantaje. Să începem!

Acest circuit este foarte bun atunci când se utilizează semnale de înaltă frecvență. În principiu, acesta este motivul pentru care tranzistorul este pornit în primul rând. Dezavantaje foarte mari sunt rezistența scăzută de intrare și, bineînțeles, lipsa amplificării curentului. Vedeți singur, la intrare avem curentul emițătorului, la ieșire.

Adică, curentul emițătorului este mai mare decât curentul colectorului cu o cantitate mică din curentul de bază. Aceasta înseamnă că nu există doar un câștig de curent, în plus, curentul de ieșire este puțin mai mic decât curentul de intrare. Deși, pe de altă parte, acest circuit are un coeficient de transfer de tensiune destul de mare) Acestea sunt avantajele și dezavantajele, să continuăm...

Schema de conectare pentru un tranzistor bipolar cu un colector comun

Așa arată schema de conexiuni pentru un tranzistor bipolar cu un colector comun. Îți amintește de ceva?) Dacă ne uităm la circuit dintr-un unghi ușor diferit, îl recunoaștem pe vechiul nostru prieten aici - adeptul emițătorului. A fost aproape un articol întreg despre asta (), așa că am acoperit deja tot ce are legătură cu această schemă. Între timp, așteptăm cel mai des folosit circuit - cu un emițător comun.

Circuit de conectare pentru un tranzistor bipolar cu un emițător comun.

Acest circuit a câștigat popularitate pentru proprietățile sale de amplificare. Dintre toate circuitele, acesta oferă cel mai mare câștig în curent și tensiune, în consecință, creșterea puterii semnalului este de asemenea mare. Dezavantajul circuitului este că proprietățile de amplificare sunt puternic influențate de creșterea temperaturii și a frecvenței semnalului.

Ne-am familiarizat cu toate circuitele, acum să aruncăm o privire mai atentă la ultimul (dar nu cel mai puțin important) circuit amplificator bazat pe un tranzistor bipolar (cu un emițător comun). Mai întâi, să o descriem puțin diferit:

Există un dezavantaj aici - emițătorul împământat. Când tranzistorul este pornit în acest fel, există distorsiuni neliniare la ieșire, care, desigur, trebuie combatete. Neliniaritatea apare datorită influenței tensiunii de intrare asupra tensiunii de joncțiune emițător-bază. Într-adevăr, nu există nimic „în plus” în circuitul emițătorului, întreaga tensiune de intrare se dovedește a fi aplicată exact la joncțiunea bază-emițător. Pentru a face față acestui fenomen, adăugăm un rezistor la circuitul emițătorului. Deci primim feedback negativ.

Ce este asta?

Ca să spun pe scurt, atunci principiul invers negativ th comunicatii constă în faptul că o parte din tensiunea de ieșire este transferată la intrare și scăzută din semnalul de intrare. Desigur, acest lucru duce la o scădere a câștigului, deoarece intrarea tranzistorului, datorită influenței feedback-ului, va primi o valoare de tensiune mai mică decât în ​​absența feedback-ului.

Cu toate acestea, feedback-ul negativ este foarte util pentru noi. Să vedem cum va ajuta la reducerea influenței tensiunii de intrare asupra tensiunii dintre bază și emițător.

Deci, chiar dacă nu există feedback, o creștere a semnalului de intrare cu 0,5 V duce la aceeași creștere. Totul este clar aici 😉 Și acum să adăugăm feedback! Și în același mod, creștem tensiunea de intrare cu 0,5 V. În urma acesteia, crește , ceea ce duce la o creștere a curentului emițătorului. Și o creștere duce la o creștere a tensiunii pe rezistorul de feedback. S-ar părea, ce e în neregulă cu asta? Dar această tensiune este scăzută de la intrare! Uite ce s-a intamplat:

Tensiunea de intrare a crescut - curentul emițătorului a crescut - tensiunea pe rezistorul de feedback negativ a crescut - tensiunea de intrare a scăzut (din cauza scăderii) - tensiunea a scăzut.

Adică, feedback-ul negativ împiedică schimbarea tensiunii bază-emițător atunci când semnalul de intrare se schimbă.

Ca rezultat, circuitul nostru amplificator cu un emițător comun a fost completat cu un rezistor în circuitul emițătorului:

Mai este o problemă cu amplificatorul nostru. Dacă la intrare apare o valoare negativă a tensiunii, tranzistorul se va închide imediat (tensiunea de bază va deveni mai mică decât tensiunea emițătorului și dioda bază-emițător se va închide) și nu se va întâmpla nimic la ieșire. Acest lucru nu este cumva foarte bun) Prin urmare, este necesar să creați părtinire. Acest lucru se poate face folosind un divizor după cum urmează:

Avem o asemenea frumusețe 😉 Dacă rezistențele sunt egale, atunci tensiunea pe fiecare dintre ele va fi egală cu 6V (12V / 2). Astfel, în absența unui semnal la intrare, potențialul de bază va fi de +6V. Dacă la intrare vine o valoare negativă, de exemplu, -4V, atunci potențialul de bază va fi egal cu +2V, adică valoarea este pozitivă și nu interferează operatie normala tranzistor. Acesta este cât de util este să creați un offset în circuitul de bază)

Cum altfel ne-am putea îmbunătăți schema...

