Обозначение биполярного транзистора на схеме. Биполярный транзистор: принцип работы, устройство и применение

Как устроен биполярный транзистор. Какие типы биполярных транзисторов существуют. Как работает биполярный транзистор. Где применяются биполярные транзисторы. Основные характеристики и параметры биполярных транзисторов.

Устройство и принцип работы биполярного транзистора

Биполярный транзистор представляет собой полупроводниковый прибор, состоящий из трех областей с чередующимся типом проводимости. Рассмотрим его устройство и принцип действия:

• Транзистор содержит три области — эмиттер, базу и коллектор. Между ними образуются два p-n перехода.
• Существует два типа транзисторов — n-p-n и p-n-p, отличающихся порядком чередования областей.
• База делается очень тонкой по сравнению с эмиттером и коллектором.
• Эмиттер сильно легирован, база слабо легирована, коллектор имеет среднюю степень легирования.

Как работает биполярный транзистор?

• При подаче напряжения эмиттерный переход смещается в прямом направлении, а коллекторный — в обратном.
• Из эмиттера в базу инжектируются носители заряда (электроны для n-p-n или дырки для p-n-p).
• Благодаря тонкой базе большая часть носителей проходит через нее, не рекомбинируя.
• Носители втягиваются полем коллекторного перехода и попадают в коллектор.
• Таким образом, небольшим током базы можно управлять значительным током коллектора.

Типы биполярных транзисторов

Существует два основных типа биполярных транзисторов:

• n-p-n транзисторы — базовая область p-типа расположена между эмиттером и коллектором n-типа.
• p-n-p транзисторы — базовая область n-типа находится между эмиттером и коллектором p-типа.

Чем отличаются n-p-n и p-n-p транзисторы?

• В n-p-n транзисторах основные носители — электроны, в p-n-p — дырки.
• n-p-n транзисторы имеют большее быстродействие из-за более высокой подвижности электронов.
• Полярность включения n-p-n и p-n-p транзисторов противоположна.
• n-p-n транзисторы более распространены в современной электронике.

Основные схемы включения биполярных транзисторов

Существует три основные схемы включения биполярных транзисторов:

1. С общим эмиттером (ОЭ) — эмиттер общий для входной и выходной цепи.
2. С общей базой (ОБ) — база является общим электродом.
3. С общим коллектором (ОК) — коллектор общий для входа и выхода.

Какие особенности имеет каждая схема включения?

• Схема ОЭ обеспечивает усиление и по току, и по напряжению. Наиболее распространена.
• Схема ОБ дает большое усиление по напряжению, но коэффициент усиления по току меньше 1.
• Схема ОК имеет высокое входное и низкое выходное сопротивление. Используется как эмиттерный повторитель.

Основные параметры и характеристики биполярных транзисторов

Важнейшими параметрами биполярных транзисторов являются:

• Коэффициент усиления по току β — показывает во сколько раз ток коллектора больше тока базы.
• Максимально допустимые токи и напряжения.
• Граничная частота усиления fгр — частота, на которой коэффициент усиления падает в √2 раз.
• Емкости p-n переходов.
• Тепловые характеристики.

Какие основные характеристики биполярных транзисторов?

• Входные характеристики — зависимость тока базы от напряжения база-эмиттер.
• Выходные характеристики — зависимость тока коллектора от напряжения коллектор-эмиттер при разных токах базы.
• h-параметры — система параметров для описания свойств транзистора в схеме с ОЭ.

Применение биполярных транзисторов

Биполярные транзисторы широко применяются в электронике:

• В усилителях сигналов различного назначения.
• В генераторах электрических колебаний.
• В импульсных и цифровых схемах в качестве ключей.
• В стабилизаторах напряжения и тока.
• В различных датчиках и преобразователях.
• В выходных каскадах усилителей мощности.

Почему биполярные транзисторы так широко используются?

• Способны обеспечивать большое усиление сигналов.
• Имеют высокое быстродействие.
• Обладают хорошей температурной стабильностью.
• Могут работать в широком диапазоне токов и напряжений.
• Относительно дешевы в производстве.

Преимущества и недостатки биполярных транзисторов

Основные преимущества биполярных транзисторов:

• Высокий коэффициент усиления по току.
• Низкий уровень шумов.
• Хорошая линейность усиления.
• Способность работать на высоких частотах.
• Высокая нагрузочная способность.

Недостатки биполярных транзисторов:

• Относительно низкое входное сопротивление.
• Зависимость параметров от температуры.
• Необходимость применения цепей смещения.
• Сложность реализации полевого эффекта.

Биполярный транзистор -устройство, принцип работы, технические характеристики, схемы включения, область применения. Сравнение с лампой.

Раздел Техническая информация → Транзисторы

 

Сырьем для транзисторов может служить обычный песок. Не вериться? Песок представляет собой окись кремния SiO₂.
Кремний является основой для производства подавляющего большинства полупроводниковых элементов электроники. Разумеется, нужны и другие материалы: пластмасса, керамика, алюминий, серебро и даже золото. Разрезать аккуратно и точно кремниевую пластинку лучше всего алмазной пилой.
Но вернемся к окиси кремния. Кремний из окиси можно восстановить химической переработкой. Чистый кремний относится к классу полупроводников. Кратко вспомним, что такое полупроводник и чем он отличается от проводника или диэлектрика.
Электрический проводник-это вещество, оказывающее малое сопротивление протекающему через него току. Электрический ток, в свою очередь, есть направленное движение электрических зарядов.

Значит, в проводнике должны быть свободные заряды, которые могут легко передвигаться в любом направлении. Все металлы -хорошие проводники. В металлах внешние электроны атомов становятся свободными, когда атомы объединяются в кристаллическую решетку.

