Jak se nazývají elektrody v bipolárním tranzistoru?

Bipolární tranzistory: zařízení, princip a provozní režimy, zapojení, použití, hlavní parametry

Bipolární tranzistor je polovodičová součástka sestávající ze tří oblastí: emitor, báze a kolektor. Používá se k zesílení a spínání signálů v elektronických obvodech.

Hlavní funkcí bipolárního tranzistoru (BT) je zvýšení výkonu vstupního elektrického signálu. Tyto polovodičové rádiové součástky se objevily jako alternativa k vakuovým triodám a postupem času je prakticky vytlačily z průmyslu. Abychom byli spravedliví, podotýkáme, že lampy se dodnes používají, ale ve velmi, velmi úzkém segmentu speciálních zařízení. V hromadné radiotechnice se používají hlavně tranzistory – bipolární a jejich nejbližší „příbuzní“ s polem.

Klíčovou výhodou těchto prvků je jejich miniaturní velikost. Elektrický vakuový zesilovač s podobnými vlastnostmi je několikrát větší než bipolární tranzistor. V důsledku toho vede použití BT v rádiové elektronice k výraznému zmenšení celkových rozměrů konečných rádiových produktů.

Tento tranzistor se nazývá bipolární, protože oba typy nosičů náboje – elektrony a díry – se podílejí na fyzikálních procesech, ke kterým při jeho provozu dochází. To ovlivňuje princip ovládání výstupního signálu. U bipolárních tranzistorů jsou výstupní parametry řízeny proudem, nikoli elektrickým polem, jako u polních (unipolárních) tranzistorů.

Bipolární tranzistory jsou široce používány v analogových obvodech, jako jsou zesilovače, oscilátory, modulátory a demodulátory, stejně jako v digitálních obvodech, jako jsou spínače a logická hradla.

Konstrukce bipolárního tranzistoru.

Tato polovodičová trioda se skládá ze 3 částí – emitoru, kolektoru a báze. Klíčovými prvky bipolárního tranzistoru jsou tedy dva pn přechody, a ne jeden, jako u těch s efektem pole. Emitor plní funkci generátoru nosičů náboje, které tvoří provozní proud tekoucí do přijímače – kolektoru. Základna je nutná pro napájení řídicího napětí.

Pokud uvažujeme plochý BT model, pak se rádiová součást skládá ze dvou oblastí s p- nebo n-vodivostí (emitor a kolektor), oddělených tenkou vrstvou polovodiče s vodivostí opačného znaménka (báze). Polovodičový krystal na straně kolektoru je fyzicky větší. Tento poměr zajišťuje správnou činnost bipolárního tranzistoru.

Podle typu vodivosti emitoru, kolektoru a báze se rozlišují tranzistory PNP a NPN.
U tranzistoru NPN má vnější oblast (emitor) vodivost typu N, střední oblast (báze) má typ P a vnější oblast (kolektor) má také typ N.
U PNP tranzistoru je tomu naopak: emitor typu P, báze typu N, kolektor typu P.
V principu fungují identicky, jediný rozdíl je v tom, že se na ně přivádí napětí různé polarity. Výběr jednoho nebo druhého typu BT je určen vlastnostmi konkrétních rádiových zařízení.

Princip činnosti bipolárního tranzistoru.

Když jsou emitor a kolektor připojeny ke zdroji energie, jsou vytvořeny téměř všechny podmínky pro tok proudu. Volnému pohybu nosičů náboje však brání základna a pro eliminaci tohoto rušení je na ni aplikováno předpětí. V základní vrstvě polovodiče dochází k fyzikálně-chemickým procesům rekombinace elektron-díra, v jejichž důsledku začne bází protékat malý proud. Výsledkem je, že pn přechody otevírají cestu pro tok nosičů náboje z emitoru do kolektoru.

Pokud se proud protékající bází mění podle nějakého zákona, pak se stejným způsobem mění i mohutný proud mezi emitorem a kolektorem. V důsledku toho dostaneme na výstupu bipolárního tranzistoru stejný signál jako na bázi, ale s vyšším výkonem. Toto je zesilovací funkce bipolárního tranzistoru.

Provozní režimy.

