Pirmais bipolārā savienojuma tranzistors tika izgudrots 1947. gadā Bell laboratorijās. “Divas polaritātes” tiek saīsināti kā bipolāri, tāpēc arī nosaukums Bipolar krustojuma tranzistors. BJT ir trīs termināļu ierīce ar kolektoru (C), bāzi (B) un izstarotāju (E). Lai identificētu tranzistora spailes, nepieciešama konkrētas BJT daļas tapu diagramma, tā būs pieejama datu lapā. Ir divu veidu BJT - NPN un PNP tranzistori. Šajā apmācībā mēs runāsim par NPN tranzistoriem. Ļaujiet mums apsvērt divus piemērus npn tranzistoru - BC547A un PN2222A redzamos attēlos iepriekš.
Pamatojoties uz ražošanas procesu, tapu konfigurācija mainīsies, un informācija būs pieejama attiecīgajā datu lapā. Tā kā tranzistora jauda palielinās, tranzistora korpusam jāpiestiprina nepieciešamā siltuma izlietne. Neobjektīvs tranzistors vai tranzistors bez sprieguma, kas tiek izmantots spailēs, ir līdzīgs divām diodēm, kas savienotas aizmugurē, kā parādīts zemāk redzamajā attēlā.
Diodei D1 ir pretēji vadoša īpašība, kuras pamatā ir diode D2 vadīšana uz priekšu. Kad strāva plūst caur diode D2, diode D1 uztver strāvu, un proporcionālajai strāvai būs atļauts plūst pretējā virzienā no kolektora spailes uz izstarotāja spaili ar nosacījumu, ka kolektora spailē tiek izmantots lielāks potenciāls. Proporcionālā konstante ir Gain (β).
NPN tranzistoru darbība:
Kā jau tika apspriests iepriekš, tranzistors ir strāvas kontrolēta ierīce, kurai ir divi noplicināšanas slāņi ar specifisku barjeras potenciālu, kas nepieciešami noplicināšanas slāņa izkliedēšanai. Silīcija tranzistora barjeras potenciāls germānija tranzistoram ir 0,7 V pie 25 ° C un 0,3 V pie 25 ° C. Pārsvarā izmantotais tranzistoru veids ir silīcija tips, jo silīcijs ir visplašākais elements uz zemes pēc skābekļa.
Iekšējā darbība:
No npn tranzistors konstrukcija ir tāda, ka kolektora un emitera reģioni leģēti ar n-veida materiāla un pamatnes reģions ir leģēti ar nelielu slāni p-tipa materiāla. Emitētāja reģions ir stipri leģēts, salīdzinot ar kolektora reģionu. Šie trīs reģioni veido divus krustojumus. Tie ir kolektora-bāzes savienojums (CB) un bāzes-izstarotāja savienojums.
Pieliekot potenciālu VBE pāri Bāzes-Emitera krustojumam, kas palielinās no 0 V, elektroni un caurumi sāk uzkrāties noplicināšanas reģionā. Kad potenciāls palielinās virs 0,7 V, tiek sasniegts barjeras spriegums un notiek difūzija. Tādējādi elektroni plūst uz pozitīvo spaili, un bāzes strāvas plūsma (IB) ir pretēja elektronu plūsmai. Turklāt strāva no kolektora līdz izstarotājam sāk plūst, ja kolektora spailē tiek izmantots spriegums VCE. Transistors var darboties kā slēdzis un pastiprinātājs.
Darbības reģions pret darbības režīmu:
1. Aktīvais reģions, IC = β × IB - pastiprinātāja darbība
2. Piesātinājuma reģions, IC = piesātinājuma strāva - slēdža darbība (pilnībā ieslēgta)
3. Nozares apgabals, IC = 0 - slēdža darbība (pilnībā izslēgta)
Transistors kā slēdzis:
Lai izskaidrotu ar PSPICE, ir izvēlēts modelis BC547A. Pirmā svarīgā lieta, kas jāpatur prātā, izmantojot pamatnē strāvas ierobežojošo rezistoru. Lielāka bāzes strāva sabojās BJT. No datu lapas maksimālā kolektora strāva ir 100mA, un tiek dots atbilstošs pieaugums (hFE vai β).
Komponentu atlases darbības, 1. Atrodiet kolektora strāvas vedni, ko patērē jūsu slodze. Šajā gadījumā tas būs 60mA (releja spole vai paralēlās gaismas diodes) un rezistors = 200 omi.
2. Lai transistors nonāktu piesātinātā stāvoklī, ir jāpiegādā pietiekama bāzes strāva, lai tranzistors būtu pilnībā ieslēgts. Aprēķinot bāzes strāvu un atbilstošo izmantojamo rezistoru.