 

Свободные электроны образуют так называемый электронный газ, заполняющий весь объем металла. Если в проводнике течет ток, электроны перемещаются преимущественно в одном направлении. Если же тока нет, электроны все равно движутся, но это движение хаотическое, тепловое. Оно создает шум-небольшое, случайным образом изменяющееся напряжение на выводах проводника или полупроводникового элемента.
Из самого названия «полупроводник» ясно, что он еще «не дорос» до настоящего проводника и, следовательно, проводит ток гораздо хуже. Свободных электронов в полупроводнике мало, поскольку почта все электроны как бы привязаны к своим атомам. Правда, при сильном нагреве тепловое движение становится интенсивнее и некоторые из электронов отрываются от своих атомов, становясь свободными.

Проводимость вещества при этом увеличивается. Вот почему полупроводниковые приборы очень боятся перегрева-проводимость может возрасти настолько, что ток в полупроводнике резко увеличится и наступит так называемый тепловой пробой. Чтобы не углубляться, посмотрим лишь несколько цифр.
Удельное сопротивление вещества-величина, обратная проводимости,-измеряется в омах на метр (Ом-м). Это сопротивление бруска вещества сечением 1 м² и длиной 1 м. Вот это брусочек! Но что поделаешь, в международной системе единиц СИ единицей длины служит метр. Ну так вот: сопротивление медного бруска составляет всего 0,017·10

-6 Ом. А сопротивление бруска тех же размеров, изготовленного из такого типичного диэлектрика, как стекло, равно 5·10¹³Ом, т.е. на двадцать один порядок (10²¹) больше! Удельное сопротивление полупроводников находится где-то между этими крайними значениями. Дать конкретные величины трудно, они зависят от вида вещества, его чистоты и других факторов.
Чем чище полупроводник, тем ближе его свойства к свойствам диэлектрика. Но если в полупроводник введена примесь, то проводимость резко возрастает.

Различают два вида примесей: акцепторные и донорные.
Валентность вещества акцепторной примеси меньше, чем валентность самого полупроводника. Это значит, что во внешнем электронном слое атомов примеси меньше электронов, чем у атомов полупроводника. В этом случае примесь по отношению к электронам атомов полупроводника ведет себя как агрессор: она захватывает их. В результате в кристаллической решетке вещества появляются атомы, которым не хватает одного электрона.

Заряд этих атомов положителен. Они притягивают отрицательно заряженные электроны, и при первой же возможности атом, у которого не хватает электрона, захватывает его у соседнего атома. Положительный заряд при этом перемещается к соседнему атому. Тот, в свою очередь, захватывает электрон у соседа. Таким образом, положительный заряд перемещается еще дальше. Теперь оказалось, что в толще полупроводника с акцепторной примесью «гуляет сам по себе» положительный заряд, обусловленный нехваткой одного электрона. Заряд этот очень образно называют «дыркой».
Иное дело, если в полупроводник введена донорная примесь.
Валентность вещества примеси на единицу больше валентности самого полупроводника. Это значит, что во внешней электронной оболочке атомов вещества примеси на один электрон больше, чем у атомов полупроводника. Объединяясь в кристаллы, атомы примеси используют для валентных связей все внешние электроны, кроме одного. В образовавшемся кристалле «лишние» электроны атомов примеси оказываются без работы. «Безработные» электроны свободно перемещаются по всему кристаллу, но все рабочие места-валентные связи-заняты. Эти электроны легко устремляются по направлению даже слабого электрического поля, создавая электрический ток.

Таким образом, вводя различные примеси, мы можем получить полупроводник с дырочной проводимостью (р-типа) и с электронной проводимостью (n-типа). Сами названия р и n произошли от начальных букв английских слов positive и negative, обозначающих знак свободных зарядов (положительный — «дырочный» или отрицательный — «электронный»). Чем выше концентрация примеси в полупроводнике, тем выше и его проводимость. Как только физики и инженеры научились получать полупроводники с различными типами проводимости, тут же появились и приборы, выполненные на их основе.

Значение «Би» означает, что имеется два основными носителями которыми являются электроны и дырки. По способу чередования областей различают npn и pnp транзисторы.
Обозначение биполярного транзистора на схеме.

Принцип работы биполярного транзистора можно объяснить, опираясь на те же явления, которые наблюдаются в рп-выпрямителе. У npn-транзистора одна n-область находится в контакте с р-областью, а та в свою очередь контактирует со второй n-областью (рис.).

Главным здесь, как мы сейчас видим, является то, что средняя р-область очень узка и относительно слабо легирована, рпр-транзистор получается заменой в npn-транзисторе р и n областей. На практике применяются транзисторы обоих видов; функции их схожи, но в pnp-транзисторе носителями заряда в основном являются дырки, а в npn-транзисторе — электроны. Так как в кремнии электроны обладают большей подвижностью, чем дырки, то в большинстве случаев кремниевые pnp-транзисторы превосходят pnp-транзисторы. Чтобы рассмотреть принцип действия прп-транзистора, обратимся еще раз к рис.

В таком транзисторе есть два p-n-перехода, т.е. n-p-переход слева и p-n-переход справа. Приложим положительное высокое напряжение Uк к правой n-области и отрицательное напряжение UЕ к левой n-области. Пусть на p-область действует напряжение Vв, которое больше Ue, но меньше Uk. В результате на левом n-p -переходе мы имеем прямое смещение (пропускное направление), а на правом p-n-переходе -обратное смещение (запирающее направление). Электроны из инжектирующей левой n-области, называемой эмиттером, диффундируют в р-область, где в нормальном случае они бы рекомбиннровали, если бы p-область, т. е. так называемая база, не была настолько узкой, что электроны успевают проскочить через нее не рекомбинируя. Таким образом удается добиться того, чтобы электроны попали в правую n-область и там поступали на электрод. Поэтому правую n-область называют коллектором. Он собирает инжектированные из левой n-области — эмиттера — электроны.
Различные роли обеих n-областей, которые без приложенного к ним напряжения совершенно равноправны, конечно же, являются следствием того, что к правой n-области приложено положительное напряжение, а к левой — отрицательное. Соединим теперь базу через источник напряжения и проводник с эмиттером, как это показано на рис. Мы получим две цепи тока -базовую и коллекторную. В базовой цепи в ток вносят вклад лишь те электроны, которые, как мы видели в случае с прямосмещенным переходом (в пропускном направлении), рекомбинируют в p-области. Но из-за узости p-области их очень мало. Следовательно, выходящий из базы поток электронов очень невелик. Большая часть тока, поступающего с эмиттера, течет через коллектор (рис. ).