Spuneți-ne ce semnal vom amplifica, adică îi cunoaștem parametrii, în special frecvența. Ar fi grozav dacă nu ar exista nimic la intrare în afară de semnalul util amplificat. Cum să asigurăm acest lucru? Desigur, folosind un filtru trece-înalt) Să adăugăm un condensator, care, în combinație cu un rezistor de polarizare, formează un filtru trece-înalt:

Așa se face că circuitul, în care nu era aproape nimic în afară de tranzistorul în sine, a fost acoperit cu elemente suplimentare 😉 Poate că ne vom opri aici în curând va apărea un articol dedicat calculului practic al unui amplificator bazat pe un tranzistor bipolar. În ea nu vom compila doar diagramă schematică amplificator, dar vom calcula și evaluările tuturor elementelor și, în același timp, vom selecta un tranzistor potrivit pentru scopurile noastre. Pe curând! =)

Pagina 1 din 2

Proiectarea și principiul de funcționare a unui tranzistor bipolar

Un tranzistor bipolar este un dispozitiv semiconductor care are două joncțiuni electron-gaură formate într-un singur cristal semiconductor. Aceste tranziții formează trei regiuni în semiconductor cu diferite tipuri de conductivitate electrică. O regiune extremă se numește emițător (E), cealaltă - colector (K), mijlocul - baza (B). Cablurile metalice sunt lipite de fiecare zonă pentru a conecta tranzistorul la circuitul electric.
Conductivitatea electrică a emițătorului și a colectorului este opusă conductivității electrice a bazei. În funcție de ordinea de alternanță a regiunilor p și n, tranzistoarele cu structura p-n-pși n-p-n. Simbolurile grafice convenționale pentru tranzistoarele p-n-p și n-p-n diferă numai în direcția săgeții de la electrodul care indică emițătorul.

Principiile de funcționare ale tranzistoarelor p-n-p și n-p-n sunt aceleași, așa că în viitor vom lua în considerare doar funcționarea unui tranzistor cu o structură p-n-p.
O joncțiune electron-gaură formată dintr-un emițător și o bază se numește joncțiune emițător, iar o joncțiune colector și bază se numește joncțiune colector. Distanța dintre joncțiuni este foarte mică: pentru tranzistoarele de înaltă frecvență este mai mică de 10 micrometri (1 μm = 0,001 mm), iar pentru tranzistoarele de joasă frecvență nu depășește 50 μm.
Când tranzistorul funcționează, joncțiunile sale primesc tensiuni externe de la sursa de alimentare. În funcție de polaritatea acestor tensiuni, fiecare joncțiune poate fi pornită fie în direcția înainte, fie în sens invers. Există trei moduri de funcționare ale tranzistorului: 1) modul de tăiere - ambele tranziții și, în consecință, tranzistorul sunt complet închise; 2) modul de saturație - tranzistorul este complet deschis 3) modul activ - acesta este un mod intermediar între primele două; Modurile de tăiere și de saturație sunt utilizate împreună în etape cheie, când tranzistorul este alternativ complet deschis sau complet închis cu frecvența impulsurilor care ajung la baza sa. Cascadele care funcționează în modul de comutare sunt utilizate în circuite de impulsuri (blocuri de impulsuri surse de alimentare, trepte de ieșire de scanare orizontală ale televizoarelor etc.). Etapele de ieșire ale amplificatoarelor de putere pot funcționa parțial în modul de întrerupere.
Tranzistoarele sunt utilizate cel mai adesea în modul activ. Acest mod este determinat prin aplicarea unei mici tensiuni la baza tranzistorului, care se numește tensiune de polarizare (U cm) Tranzistorul se deschide ușor și curentul începe să curgă prin tranzițiile sale. Principiul de funcționare al tranzistorului se bazează pe faptul că un curent relativ mic care curge prin joncțiunea emițătorului (curent de bază) controlează un curent mai mare în circuitul colectorului. Curentul emițătorului este suma curenților de bază și de colector.

Moduri de funcționare ale unui tranzistor bipolar

Modul de întrerupere tranzistorul se obține atunci când joncțiunile p-n emițător și colector sunt conectate la surse externe în sens opus. În acest caz, curenți foarte mici de emițător invers curg prin ambele joncțiuni pn ( eu EBO) Și colecționar ( Eu KBO). Curentul de bază este egal cu suma acestor curenți și, în funcție de tipul de tranzistor, variază de la unități de microamperi - µA (pentru tranzistoarele cu siliciu) la unități de miliamperi - mA (pentru tranzistoarele cu germaniu).

Dacă joncțiunile emițătorului și colectorului p-n sunt conectate la surse externe în direcția înainte, tranzistorul va fi în modul de saturație . Difuzia câmp electric joncțiunile emițătorului și colectorului vor fi parțial slăbite de câmpul electric creat de sursele externe U EBȘi U KB. Ca urmare, bariera de potențial care a limitat difuzia purtătorilor principali de sarcină va scădea și va începe pătrunderea (injecția) găurilor de la emițător și colector în bază, adică curenți numiți curenți de saturație ale emițătorului vor curge prin emițător și colector al tranzistorului ( Eu E.us) și colecționar ( Eu K.us).

Folosit pentru amplificarea semnalelor modul activ de funcționare al tranzistorului .
Când tranzistorul funcționează în modul activ, joncțiunea emițătorului său este pornită în direcția înainte, iar joncțiunea colectorului este pornită în direcția inversă.