Pilnīgai piesātināšanai bāzes strāva ir aptuveni 0,6 mA (ne pārāk augsta vai pārāk zema). Tādējādi zemāk ir ķēde ar 0 V uz bāzi, kuras laikā slēdzis ir izslēgts.
a) BJT kā komutatora PSPICE simulācija un b) līdzvērtīgs slēdža stāvoklis
Teorētiski slēdzis ir pilnībā atvērts, bet praktiski var novērot noplūdes strāvas plūsmu. Šī strāva ir niecīga, jo tās atrodas pA vai nA. Lai labāk izprastu strāvas vadību, tranzistoru var uzskatīt par mainīgu rezistoru pāri kolektoram (C) un izstarotājam (E), kura pretestība mainās atkarībā no strāvas caur bāzi (B).
Sākotnēji, kad caur pamatu neplūst strāva, pretestība visā CE ir ļoti augsta, ka caur to neplūst strāva. Ja bāzes terminālā tiek izmantots 0,7 V un lielāks potenciāls, BE savienojums izkliedējas un izraisa CB savienojuma izkliedi. Tagad strāva plūst no kolektora uz izstarotāju, pamatojoties uz pieaugumu.
a) BJT kā komutatora PSPICE simulācija un b) līdzvērtīgs slēdža stāvoklis
Tagad ļaujiet mums redzēt, kā kontrolēt izejas strāvu, kontrolējot bāzes strāvu. Ņemot vērā IC = 42mA un ievērojot to pašu formulu iepriekš, mēs iegūstam IB = 0,35mA; RB = 14,28kOhms ≈ 15kOhms.
a) BJT kā komutatora PSPICE simulācija un b) līdzvērtīgs slēdža stāvoklis
Praktiskās vērtības variācija no aprēķinātās vērtības ir saistīta ar sprieguma kritumu tranzistorā un izmantoto pretestības slodzi.
Transistors kā pastiprinātājs:
Pastiprināšana ir vāja signāla pārveidošana izmantojamā formā. Pastiprināšanas process ir bijis svarīgs solis daudzās lietojumprogrammās, piemēram, bezvadu pārraidītie signāli, bezvadu saņemtie signāli, Mp3 atskaņotāji, mobilie tālruņi utt. Transistors var pastiprināt jaudu, spriegumu un strāvu dažādās konfigurācijās.
Dažas no pastiprinātāju ķēdēs izmantotajām konfigurācijām ir
- Parastais izstarotāja pastiprinātājs
- Kopējais kolektora pastiprinātājs
- Kopējais pamatnes pastiprinātājs
No iepriekš minētajiem tipiem izplatītais izstarotāju tips ir populārā un galvenokārt izmantotā konfigurācija. Darbība notiek aktīvajā reģionā, piemērs tam ir vienpakāpes kopējā izstarotāja pastiprinātāja ķēde. Pastiprinātājs līdzstrāvas novirzes punkts un stabils maiņstrāvas pieaugums ir svarīgi, veidojot pastiprinātāju. Vienpakāpes pastiprinātāja nosaukums, ja tiek izmantots tikai viens tranzistors.
Augšpusē ir vienpakāpes pastiprinātāja ķēde, kur vājš signāls, kas tiek izmantots bāzes terminālā, tiek pārvērsts par β reizes lielāku par faktisko signālu kolektora spailē.
Daļējs mērķis:
CIN ir sakabes kondensators, kas ieejas signālu savieno ar tranzistora pamatni. Tādējādi šis kondensators izolē avotu no tranzistora un ļauj iziet cauri tikai maiņstrāvas signālam. CE ir apvedceļa kondensators, kas darbojas kā zemas pretestības ceļš pastiprinātam signālam. COUT ir savienojuma kondensators, kas savieno izejas signālu no tranzistora kolektora. Tādējādi šis kondensators izolē tranzistora izvadi un ļauj iziet cauri tikai maiņstrāvas signālam. R2 un RE nodrošina pastiprinātāja stabilitāti, savukārt R1 un R2 kopā nodrošina stabilitāti līdzstrāvas novirzes punktā, darbojoties kā potenciāls dalītājs.
Darbība:
Ķēde darbojas uzreiz katram laika intervālam. Vienkārši, lai saprastu, kad maiņstrāvas spriegums bāzes spailē palielina attiecīgo strāvas pieaugumu caur izstarotāja rezistoru. Tādējādi šis izstarotāja strāvas pieaugums palielina kolektora strāvas plūsmu caur tranzistoru, kas samazina VCE kolektora izstarotāja kritumu. Līdzīgi, kad ieejas maiņstrāvas spriegums eksponenciāli samazinās, emitētāja strāvas samazināšanās dēļ VCE spriegums sāk palielināties. Visas šīs sprieguma izmaiņas acumirklī atspoguļojas pie izejas, kas būs apgriezta ieejas viļņu forma, bet pastiprināta.
|
Raksturlielumi |
Kopējā bāze |
Parastais Emiters |
Kopējais kolekcionārs |
|
Sprieguma pieaugums |
Augsts |
Vidējs |
Zems |
|
Pašreizējais pieaugums |
Zems |
Vidējs |
Augsts |
|
Jaudas pieaugums |
Zems |
Ļoti augstu |
Vidējs |
Tabula: Gain salīdzināšanas tabula
Pamatojoties uz iepriekš minēto tabulu, var izmantot atbilstošo konfigurāciju.