Однако мы знаем, что в ток через р-n-переход вносят вклад не только электроны, но и дырки. В нашем конкретном случае это означает, что из базы в эмиттер поступает поток дырок.
Он существенно превысил бы сравнительно слабый поток электронов и стал бы причиной появления в целом относительно сильного тока в базовой цепи, если бы его не удалось уменьшить каким-либо способом. В биполярном транзисторе с этой целью слабо легируют базу. В результате концентрация дырок в базе является низкой и из базы может поступить лишь небольшой поток дырок. Вывод, сделанный выше в отношении потока электронов, остается справедливым и для суммарного потока электронов и дырок: большая часть тока течет по коллекторной и меньшая-по базовой цепи.
Какую же пользу можно извлечь из всего этого? Если изменить напряжение между эмиттером и базой при постоянном напряжении между базой и коллектором, то изменится ток, идущий от эмиттера. Это изменение в большей мере затронет коллекторную цепь и в меньшей -базовую. Таким образом, путем небольшого изменения тока в базовой цепи можно получить значительное изменение тока в коллекторной цепи. В данном случае транзистор работает как усилитель тока. Но так как сопротивление базовой цепи значительно меньше (прямосмещенный р-n-переход) сопротивления коллекторной цепи (обратносмещенный p-n -переход), то и потребляемая в базовой цепи электрическая мощность значительно меньше, чем в коллекторной. В итоге с помощью небольшой электрической мощности в базовой цепи можно управлять величиной мощности в коллекторной цепи.

Сравнение с электронной лампой

Ту же функцию в вакуумной электронике выполняют трех электродные электронные лампы. Эмиттер транзистора соответствует катоду электронной лампы, коллектор-аноду и база-сетке.

Схема включения транзистора, показанная на рис., где эмиттер соединен с базой и коллектором, а база и коллектор-соответственно только с эмиттером, называется схемой с общим эмиттером.

Она является одной из трех возможных схем включения транзистора. Если транзистор включен по схеме с общим коллектором, то коллектор является общей областью для обеих цепей тока, а при включении по схеме с общей базой такой областью становится база.

Схема с питанием входных и выходных цепей транзистора от одного источника постоянного напряжения.

В микроэлектронике применяются также транзисторы, обладающие двумя и более изолированными друг от друга эмиттерными областями. В результате появляются разнообразные варианты схем включения. Существует также возможность получения транзисторов с несколькими коллекторами.
Рис. npn-транзистор с базой, общей для двух цепей. Здесь показаны потоки электронов и дырок, т.е. потоки основных носителей заряда.
С помощью транзисторов можно осуществлять увеличение или преобразование электрической мощности. В микроэлектронике транзисторы являются прежде всего усилительными приборами с различными принципами усиления сигналов электрической природы и используются в ключевых схемах. Важной характеристикой такого транзисторного ключа является время, необходимое для одного переключения из положения «включено» в положение «выключено» или наоборот, короче говоря, время задержки. Чтобы получить представление о величине времени задержки биполярного транзистора, рассмотрим следующий пример. Пусть к эмиттеру, базе и коллектору npn -транзистора приложены определенные электрические напряжения Ue, Ub и Uk. В коллекторной цепи появится ток определенной силы. Если напряжение, приложенное к базе, возрастает до Ub + ΔUb, то сопротивление как левого n-p- перехода, так и правого p-n -перехода уменьшается и в результате ток в коллекторной цепи увеличивается. Но при этом мы полагаем, что во время пролета электронов через базу напряжение на ней остается неизменным и равным UB + ΔUb. Ситуация изменяется, если за это время приложенное к базе напряжение меняется. Когда оно, например, снова уменьшается до UB, а электроны еще не успели проскочить через базу, то вызванное ΔUb возрастание тока в коллекторной цепи не так велико, как при неизменном напряжении Ub + ΔUb. Отсюда можно сделать вывод о том, что эффективность переключения транзистора падает, если команды на переключение в форме более высоких или низких напряжений поступают на базу с интервалами, которые меньше времени, затрачиваемого электронами на пролет через базу. Время задержки Т транзистора представляет собой, таким образом, время, необходимое для пролета электронов через базу. Поэтому становится ясно: чем тоньше база, тем меньше время задержки. Делается понятным и стремление сделать как можно тоньше прежде всего базу. Тем самым мы также доказали высказанное в гл. 2 утверждение, что с уменьшением размеров полупроводниковых электронных элементов их быстродействие возрастает. Ориентировочно время пролета Т сквозь базу инжектированных эмиттером носителей заряда легко определить, зная коэффициент диффузии электронов D и ширину базы Ь. В общем случае справедливо выражение Т ≈ b2/D. Если для кремния ширину базы принять равной 0,7 мкм и коэффициент диффузии электронов 50 см2/с, то время задержки для pnp-транзистора составит Т ≈ 10^-10 с. Коэффициент диффузии менее подвижных по сравнению с электронами дырок в кремнии почти в 3 раза меньше. Поэтому и время задержки pnp-транзистора в 3 раза больше, чем у npn-транзистора. Еще более высокой подвижностью по сравнению с электронами кремния обладают электроны арсенида галлия (GaAs). Поэтому из арсенида галлия n-типа можно изготавливать сверхбыстродействующие рпр-транзисторы.
Итак, теперь мы в состоянии рассчитать требуемую энергию для выполнения одной операции переключения в npn-транзисторе. Необходимое на одно переключение время Т следует умножить на израсходованную при этом электрическую мощность Р. В биполярном транзисторе преобразование электрической мощности осуществляется в базовой цепи. Вообще мощность равна произведению напряжения на силу тока. В нашем конкретном примере сила тока зависит от величины транзистора. Чем меньше транзистор, тем слабее возникающие в нем токи. В интегральных микросхемах транзисторы размещаются на площади 1000 мкм2 и менее. Сила тока в базовой цепи составляет всего несколько микроампер, а напряжение — около 1 В. Следовательно, мощность, необходимая для переключения, равна произведению одного вольта на несколько микроампер, т. е. нескольким микроваттам. При Р=10^-5 Вт и Т = 10″10 с получаем энергию переключения, равную 10^-5 х 10^-10 Вт.с=10^-15 Дж. Это очень малая энергия, которая, однако, не имеет ничего общего с действительным энергопотреблением транзистора. Энергозатраты в коллекторной цепи гораздо выше.