Sub tensiune continua UEB găurile sunt injectate de la emițător în bază. Odată ajunse la baza de tip n, găurile devin purtători minoritari de sarcină în ea și, sub influența forțelor de difuzie, se deplasează (difuz) către joncțiunea colector p-n. Unele dintre găurile din bază sunt umplute (recombinate) cu electronii liberi prezenți în ea. Cu toate acestea, lățimea bazei este mică - de la câteva unități la 10 microni. Prin urmare, partea principală a găurilor ajunge la joncțiunea p-n a colectorului și este transferată prin câmpul său electric către colector. Evident, curentul colectorului eu K p nu poate exista mai mult curent de emițător, deoarece unele dintre găuri se recombină în bază. De aceea eu K p = h 21B eu uh
Magnitudinea h 21B se numește coeficientul de transfer static al curentului emițătorului. Pentru tranzistoare moderne h 21B= 0,90...0,998. Deoarece joncțiunea colectorului este comutată în direcția opusă (deseori spus - polarizat în direcția opusă), curentul invers curge și el prin ea eu BWC , format din purtători minoritari ai bazei (găuri) și colector (electroni). Prin urmare, curentul total de colector al unui tranzistor conectat conform unui circuit cu o bază comună

euLa = h 21B eu uh +IBWC
Găurile care nu au ajuns la joncțiunea colectorului și recombinate (umplute) în bază îi conferă o sarcină pozitivă. Pentru a restabili neutralitatea electrică a bazei în ea din circuit extern sunt furnizați același număr de electroni. Mișcarea electronilor de la circuitul extern la bază creează un curent de recombinare în acesta I B.rec.În plus față de curentul de recombinare, curentul de colector invers curge prin bază în direcția opusă și curentul de bază complet
I B = I B.rek - I KBO
În modul activ, curentul de bază este de zeci și sute de ori mai mic decât curentul colectorului și curentul emițătorului.

Circuite de conectare a tranzistorului bipolar

În schema anterioară, circuitul electric format din sursă U EB, emițător și baza tranzistorului, se numește intrare, iar circuitul format din sursă U KB, colectorul și baza aceluiași tranzistor, este ieșirea. Baza este electrodul comun al tranzistorului pentru circuitele de intrare și de ieșire, de aceea includerea sa se numește circuit cu o bază comună sau, pe scurt „Schema OB”.

Următoarea figură prezintă un circuit în care emițătorul este electrodul comun pentru circuitele de intrare și de ieșire. Acesta este un circuit emițător comun, sau "Diagrama OE".

În acesta, curentul de ieșire, ca și în circuitul OB, este curentul colectorului eu K, ușor diferit de curentul emițătorului eu e, iar intrarea este curentul de bază eu B, semnificativ mai mic decât curentul colectorului. Comunicarea între curenți eu BȘi eu Kîn schema OE este determinată de ecuația: eu K= h 21 E eu B + eu KEO
Factorul de proporționalitate h 21 E se numește coeficientul de transfer al curentului de bază static. Poate fi exprimat în termeni de coeficient de transfer static al curentului emițătorului h 21B
h 21 E = h 21B / (1 —h 21B )
Dacă h 21B este în intervalul 0,9...0,998, valorile corespunzătoare h 21 E va fi în intervalul 9...499.
Componentă eu keo se numește curent de colector invers în circuitul OE. Valoarea sa este 1+ h 21 E ori mai mult decât eu BWC, adică eu KEO =(1+ h 21 E ) eu KBO. Curenți inversați eu BWC și eu Directorii executivi nu depind de tensiunile de intrare U EBȘi TU FI iar ca urmare se numesc componente necontrolate ale curentului colectorului. Acești curenți sunt foarte dependenți de temperatură mediu inconjuratorși determinați proprietățile de temperatură ale tranzistorului. S-a stabilit că valoarea curentului invers eu BER se dublează cu o creștere a temperaturii de 10 °C pentru germaniu și 8 °C pentru tranzistoarele cu siliciu. În circuitul OE, temperatura se modifică în curentul invers necontrolat eu KEO poate fi de zeci și sute de ori mai mare decât schimbările de temperatură ale curentului invers necontrolat eu BWC și perturbă complet funcționarea tranzistorului. Prin urmare, în circuitele de tranzistori, se folosesc măsuri speciale pentru stabilizarea termică a cascadelor de tranzistori, ajutând la reducerea influenței schimbărilor de temperatură ale curenților asupra funcționării tranzistorului.
În practică, există adesea circuite în care electrodul comun pentru circuitele de intrare și ieșire ale tranzistorului este colectorul. Acesta este un circuit de conectare cu un colector comun sau „Circuit OK” (follower emițător) .

Principiul controlului semiconductorului curentului electric era cunoscut la începutul secolului XX. Chiar dacă inginerii electronici știau cum funcționează un tranzistor, ei au continuat să proiecteze dispozitive bazate pe tuburi vidate. Motivul pentru o astfel de neîncredere în triodele semiconductoare a fost imperfecțiunea primelor tranzistoare punct-punct. Familia de tranzistoare cu germaniu nu avea caracteristici stabile și depinde foarte mult de condițiile de temperatură.