Обозначения, устройство и работа БПТ

Заглавная страница Избранные статьи Случайная статья Познавательные статьи Новые добавления Обратная связь КАТЕГОРИИ: Археология Биология Генетика География Информатика История Логика Маркетинг Математика Менеджмент Механика Педагогика Религия Социология Технологии Физика Философия Финансы Химия Экология ТОП 10 на сайте Приготовление дезинфицирующих растворов различной концентрации Техника нижней прямой подачи мяча. Франко-прусская война (причины и последствия) Организация работы процедурного кабинета Смысловое и механическое запоминание, их место и роль в усвоении знаний Коммуникативные барьеры и пути их преодоления Обработка изделий медицинского назначения многократного применения Образцы текста публицистического стиля Четыре типа изменения баланса Задачи с ответами для Всероссийской олимпиады по праву Мы поможем в написании ваших работ! ЗНАЕТЕ ЛИ ВЫ? Влияние общества на человека Приготовление дезинфицирующих растворов различной концентрации Практические работы по географии для 6 класса Организация работы процедурного кабинета Изменения в неживой природе осенью Уборка процедурного кабинета Сольфеджио. Все правила по сольфеджио Балочные системы. Определение реакций опор и моментов защемления

⇐ ПредыдущаяСтр 2 из 4Следующая ⇒ БПТ – это трёхэлектродный полупроводниковый прибор, выводы которого называются эмиттер (Э), коллектор (К) и база (Б). Рис. 1. Обозначение биполярных транзисторов на схемах.   Рис 2. Биполярные транзисторы   Существует два варианта конструкции БПТ, отличающиеся порядком чередования областей различного типа проводимости n-p-n и p-n-p транзисторы. Они практически, кроме полярностей используемого напряжения, ничем не отличаются. А наличие разных типов позволяет строить эффективные схемы, которые объединяют разнополярные транзисторы в т.н. комплементарные пары. Кстати, наличие разнополярных транзисторов легло в основу их названия. Направление стрелки показывает направление тока через эмиттерный переход, и служит для идентификации. Наличие окружности символизирует транзистор в индивидуальном корпусе, отсутствие — транзистор в составе микросхемы. Биполярный транзистор, подобно сэндвичу, состоит из двух близко расположенных («спина к спине») переходов, образующих две отдельные области (рисунок 3). Поэтому возможны два типа транзисторов: p-n-p и n-p-n. В транзисторе входная внешняя область называется эмиттером, средняя область — базой, а выходная внешняя область – коллектором.     Рис. 3. Устройство транзистора типа p-n-p.   В основе принципа действия биполярного транзистора лежит т.н. транзисторный эффект. Он возникает благодаря специальной конструкции (соотношению размеров и толщин областей) транзистора и распределению концентраций основных, как правило, примесных. носителей зарядов (дырок в р – областях и электронов в n –области. Рисунок.4 иллюстрирует действие транзисторного эффекта.     Рис. 4. К пояснению действия транзисторного эффекта.   Схема, при которой общим для входной и выходной цепи является база. Такая схема называется схемой с общей базой (ОБ). Представленное на схеме распределение токов является следствием т.н. транзисторного эффекта. Его суть заключается в том, что благодаря специально сделанной малой толщине базы электроны, инжектируемые (эмиттируемые) областью эмиттера в базу через открытый рn переход эмиттер – база из-за малой толщины базы и вызванной этим близостью запертого коллекторного перехода не успевают встретиться и провзаимодействовать (этот процесс «аннигиляции» пары электрон – дырка называется рекомбинацией) в базе и втягиваются в коллекторный переход, т.к. он для электронов является не запертым, а открытым ( уф, эта сложная фраза обязательно должна быть понята, т.к. без этого суть транзистора понята быть не может!) Как мы видим, ток базы намного меньше тока коллектора. Этому способствует и специально созданное в областях распределение концентраций: в эмиттере и коллекторе концентрации электронов значительно выше концентрации дырок в база. Ниже приведены основные соотношения, иллюстрирующее вышесказанное. Другой крайне важной для понимания принципа работы транзистора является то обстоятельство, что ток коллектора – это ток запертого перехода, определяется не напряжением коллектор – база, а величиной тока эмиттера. Т. о. транзистор в выходной цепи является источником тока, величина тока через который, как нам уже известно, не зависит от напряжения на нём. Это обстоятельство определяет вид выходных характеристик транзистора, т. е. зависимость тока коллектора от напряжения коллектор – база. Это позволяет включать в выходную цепь высокоомную нагрузку (десятки кОм) и получать большое усиление по напряжению, т.к. входное сопротивление схемы определяется сопротивлением открытого эмиттерного перехода и очень мало (100 -200 Ом). Схемы включения БПТ На рисунке 5 транзистор включён таким образом, что входным является ток эмиттера, а бволд базы является общим для взолдного и выходного контуров.Поэтому такая схема включения называется схемой с общей базой (ОБ).     Рис. 5. Схема включения транзистора с ОБ   В этой схеме практически весь ток эмиттера передаётся в коллектор. Коэффициент передачи тока эмиттера в цепь коллектора (обозначается α (альфа) достигает α=0.99-0.999. А это значит ток базы равен 0.01 – 0.001 от тока эмиттера и коллектора. И если сделать схему, в которой входным будет ток базы, а выходным – ток коллектора, то мы получим усиление тока, равное α/(1-α) = β (бэтта), причем, [β>>1]. Т.е. усиление по мощности схемы будет значительно выше, чем в схеме с ОБ.     Рис. 6. Схема включения транзистора с ОЭ   Схема на рисунке 6 называется схемой с общим эмиттером –(ОЭ) и является основой для построения усилительных схем на БПТ. Приведём входную и выходную характеристики БПТ в качестве иллюстрации вышесказанного.     Рис.7. ВАХ маломощного БПТ МП114, включённого по схеме с ОБ.   ⇐ Предыдущая1234Следующая ⇒ Читайте также:  Техника прыжка в длину с разбега Организация работы процедурного кабинета Области применения синхронных машин Оптимизация по Винеру и Калману 

Последнее изменение этой страницы: 2021-05-27; просмотров: 202; Нарушение авторского права страницы; Мы поможем в написании вашей работы! infopedia. su Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. Обратная связь — 161.97.168.212 (0.005 с.)

Биполярный переходной транзистор | Электронные учебники | Mepits

BJT Transistor

Bipolar Junction Transistor представляет собой трехслойное полупроводниковое устройство , которое имеет широкий спектр применения в полупроводниковой промышленности. Три слоя Эмиттер, База и Коллектор транзистора BJT сформированы путем прослоивания альтернативных слоев P и N. Эмиттер — это сильно легированная область транзистора BJT, которая обеспечивает основные носители в базовой области. Базовая область представляет собой тонкую, слегка легированную область, расположенную между эмиттером и коллектором. Большинство носителей из эмиттера проходят через базовую область, и их поток может управляться извне. Коллекторная область умеренно легирована. Основные носители от эмиттера, наконец, собираются в области коллектора транзистора BJT.

Транзистор BJT может быть сконструирован двумя способами. В одном методе N-слой помещается между двумя P-слоями, называемыми PNP-транзисторами , а в другом P-слой помещается между двумя N-слоями, называемыми NPN-транзисторами.

 

Структура и условное обозначение биполярного переходного транзистора — транзистор NPN, транзистор PNP В транзисторе NPN основными носителями являются электроны, а в транзисторе PNP основными носителями являются дырки. Подвижность электронов выше, чем у дырок, поэтому в электронных схемах более предпочтительны NPN-транзисторы. Все остальные свойства NPN-транзистора и PNP-транзистора одинаковы.

Работа транзистора BJT

Биполярный переходной транзистор можно определить как трехполюсное устройство, управляемое током. Работа транзистора BJT аналогична водопроводному крану. Количество воды, протекающей по трубе, можно регулировать, поворачивая ручку крана. Точно так же поток большинства носителей от эмиттера к коллектору можно контролировать с помощью тока базы. Управляемая мощность может быть выше, чем у входной управляющей мощности. Следовательно, транзистор BJT можно использовать в качестве усилитель .

Работа Transistor BJT — NPN Transistor

На рисунке показана наиболее распространенная конфигурация транзистора NPN. Здесь переход эмиттер-база смещен в прямом направлении, а переход коллектор-база смещен в обратном направлении. То есть для транзистора NPN база более положительна по отношению к эмиттеру, а коллектор более положителен по отношению к базе. Когда схема включена, более высокий потенциал в области базы NPN-транзистора притягивает к себе электроны от эмиттера NPN-транзистора. Поток электронов, который достигает области базы NPN-транзистора, снова притягивается более положительным напряжением области коллектора NPN-транзистора. Через базовый вывод NPN-транзистора протекает очень небольшой ток, так как он очень тонкий и слегка легированный, поэтому движение электронов вниз ограничивается его более высоким сопротивлением (для движения вниз требуется большая длина и небольшая площадь).

Компоненты тока биполярного транзистора

Когда биполярный транзистор не смещен, то есть на его переходах нет падения напряжения и, следовательно, через него не протекает ток. Если соединение эмиттер-база имеет прямое смещение , а соединение коллектор-база с обратным смещением , напряжение на устройстве заставляет электроны течь от эмиттера к коллектору. При этом электроны проходят через слегка легированную базовую область P-типа, а часть электронов рекомбинирует с дырками. Следовательно, ток коллектора меньше тока эмиттера. Ток эмиттера, ток базы и ток коллектора могут быть связаны между собой.

Ток эмиттера  =  Ток базы  +  Ток коллектора

В основном три параметра используются для определения характеристик биполярного транзистора. Коэффициент усиления тока, базовый транспортный коэффициент, параметры эффективности инжекции эмиттера показывают производительность NPN-транзистора и PNP-транзистора.

(а). Коэффициент усиления тока

Коэффициент усиления тока в биполярном транзисторе определяется как отношение выходного тока к его входному току. В конфигурации с общей базой коэффициент усиления тока представляет собой отношение тока коллектора к току эмиттера.

α = Ic/Ie

(б). Base Transport Factor

Определяется как коэффициент тока базы, необходимый для передачи тока эмиттера на коллектор транзистора BJT. Базовый транспортный фактор представляет собой отношение тока коллектора к току базы биполярного транзистора. То есть это отношение выходного тока к входному току в схеме с общим эмиттером.

β = Ic / Ib

(с). Emitter Injection Efficiency

Эффективность инжекции эмиттера в биполярном транзисторе определяет эффективность инжекции основных носителей из эмиттера. Это отношение тока, обусловленного основными носителями эмиттера, к полному току эмиттера. Он определяет возможность инжекции эмиттера. Сильно легированная область будет иметь высокий коэффициент инжекции.