Tranzistoarele monolitice de siliciu au început să concureze serios cu tuburile de vid abia la sfârșitul anilor 50. Din acel moment, industria electronică a început să se dezvolte rapid, iar triodele semiconductoare compacte au înlocuit activ lămpile consumatoare de energie din circuitele dispozitivelor electronice. Odată cu apariția circuitelor integrate, unde numărul de tranzistori poate ajunge la miliarde, electronicele semiconductoare au câștigat o victorie zdrobitoare în lupta pentru miniaturizarea dispozitivelor.

Ce este un tranzistor?

În sensul său modern, un tranzistor este un element radio semiconductor conceput pentru a schimba parametrii unui curent electric și a-l controla. O triodă semiconductoare convențională are trei terminale: o bază, care primește semnale de control, un emițător și un colector. Există, de asemenea, tranzistoare compozite de mare putere.

Scara dimensiunilor dispozitivelor semiconductoare este izbitoare - de la câțiva nanometri (elemente neambalate utilizate în microcircuite) la centimetri în diametru pentru tranzistoarele puternice destinate centralelor electrice și echipamentelor industriale. Tensiunile inverse ale triodelor industriale pot ajunge până la 1000 V.

Dispozitiv

Din punct de vedere structural, trioda constă din straturi semiconductoare închise într-o carcasă. Semiconductorii sunt materiale pe bază de siliciu, germaniu, arseniură de galiu și altele. elemente chimice. Astăzi, se fac cercetări pentru a pregăti anumite tipuri de polimeri, și chiar nanotuburi de carbon, pentru rolul materialelor semiconductoare. Se pare că în viitorul apropiat vom afla despre noi proprietăți ale tranzistorilor cu efect de câmp din grafen.

Anterior, cristalele semiconductoare erau amplasate în carcase metalice sub formă de capace cu trei picioare. Acest design a fost tipic pentru tranzistoarele punct-punct.

Astăzi, modelele celor mai multe dispozitive plate, inclusiv semiconductoare cu siliciu, sunt realizate pe baza unui singur cristal dopat în anumite părți. Sunt presate în carcase din plastic, metal-sticlă sau metal-ceramică. Unele dintre ele au proeminente plăci metalice pentru îndepărtarea căldurii, care sunt montate pe calorifere.

Electrozii tranzistoarelor moderne sunt aranjați pe un rând. Acest aranjament al picioarelor este convenabil pentru asamblarea automată a plăcilor. Terminalele nu sunt marcate pe carcase. Tipul de electrod este determinat din cărți de referință sau prin măsurători.

Pentru tranzistoare, se folosesc cristale semiconductoare cu structuri diferite, cum ar fi p-n-p sau n-p-n. Ele diferă în polaritatea tensiunii de pe electrozi.

Schematic, structura unui tranzistor poate fi reprezentată ca două diode semiconductoare separate printr-un strat suplimentar. (A se vedea figura 1). Prezența acestui strat vă permite să controlați conductivitatea triodei semiconductoare.

Orez. 1. Structura tranzistoarelor

Figura 1 prezintă schematic structura triodelor bipolare. Există, de asemenea, o clasă de tranzistoare cu efect de câmp, care va fi discutată mai jos.

Principiul de bază de funcționare

În repaus, nu curge nici un curent între colectorul și emițătorul unei triode bipolare. Curentul electric este împiedicat de rezistența joncțiunii emițătorului, care apare ca urmare a interacțiunii straturilor. Pentru a porni tranzistorul, trebuie să aplicați o tensiune mică la baza acestuia.

Figura 2 prezintă o diagramă care explică principiul de funcționare al unei triode.

Prin controlul curenților de bază, puteți porni și opri dispozitivul. Dacă la bază este aplicat un semnal analogic, acesta va modifica amplitudinea curenților de ieșire. În acest caz, semnalul de ieșire va repeta exact frecvența de oscilație la electrodul de bază. Cu alte cuvinte, semnalul electric primit la intrare va fi amplificat.

Astfel, triodele semiconductoare pot funcționa în modul de comutare electronică sau în modul de amplificare a semnalului de intrare.

Funcționarea dispozitivului în modul cheie electronică poate fi înțeleasă din Figura 3.

Desemnarea pe diagrame

Denumirea comună: „VT” sau „Q”, urmat de un indice pozițional. De exemplu, VT 3. Pe diagramele anterioare puteți găsi denumiri învechite: „T”, „PP” sau „PT”. Tranzistorul este reprezentat ca linii simbolice indicând electrozii corespunzători, cercuri sau nu. Direcția curentului în emițător este indicată de o săgeată.

Figura 4 prezintă un circuit ULF în care tranzistoarele sunt desemnate într-un mod nou, iar Figura 5 prezintă imagini schematice ale diferitelor tipuri de tranzistoare cu efect de câmp.

Orez. 4. Exemplu circuite ULF pe triode

Tipuri de tranzistoare

Pe baza principiului și structurii lor de funcționare, triodele semiconductoare se disting:

• camp;
• bipolar;
• combinate.

Acești tranzistori îndeplinesc aceleași funcții, dar există diferențe în principiul funcționării lor.

Camp

Acest tip de triodă se mai numește și unipolar, datorită proprietăților sale electrice - transportă curent de o singură polaritate. Pe baza structurii și tipului lor de control, aceste dispozitive sunt împărțite în 3 tipuri:

1. Tranzistoare cu manager p-n tranziție (fig. 6).
2. Cu poartă izolată (disponibilă cu canal încorporat sau indus).
3. MIS, cu structura: metal-dielectric-conductor.