 

Режимы работы BJT-транзистора

BJT-транзистор можно смоделировать как два PN-перехода, соединенных встречно-параллельно. В зависимости от приложения, каждый переход может иметь независимое прямое или обратное смещение. Таким образом, существует четыре различных метода смещения.

(а). Прямой активный режим

В прямом активном режиме транзистора BJT переход эмиттер-база смещен в прямом направлении, а переход коллектор-база смещен в обратном направлении. Когда транзистор работает в этом режиме, ток коллектора увеличивается линейно с увеличением тока базы. Поэтому, когда транзистор BJT используется в качестве усилителя, он смещается для работы в активный режим .

(б). Обратно-активный режим

Обратно-активный режим также называется инверсно-активным , поскольку его условия смещения прямо противоположны условиям прямого активного режима. То есть переход эмиттер-база смещен в обратном направлении, а переход коллектор-база смещен в прямом направлении.

BJT Транзистор симметричен, поэтому, если условия смещения меняются местами, эмиттер и коллектор транзистора меняются местами, и ток течет в противоположном направлении. Из-за разницы в концентрации легирования и размерах области коллектора и эмиттера коэффициент усиления транзистора по току в два-три раза меньше, чем в прямом активном режиме.

(с). Режим насыщения

В режиме насыщения переходы эмиттер-база и коллектор-база смещены в прямом направлении. Через транзистор протекает максимальный ток, потому что в обоих переходах ширина истощения очень мала. В этом режиме BJT-транзистор ведет себя как замкнутый переключатель.

(д). Режим отсечки

Переход эмиттер-база и коллектор-база смещены в обратном направлении в режиме отсечки. В этом режиме транзистор неактивен, то есть ток от эмиттера к коллектору не течет. Транзистор ведет себя как открытый ключ в режиме отсечки.

Три режима конфигурации транзисторов аналогичны движению автомобиля. Активный режим вперед — это когда автомобиль движется со средней скоростью и его скорость может регулироваться печенью акселератора. Точно так же ток в транзисторе в прямом активном режиме управляется током базы.

Режим отсечки — это когда двигатель автомобиля глушится и даже при максимальном нажатии акселератора ничего не происходит. Аналогично для транзистора в режиме отсечки ток коллектора близок к нулю, увеличение тока базы на него не влияет.

Насыщение BJT-транзистора аналогично спуску автомобиля с крутого склона, когда он уже достиг максимальной скорости. Дальнейшее увеличение скорости автомобиля в этом состоянии невозможно. Для транзистора в области насыщения через устройство протекает максимальный ток. Увеличение тока базы не влияет на ток коллектора.

Режимы работы транзистора с биполярным переходом (транзистора BJT)

Транзистор BJT сконфигурирован для работы в режиме насыщения и отсечки для приложений, когда он используется в качестве переключателя. Транзистор BJT в режиме отсечки ведет себя как разомкнутый переключатель, а транзистор в режиме насыщения ведет себя как замкнутый переключатель.

Для таких приложений, как усилители, NPN-транзистор и PNP-транзистор смещены для работы в активном режиме. Транзистор BJT усиливает величину сигнала, подаваемого на базовый терминал, не влияя на какие-либо другие параметры.

Конфигурация транзистора BJT

В электронных схемах, в зависимости от применения, транзисторы NPN и PNP могут быть сконфигурированы как с общей базой, общим коллектором или с общим эмиттером . Термин «общий» означает, что клемма является общей как для входа, так и для выхода. Лучший способ определить конфигурацию NPN-транзистора и PNP-транзистора в сложной электронной схеме — проверить клеммы, к которым подключены вход и выход. Тогда мы можем сделать вывод, что третий терминал является общим терминалом.

(а). Конфигурация с общим эмиттером

Это наиболее часто используемая конфигурация биполярных транзисторов. В этом случае   вход   напряжение подается через переход База-Эмиттер , а выходное напряжение берется через переход Коллектор-Эмиттер . Коэффициент усиления по напряжению, коэффициент усиления по току и коэффициент усиления по мощности в конфигурации с общим эмиттером высоки по сравнению с другими конфигурациями транзисторов. Поскольку вход подается через переход со смещением в прямом направлении, входное сопротивление усилителя с общим эмиттером мало. Выходное сопротивление высокое, так как выходной сигнал проходит через переход с обратным смещением. Еще одним важным свойством конфигурации с общим эмиттером является то, что его выходной сигнал сдвинут по фазе на 180 градусов.

Конфигурация NPN-транзистора с общим эмиттером

(b). Конфигурация с общей базой

В конфигурации с общей базой транзистора BJT вход подается на эмиттерную клемму , а выход подается на коллекторную клемму . Он используется в приложениях, где требуется низкий входной импеданс и высокий выходной импеданс. В отличие от общего эмиттера, в конфигурации с общей базой вход и выход находятся в одной фазе. На следующем рисунке показан транзистор PNP, подключенный в конфигурации с общей базой.

Общая базовая конфигурация PNP-транзистора

(c). Конфигурация с общим коллектором

Конфигурация с общим коллектором BJT транзистора также называется повторителем напряжения или эмиттерным повторителем . При этом коллектор является общим как для входа, так и для выхода. Как показано на рисунке ниже, вход подключается к соединению база-коллектор с обратным смещением , а выход подключается к соединению эмиттер-коллектор с прямым смещением.  Поэтому входное сопротивление высокое, а выходное сопротивление низкое, и в приложениях для согласования импеданса используется конфигурация с общим коллектором. Он дает высокий коэффициент усиления по току, но коэффициент усиления по напряжению схемы с общим коллектором меньше единицы.

Конфигурация общего коллектора NPN-транзистора

Форматы кодирования, используемые для транзистора

Используемый формат

                                                  

• Цифра – 2 – это цифра, используемая для транзисторов.
• Буквы:

         

• Порядковый номер — этот номер может находиться в диапазоне от 10 до 9999.
• Суффикс — необязательный. Указывает тип, одобренный японскими организациями.

Примеры:  Транзисторы, использующие формат кодирования JIS:

• 2SC733 — это транзистор. SC означает, что они подходят под транзистор NPN HF. 733 — это используемый порядковый номер. Здесь не используется суффикс.
• 2SA1187, 2SB646 — другие примеры транзисторов, которые соответствуют формату кодирования JIS.

2. Система JEDEC

JEDEC — это аббревиатура от Joint Electronic Device Engineering Council. Эта система имеет следующий формат:

                                                                                                         

Буква — буква «N» используется всегда.

Порядковый номер — может варьироваться от 100 до 9.999. Он используется, чтобы показать, когда впервые появился транзистор.

Суффикс

— необязательный. Если он входит в формат нумерации, то суффикс означает коэффициент усиления устройства.

A — низкое усиление, B — среднее усиление, C — высокое усиление.

Примеры:  2N3906 — это PNP-транзистор, подпадающий под действие системы JEDEC.

3. Система Pro – Electron

                                                               

• Две буквы. Первая буква указывает на материал, из которого изготовлен транзистор, а вторая буква указывает на применение транзистора.
• Первая буква может быть любой из них, как указано ниже:
• Вторая буква может быть любой из указанных в таблице.
• [письмо] — это необязательно. Он указывает, используется ли транзистор для коммерческого или промышленного применения. Обычно для обозначения этого используются буквы W, X, Y, Z.
• Порядковый номер — может быть любым числом от 100 до 9999.
Суффикс
• — необязательный.

Примеры: BC107, BD139, AD140 и т. д.

Советы и рекомендации – Как прочитать код транзистора?

Следуя приведенным ниже простым советам и приемам, вы сможете легко идентифицировать свой транзистор.

• Сначала поймите и изучите формат кодирования JIS, JEDEC и Pro-Electron для транзистора.

                                             

• Теперь прочитайте числа, напечатанные на транзисторном электронном компоненте.

                             

• Определите используемую систему кодирования, т. е. проверьте, принадлежит ли она JIS, JEDEC и системе кодирования Pro-electron.
• Если код транзистора начинается с «2N», используйте систему JEDEC, «2 с последующими двумя буквами», затем используйте формат JIS, «Две буквы», затем используйте систему Pro-Electron.

                            

• После определения формата кодирования (JIS/JEDEC/Pro-Electron) следуйте правилам и шагам, описанным выше в разделе «Форматы кодирования для транзисторов» для конкретной системы кодирования.
• Теперь просмотрите каталог транзисторов, чтобы получить дополнительную информацию о работе электронных компонентов, спецификациях, характеристиках, областях применения и т. д. Также убедитесь, что выбранный транзистор подходит для выбранного вами проекта/приложения «сделай сам»…

Обычно система кодирования Pro-Electron используется чаще, чем система JEDEC. Но оба используются многими производителями устройств для кодирования транзисторов. Система кодирования действительно полезна и помогает легко идентифицировать.

Примечание:   Помимо системы кодирования JIS, JEDEC и Pro-Electron, некоторые производители электронных компонентов выпускают свои собственные типы для коммерческих целей. Некоторыми примерами для этого являются ZTX302, TIS43 и т. д. Здесь символы представляют конкретного производителя. Некоторые из них приведены в таблице ниже:

Схема идентификатора контакта биполярного транзистора

В предлагаемой схеме идентификатора контакта биполярного транзистора, когда схема включена, две перемычки будут включать оба светодиода, а третья будет иметь только один светодиод.

Исследовано, изменено и написано Абу-Хафссом

Содержание

Перемычка с одним включенным светодиодом подключена к BASE. Если это красный светодиод, транзистор NPN, иначе, если зеленый, это PNP.

На следующем этапе переключатель, соответствующий перемычке, подключенной к BASE, размыкается. Теперь оба светодиода этой перемычки погаснут. И будет гореть только один светодиод для двух других перемычек.

Если транзистор был обнаружен NPN, красный светодиод указывает на то, что перемычка подключена к КОЛЛЕКТОРУ, а зеленый светодиод указывает на ИЗЛУЧАТЕЛЬ. Если транзистор был обнаружен PNP, красный светодиод указывает на то, что перемычка подключена к ИЗЛУЧАТЕЛЮ, а зеленый светодиод указывает на КОЛЛЕКТОР.

МОДИФИКАЦИИ

Светодиоды заменены на оптопары. Коллекторы оптронов соединены с источником питания. К эмиттерам подключены подтягивающий резистор на 100к и сглаживающий конденсатор.
Переключатели, соответствующие J1, J2 и J3, заменяются герконовыми реле RL1, RL2 и RL3 соответственно. Все эти реле подключены в нормально замкнутом состоянии.

Выходы будут 9 В для горящего светодиода и менее 1 В для ВЫКЛ. Выходы светодиодов, соответствующие J1, R1 для красного и G1 для зеленого. Точно так же R2 и G2 соответствуют J2, а R3 и G3 соответствуют J3.

СХЕМА РАСШИРЕНИЯ

Схема расширения состоит из трех идентичных модулей, каждый из которых соответствует перемычкам J1, J2 или J3. Мы предполагаем, что J1 окрашен в СИНИЙ цвет; J2 — КРАСНЫЙ, а J3 — ЗЕЛЕНЫЙ.

Далее предположим, что синяя перемычка подключена к базе NPN-транзистора (Q-тест), красная — к коллектору, а зеленая — к эмиттеру.

ПРОВЕРКА СОСТОЯНИЯ ВЫХОДОВ С ОПТОПАРОВ

Теперь приступим к работе модуля, соответствующего синей перемычке (J1). Выходы оптронов R1 и G1 подаются на И-НЕ U1, который проверяет, горят оба светодиода или нет.