O caracteristică distinctivă a unei porți izolate este prezența unui dielectric între aceasta și canal.

Piesele sunt foarte sensibile la electricitatea statică.

Circuitele triodelor de câmp sunt prezentate în Figura 5.

Acordați atenție denumirii electrozilor: drenaj, sursă și poartă.

Tranzistoarele cu efect de câmp consumă foarte puțină energie. Pot funcționa mai mult de un an pe o baterie mică sau cu o baterie reîncărcabilă. Prin urmare, sunt utilizate pe scară largă în dispozitivele electronice moderne, cum ar fi telecomenzi, gadget-uri mobile etc.

Bipolar

S-au spus multe despre acest tip de tranzistor în subsecțiunea „Principiul de bază de funcționare”. Să remarcăm doar că dispozitivul a primit denumirea de „Bipolar” datorită capacității sale de a trece sarcini de semne opuse printr-un canal. Caracteristica lor este impedanța de ieșire scăzută.

Tranzistoarele amplifică semnalele și acționează ca dispozitive de comutare. O sarcină destul de puternică poate fi conectată la circuitul colectorului. Datorită curentului ridicat al colectorului, rezistența la sarcină poate fi redusă.

Să ne uităm la structura și principiul de funcționare mai detaliat mai jos.

Combinate

Pentru a realiza anumiți parametri electrici din utilizarea unui element discret, dezvoltatorii de tranzistori inventează modele combinate. Printre acestea se numără:

• cu rezistențe încorporate și circuitul acestora;
• combinații de două triode (structuri identice sau diferite) într-un pachet;
• diode lambda - o combinație de două triode cu efect de câmp formând o secțiune cu rezistență negativă;
• proiecte în care o triodă cu efect de câmp cu o poartă izolată controlează o triodă bipolară (folosită pentru a controla motoare electrice).

Tranzistoarele combinate sunt, de fapt, un microcircuit elementar într-un singur pachet.

Cum funcționează un tranzistor bipolar? Instrucțiuni pentru manechine

Funcționarea tranzistoarelor bipolare se bazează pe proprietățile semiconductorilor și pe combinațiile acestora. Pentru a înțelege principiul funcționării triodelor, să înțelegem comportamentul semiconductorilor în circuitele electrice.

Semiconductori.

Unele cristale, cum ar fi siliciul, germaniul etc., sunt dielectrice. Dar au o caracteristică - dacă adăugați anumite impurități, devin conductori cu proprietăți speciale.

Unii aditivi (donatori) duc la apariția electronilor liberi, în timp ce alții (acceptori) creează „găuri”.

Dacă, de exemplu, siliciul este dopat cu fosfor (donator), obținem un semiconductor cu un exces de electroni (structură n-Si). Prin adăugarea de bor (un acceptor), siliciul dopat va deveni un semiconductor conducător de orificii (p-Si), adică structura sa va fi dominată de ioni încărcați pozitiv.

Conducție unidirecțională.

Să realizăm un experiment de gândire: conectați două tipuri diferite de semiconductori la o sursă de alimentare și furnizați curent designului nostru. Se va întâmpla ceva neașteptat. Dacă conectați firul negativ la un cristal de tip n, circuitul va fi finalizat. Cu toate acestea, când inversăm polaritatea, nu va exista electricitate în circuit. De ce se întâmplă asta?

Ca rezultat al combinarii cristalelor cu tipuri diferite conductivitate, între ele se formează o regiune cu o joncțiune p-n. Unii electroni (purtători de sarcină) dintr-un cristal de tip n vor curge într-un cristal cu conductivitate în găuri și vor recombina găurile din zona de contact.

Ca urmare, apar sarcini necompensate: în regiunea de tip n - din ionii negativi, iar în regiunea de tipul p din ionii pozitivi. Diferența de potențial atinge valori de la 0,3 la 0,6 V.

Relația dintre tensiune și concentrația de impurități poate fi exprimată prin formula:

φ= V T*ln( Nn* Np)/n 2 i , unde

V T – valoarea tensiunii termodinamice, NnȘi Np – concentrația de electroni și, respectiv, găuri, și n i denotă concentrația intrinsecă.

Când conectați un plus la un conductor p și un minus la un semiconductor de tip n, sarcinile electrice vor depăși bariera, deoarece mișcarea lor va fi îndreptată împotriva câmp electricîn interiorul joncțiunii p-n. În acest caz, tranziția este deschisă. Dar dacă polii sunt inversați, tranziția va fi închisă. De aici concluzia: joncțiunea p-n formează conductivitate unidirecțională. Această proprietate este utilizată în proiectarea diodelor.

De la diodă la tranzistor.

Să complicăm experimentul. Să mai adăugăm un strat între doi semiconductori cu aceleași structuri. De exemplu, între plăcile de siliciu de tip p introducem un strat de conductivitate (n-Si). Nu este greu de ghicit ce se va întâmpla în zonele de contact. Prin analogie cu procesul descris mai sus, se formează regiuni cu joncțiuni p-n care blochează mișcarea sarcini electriceîntre emițător și colector și indiferent de polaritatea curentului.