В настоящее время синяя перемычка подключена к базе Q-теста, следовательно, R1 должен быть ВЫСОКИМ, а G1 должен быть НИЗКИМ. Следовательно, выход NAND U1 будет ВЫСОКИМ. (Поскольку R2 и G2 и R3 и G3 имеют НИЗКИЙ уровень, в двух других модулях нет активности).

ОБНАРУЖЕНИЕ БАЗЫ

Входы в NOR U4 поступают от двух других модулей, которые проверяют, была ли уже обнаружена база. Мы обсудим этот вопрос в ближайшее время.

Поскольку база еще не обнаружена, на обоих входах будет НИЗКИЙ уровень, а, следовательно, на выходе будет ВЫСОКИЙ уровень. ВЫСОКИЙ выход И-НЕ U1 и ВЫСОКИЙ выход НЕ-ИЛИ U4 входят в И-U7. Это И действует как базовый детектор.

В настоящее время выход И-НЕ U1 сообщает, что горит только один светодиод, а выход И-НЕ сообщает, что база не обнаружена, поэтому выход И-U7 становится ВЫСОКИМ.

Этот высокий уровень выходного сигнала передается через защелку, поэтому, если выход И U7 изменится на более позднем этапе, состояние ВЫСОКОГО уровня не будет нарушено.

Этот высокий выход подключен через резистор к синему светодиоду, предназначенному для BASE. Этот высокий уровень также отправляется на красный и зеленый модули, чтобы сообщить им, что база обнаружена.

ОБНАРУЖЕНИЕ NPN/PNP

Теперь вернемся к И-НЕ U1, высокий выход переключает NPN-транзисторы Q1 и Q2, которые действуют как эмиттерные повторители.

Выход R1 проходит через Q2, а G1 через Q1. Выходы обоих эмиттеров пропускаются через защелки для сохранения состояния. В настоящее время R1 ВЫСОКИЙ, следовательно; правая шина RIGHT1 включена.

ВЫСОКИЙ уровень на выходе секции обнаружения BASE также активирует транзисторы Q3 и Q4. Поскольку RIGHT1 включен, эмиттер Q4 становится ВЫСОКИМ, а эмиттер Q3 остается НИЗКИМ.

ВЫСОКОЕ состояние Q4 указывает на то, что Q-test является NPN. Этот выход подключен через резистор к желтому светодиоду, предназначенному для индикации NPN. (Аналогичным образом, если левая шина LEFT1 включена, эмиттер Q3 будет ВЫСОКИМ, что означает, что Q-тест является PNP, а выход подключен через резистор к розовому светодиоду, предназначенному для индикации PNP).

Информация о типе транзистора также отправляется другим модулям через узлы с метками «NPN» и «PNP».

ПЕРЕКЛЮЧЕНИЕ НА СЛЕДУЮЩУЮ ФАЗУ

И ПРАВАЯ1, и ЛЕВАЯ1 подключаются через диоды к катушке герконового реле RL1, так что любая шина может питать катушку герконового реле. Когда RL1 включен, контакты размыкаются, и, следовательно, обе оптопары размыкаются, а выходы R1 и G1 становятся НИЗКИМИ.

Однако это изменение не повлияет на этот модуль, потому что мы уже заблокировали информацию поэтому; желтый светодиод NPN и синий светодиод BASE будут продолжать гореть.

С другой стороны, как только контакты геркона размыкаются, выход оптопар двух других модулей меняет свое состояние, т. е. активна будет одна оптопара на модуль.

Теперь фокусируем красный модуль перемычек. Так как красная перемычка подключена к коллектору, выход оптопары R2 должен быть ВЫСОКИМ, а G2 должен быть НИЗКИМ.

Высокий и низкий входы в NAND U2 приводят к ВЫСОКИМ выходным сигналам. НОР U5; будет иметь ВЫСОКИЙ входной сигнал от модуля с синей перемычкой, поскольку он уже обнаружил базу.

Вход модуля зеленой перемычки будет НИЗКИМ. Следовательно, выход NOR будет НИЗКИМ. Этот НИЗКИЙ выход NOR и ВЫСОКИЙ выход NAND U2 поступает в ANDU7, чей выход будет НИЗКИМ.

ОБНАРУЖЕНИЕ КОЛЛЕКТОРА

Высокий уровень выхода NAND U2 также включает Q9 и Q10. Их выходы от соответствующих эмиттеров проходят через соответствующие защелки.

В настоящее время на R2 ВЫСОКИЙ уровень, поэтому правая шина RIGHT2 включена. Транзисторы Q11 и Q12 остаются закрытыми, поскольку на выходе секции обнаружения красной базы низкий уровень. Три И в центре каждого модуля составляют секцию обнаружения коллектора.

Правильное И проверяет, находится ли NPN и красная оптопара перемычки в ВЫСОКОМ положении. Левое И проверяет, находится ли PNP и зеленая оптопара перемычки в ВЫСОКОМ положении. Выходы обоих И переходят в третье И через соответствующие диоды.

Третий дополнительно проверяет, не обнаружили ли уже два других модуля базу. В настоящее время R2 ВЫСОКИЙ, а узел «NPN» ВЫСОКИЙ, поэтому выход правого И U16 становится ВЫСОКИМ.

Синяя база уже обнаружена, поэтому теперь оба входа И U17 имеют ВЫСОКИЙ уровень, следовательно; выход становится ВЫСОКИМ. Этот выход подключен через резистор к красному светодиоду, предназначенному для индикации коллектора.

ОБНАРУЖЕНИЕ ИЗЛУЧАТЕЛЯ

Секция обнаружения излучателя работает так же, как секция обнаружения коллектора, за исключением узлов «NPN» и «PNP», которые соединены наоборот.

Три И в нижней части каждого модуля образуют секцию обнаружения источников излучения. Правильное И проверяет, находится ли PNP и красная оптопара перемычки в состоянии HIGH.