Cel mai interesant lucru se va întâmpla atunci când aplicăm o ușoară tensiune stratului (bază). În cazul nostru, aplicăm curent cu semn negativ. Ca și în cazul unei diode, se formează un circuit emițător-bază prin care va curge curentul. În același timp, stratul va începe să devină saturat cu găuri, ceea ce va duce la o conductă între emițător și colector.

Uitați-vă la Figura 7. Arată că ionii pozitivi au umplut întregul spațiu al structurii noastre condiționate și acum nimic nu interferează cu conducerea curentului. Am obținut un model vizual al unui tranzistor bipolar cu o structură p-n-p.

Când baza este dezactivată, tranzistorul revine foarte repede la starea inițială și joncțiunea colectorului se închide.

Dispozitivul poate funcționa și în modul de amplificare.

Curentul colectorului este direct proporțional cu curentul de bază : euLa= ß* euB , Unde ß – câștig de curent, euB – curent de bază.

Dacă modificați valoarea curentului de control, se va modifica intensitatea formării găurilor pe bază, ceea ce va presupune o modificare proporțională a amplitudinii tensiunii de ieșire, menținând în același timp frecvența semnalului. Acest principiu este folosit pentru amplificarea semnalelor.

Aplicând impulsuri slabe la bază, la ieșire obținem aceeași frecvență de amplificare, dar cu o amplitudine mult mai mare (setată de tensiunea aplicată circuitului colector-emițător).

Tranzistoarele NPN funcționează într-un mod similar. Se modifică doar polaritatea tensiunilor. Dispozitive cu structura n-p-n au conductivitate directă. Au conductivitate inversă tranzistoare pnp tip.

Rămâne de adăugat că cristalul semiconductor reacționează într-un mod similar cu spectrul ultraviolet al luminii. Prin pornirea și oprirea fluxului de fotoni sau prin ajustarea intensității acestuia, puteți controla funcționarea unei triode sau puteți modifica rezistența unui rezistor semiconductor.

Circuite de conectare a tranzistorului bipolar

Proiectanții de circuite folosesc următoarele scheme de conectare: cu o bază comună, electrozi emițători comuni și conexiune cu un colector comun (Fig. 8).

Amplificatoarele cu o bază comună se caracterizează prin:

• impedanță de intrare scăzută, care nu depășește 100 ohmi;
• proprietăți bune de temperatură și caracteristici de frecvență ale triodei;
• tensiune admisibilă ridicată;
• sunt necesare două surse de alimentare diferite.

Circuitele emițătoare comune au:

• câștig mare de curent și tensiune;
• câștig redus de putere;
• inversarea tensiunii de ieșire față de intrare.

Cu această conexiune, este suficientă o singură sursă de alimentare.

Schema de conectare bazată pe principiul „colectorului comun” oferă:

• rezistență mare la intrare și la ieșire scăzută;
• factor de amplificare de tensiune joasă (< 1).

Cum funcționează un tranzistor cu efect de câmp? Explicație pentru manechine

Structura unui tranzistor cu efect de câmp diferă de unul bipolar prin faptul că curentul din acesta nu traversează zona de joncțiune p-n. Încărcăturile se deplasează printr-o zonă controlată numită poartă. Debitul porții este controlat de tensiune.

Spaţiu p-n zone scade sau crește sub influența unui câmp electric (vezi Fig. 9). Numărul de purtători de taxe gratuite se modifică în consecință - de la distrugere completă la saturație extremă. Ca urmare a acestui efect asupra porții, curentul la electrozii de scurgere (contacte care scot curentul procesat) este reglat. Curentul de intrare trece prin contactele sursei.

Triodele de câmp cu un canal încorporat și indus funcționează pe un principiu similar. Ați văzut diagramele lor în Figura 5.

Circuite de conectare a tranzistorului cu efect de câmp

În practică, diagramele de conexiune sunt utilizate prin analogie cu o triodă bipolară:

• cu o sursă comună - produce un câștig mare în curent și putere;
• circuitele de poartă comune oferă impedanță de intrare scăzută și câștig scăzut (are utilizare limitată);
• circuite de scurgere comună care funcționează în același mod ca circuitele de emițător comun.

Figura 10 arată diverse scheme incluziuni.

Aproape fiecare circuit este capabil să funcționeze la tensiuni de intrare foarte scăzute.

Videoclipuri care explică principiul de funcționare a tranzistorului într-un limbaj simplu

Tranzistorul PNP este dispozitiv electronic, într-un anumit sens opusul unui tranzistor NPN. În acest tip de proiectare a tranzistorului, joncțiunile sale PN sunt deschise de tensiuni de polaritate inversă față de tipul NPN. ÎN simbol instrument, săgeata, care determină și terminalul emițătorului, de această dată indică în interiorul simbolului tranzistorului.

Designul dispozitivului

Circuitul de proiectare al unui tranzistor de tip PNP constă din două regiuni de material semiconductor de tip p de fiecare parte a unei regiuni de material de tip n, așa cum se arată în figura de mai jos.

Săgeata identifică emițătorul și direcția general acceptată a curentului său („înăuntru” pentru un tranzistor PNP).

Tranzistorul PNP are caracteristici foarte asemănătoare cu omologul său bipolar NPN, cu excepția faptului că direcțiile curenților și polaritățile tensiunii din el sunt inversate pentru oricare dintre cele trei scheme de conectare posibile: bază comună, emițător comun și colector comun.

Principalele diferențe dintre cele două tipuri de tranzistoare bipolare

Principala diferență dintre ele este că găurile sunt principalii purtători de curent pentru tranzistoarele PNP, tranzistoarele NPN au electroni în această capacitate. Prin urmare, polaritățile tensiunilor care alimentează tranzistorul sunt inversate, iar curentul său de intrare curge de la bază. În contrast, cu un tranzistor NPN, curentul de bază curge în el, așa cum se arată mai jos în schema de circuit pentru conectarea ambelor tipuri de dispozitive cu o bază comună și un emițător comun.

Principiul de funcționare al unui tranzistor de tip PNP se bazează pe utilizarea unui curent de bază mic (cum ar fi cel de tip NPN) și a unei tensiuni de polarizare de bază negative (spre deosebire de tipul NPN) pentru a controla un curent emițător-colector mult mai mare. Cu alte cuvinte, pentru un tranzistor PNP, emițătorul este mai pozitiv față de bază și, de asemenea, față de colector.

Să ne uităm la diferențele dintre tipul PNP în diagrama de conectare cu o bază comună

Într-adevăr, se poate observa că curentul de colector IC (în cazul unui tranzistor NPN) curge de la borna pozitivă a bateriei B2, trece prin borna colectorului, pătrunde în aceasta și trebuie apoi să iasă prin borna de bază pentru a reveni la borna negativă a bateriei. În același mod, privind circuitul emițătorului, puteți vedea cum curentul său de la borna pozitivă a bateriei B1 intră în tranzistor prin borna de bază și apoi pătrunde în emițător.

Astfel, atât curentul de colector I C cât și curentul de emițător I E trec prin borna de bază. Deoarece circulă de-a lungul circuitelor lor în direcții opuse, curentul de bază rezultat este egal cu diferența lor și este foarte mic, deoarece IC este puțin mai mic decât I E. Dar, deoarece acesta din urmă este încă mai mare, direcția de curgere a curentului diferențial (curent de bază) coincide cu I E și, prin urmare, un tranzistor bipolar de tip PNP are un curent care curge din bază, iar unul de tip NPN are un flux de intrare. actual.

Diferențele dintre tipul PNP folosind exemplul unui circuit de conectare cu un emițător comun

În acest nou circuit, joncțiunea PN bază-emițător este polarizată de tensiunea bateriei B1, iar joncțiunea colector-bază este polarizată invers de tensiunea bateriei B2. Borna emițătorului este astfel comună pentru circuitele de bază și colectoare.

Curentul total al emițătorului este dat de suma a doi curenți I C și I B; trecând prin terminalul emițătorului într-o direcție. Astfel, avem I E = I C + I B.

În acest circuit, curentul de bază I B pur și simplu „se ramifică” din curentul emițătorului I E, de asemenea, coincizând cu acesta în direcție. În acest caz, un tranzistor de tip PNP are încă un curent care curge de la baza I B, iar un tranzistor de tip NPN are un curent de intrare.

În al treilea dintre circuitele de comutare a tranzistoarelor cunoscute, cu un colector comun, situația este exact aceeași. Prin urmare, nu îl prezentăm pentru a economisi spațiu și timp pentru cititori.

Tranzistor PNP: conectarea surselor de tensiune

Sursa de tensiune de la bază la emițător (V BE) este conectată negativ la bază și pozitivă la emițător, deoarece tranzistorul PNP funcționează atunci când baza este polarizată negativ față de emițător.

Tensiunea de alimentare a emițătorului este de asemenea pozitivă față de colector (V CE). Astfel, cu un tranzistor de tip PNP, terminalul emițătorului este întotdeauna mai pozitiv în raport cu atât bază cât și colector.

Sursele de tensiune sunt conectate la tranzistorul PNP, așa cum se arată în figura de mai jos.

De această dată, colectorul este conectat la tensiunea de alimentare VCC printr-un rezistor de sarcină, R L, care limitează curentul maxim care trece prin dispozitiv. O tensiune de bază VB, care o polarizează negativ față de emițător, îi este aplicată printr-un rezistor RB, care din nou este folosit pentru a limita curentul de bază maxim.

Funcționarea unui etaj tranzistor PNP

Deci, pentru a determina curgerea curentului de bază într-un tranzistor PNP, baza trebuie să fie mai negativă decât emițătorul (curentul trebuie să părăsească baza) cu aproximativ 0,7 volți pentru un dispozitiv cu siliciu sau 0,3 volți pentru un dispozitiv cu germaniu. Formulele utilizate pentru a calcula rezistența de bază, curentul de bază sau curentul de colector sunt aceleași cu cele utilizate pentru un tranzistor NPN echivalent și sunt prezentate mai jos.

Vedem că diferența fundamentală dintre un tranzistor NPN și un tranzistor PNP este polarizarea corectă a joncțiunilor pn, deoarece direcțiile curenților și polaritățile tensiunilor din ele sunt întotdeauna opuse. Astfel, pentru circuitul de mai sus: I C = I E - I B, deoarece curentul trebuie să circule de la bază.

În general, un tranzistor PNP poate fi înlocuit cu unul NPN în majoritatea cazurilor circuite electronice, singura diferență este polaritatea tensiunii și direcția curentului. Astfel de tranzistori pot fi, de asemenea, utilizați ca dispozitive de comutare, iar mai jos este prezentat un exemplu de comutator tranzistor PNP.

Caracteristicile tranzistorului

Caracteristicile de ieșire ale unui tranzistor PNP sunt foarte asemănătoare cu cele ale unui tranzistor NPN echivalent, cu excepția faptului că sunt rotite la 180° pentru a permite polaritatea inversă a tensiunilor și curenților (curenții de bază și de colector ai unui tranzistor PNP sunt negativi). În mod similar, pentru a găsi punctele de funcționare ale unui tranzistor PNP, linia de sarcină dinamică poate fi descrisă în al treilea trimestru al sistemului de coordonate carteziene.

Caracteristicile tipice ale tranzistorului 2N3906 PNP sunt prezentate în figura de mai jos.

Perechi de tranzistori în trepte de amplificator

S-ar putea să vă întrebați care este motivul pentru a utiliza tranzistoarele PNP atunci când există multe tranzistoare NPN disponibile care pot fi folosite ca amplificatoare sau comutatoare cu stare solidă? Cu toate acestea, prezența a doi tipuri variate tranzistoarele - NPN și PNP - oferă mari avantaje la proiectarea circuitelor amplificatoarelor de putere. Aceste amplificatoare folosesc perechi de tranzistori „complementare” sau „potrivite” (reprezentând un tranzistor PNP și un tranzistor NPN conectați împreună, așa cum se arată în figura de mai jos) în treapta de ieșire.

Două tranzistoare NPN și PNP corespondente cu caracteristici similare, identice între ele, se numesc complementare. De exemplu, TIP3055 (tip NPN) și TIP2955 (tip PNP) sunt bun exemplu tranzistoare de putere complementare cu siliciu. Ambele au un câștig de curent continuu β=I C /I B potrivit cu 10% și un curent ridicat de colector de aproximativ 15A, făcându-le ideale pentru controlul motorului sau aplicații robotizate.

În plus, amplificatoarele de clasă B folosesc perechi de tranzistoare potrivite în treptele lor de putere de ieșire. În ele, tranzistorul NPN conduce doar jumătatea de undă pozitivă a semnalului, iar tranzistorul PNP conduce doar jumătatea sa negativă.

Acest lucru permite amplificatorului să treacă puterea necesară prin difuzor în ambele direcții la o putere și o impedanță date. Ca urmare, curentul de ieșire, care este de obicei de ordinul mai multor amperi, este distribuit uniform între cele două tranzistoare complementare.

Perechi de tranzistori în circuitele de comandă a motoarelor electrice

Ele sunt, de asemenea, utilizate în circuitele de comandă H-bridge pentru motoarele reversibile de curent continuu, care fac posibilă reglarea uniformă a curentului prin motor în ambele sensuri de rotație a acestuia.

Circuitul H-bridge de mai sus este numit așa deoarece configurația de bază a celor patru comutatoare cu tranzistori seamănă cu litera „H” cu motorul situat pe linia transversală. Puntea H a tranzistorului este probabil unul dintre cele mai utilizate tipuri de circuite reversibile de control al motorului de curent continuu. Folosește perechi „complementare” de tranzistoare NPN și PNP în fiecare ramură pentru a acționa ca întrerupătoare pentru a controla motorul.

Intrarea de control A permite motorului să funcționeze într-o singură direcție, în timp ce intrarea B este utilizată pentru rotația inversă.

De exemplu, când tranzistorul TR1 este pornit și TR2 este oprit, intrarea A este conectată la tensiunea de alimentare (+Vcc), iar dacă tranzistorul TR3 este oprit și TR4 este pornit, atunci intrarea B este conectată la 0 volți (GND). Prin urmare, motorul se va roti într-o direcție, corespunzătoare potențialului pozitiv al intrării A și potențialului negativ al intrării B.

Dacă stările comutatorului sunt modificate astfel încât TR1 este oprit, TR2 este pornit, TR3 este pornit și TR4 este oprit, curentul motorului va curge în direcția opusă, determinând inversarea acestuia.

Folosind niveluri logice opuse „1” sau „0” pe intrările A și B, puteți controla sensul de rotație al motorului.

Determinarea tipului de tranzistori

Orice tranzistor bipolar poate fi considerat ca fiind alcătuit în esență din două diode conectate împreună spate în spate.

Putem folosi această analogie pentru a determina dacă un tranzistor este de tip PNP sau NPN testându-i rezistența între cele trei terminale ale sale. Testând fiecare pereche în ambele direcții cu ajutorul unui multimetru, după șase măsurători obținem următorul rezultat:

1. Emițător - Bază. Aceste cabluri ar trebui să acționeze ca o diodă normală și să conducă curentul într-o singură direcție.

2.Colector - Baza. Aceste cabluri ar trebui, de asemenea, să acționeze ca o diodă normală și să conducă curentul doar într-o singură direcție.

3. Emițător - Colector. Aceste concluzii nu trebuie trase în nicio direcție.

Valorile rezistenței de tranziție ale tranzistorilor de ambele tipuri

Apoi putem determina tranzistorul PNP să fie sănătos și închis. Un curent mic de ieșire și o tensiune negativă la baza sa (B) în raport cu emițătorul său (E) îl vor deschide și vor permite să curgă mult mai mult curent emițător-colector. Tranzistoarele PNP conduc la un potențial emițător pozitiv. Cu alte cuvinte, un tranzistor bipolar PNP va conduce numai dacă bornele de bază și colector sunt negative în raport cu emițătorul.