K dispozici jsou 4 režimy, v jednom z nich může pracovat bipolární tranzistor. Tento seznam obsahuje následující položky:

1. odříznout;
2. aktivní režim;
3. nasycení;
4. bariérový režim.

1. Odříznutí.

V případě, že rozdíl potenciálů mezi emitorem a bází je pod určitou hodnotou (přibližně 0.6 V), pak se přechod báze-emitor pn ukáže jako uzavřený, protože proud báze nevznikne. V tomto ohledu kolektorový proud neteče kvůli tomu, že v základní vrstvě nejsou žádné volné elektrony. Tranzistor tedy přejde do stavu cutoff a nezesiluje signál. Tento režim se používá v digitálních obvodech, když BT funguje jako spínač v poloze „otevřeno“.

2. Aktivní režim.

V tomto režimu rádiová složka zesiluje signál, to znamená, že plní svou hlavní funkci. Na bázi je aplikován potenciálový rozdíl, který otevírá přechod báze-emitor pn. V důsledku toho začnou v tranzistoru proudit kolektorové a základní proudy. Hodnota kolektorového proudu se vypočítá jako aritmetický součin základního proudu a zesílení.

3. Sytost.

Bipolární tranzistor vstupuje do tohoto režimu, když proud báze vzroste na určitou mezní hodnotu, při které jsou pn přechody zcela otevřené. Hodnota proudu procházejícího BT při jeho nasycení závisí pouze na napájecím napětí a velikosti zátěže v kolektorovém obvodu. V tomto režimu není vstupní signál zesílen, protože kolektorový proud nevnímá změny proudu báze. Schopnost tranzistoru přejít do saturace se využívá v digitální technologii, když BT hraje roli spínače v sepnuté poloze.

4. Bariérový režim.

Zde tranzistor funguje jako dioda s rezistorem v sérii. K tomu je základna připojena přímo nebo přes odpor s nízkým odporem ke kolektoru. V tomto režimu fungují triody dobře ve vysokofrekvenčních zařízeních. Navíc je v reálné výrobě vhodné použít tranzistor v bariérovém režimu, aby se snížil celkový počet součástek.

Spínací obvody pro bipolární tranzistory.

Polovodičová trioda může být připojena k elektrickému obvodu pomocí jednoho ze tří schémat: se společným emitorem, se společným kolektorem a se společnou bází. V závislosti na způsobu připojení se liší elektrické parametry tranzistoru, což určuje volbu obvodu v každém konkrétním případě.

Při zapnutí bipolárního tranzistoru se společným emitorem je dosaženo maximálního zesílení vstupního signálu. Díky tomu se tento obvod nejčastěji používá v zesilovacích stupních.

Společný kolektorový obvod se také nazývá emitorový sledovač. To je způsobeno skutečností, že potenciálový rozdíl na kolektoru a emitoru je téměř stejný. Při tomto zapojení je pozorován vysoký proudový zisk, vysoký vstupní odpor a fázové přizpůsobení vstupních a výstupních signálů. V důsledku toho se emitorové sledovače používají v přizpůsobovacích a vyrovnávacích zesilovačích.

Když je BT zapnut podle společného základního obvodu, nedochází k žádnému proudovému zesílení, ale napěťové zesílení je značné. Charakteristickým rysem této metody je malý vliv tranzistoru na vysokofrekvenční signály. Díky tomu je obvod se společnou základnou vhodnější pro použití v mikrovlnných zařízeních.

Hlavní parametry bipolárních tranzistorů:

1. Maximální přípustný přímý kolektorový proud;
2. Maximální napětí mezi kolektorem a emitorem pro daný kolektorový proud a odpor v obvodu báze-emitor;
3. Maximální napětí mezi kolektorem a emitorem pro daný kolektorový proud a proud báze rovné nule;
4. Maximální napětí kolektor-báze pro daný kolektorový proud a proud emitoru rovné nule;
5. Maximální přípustné konstantní napětí na bázi emitoru při nulovém kolektorovém proudu;
6. Maximální přípustný trvalý výkon rozptýlený na kolektoru;
7. Koeficient přenosu statického proudu;
8. Saturační napětí mezi kolektorem a emitorem;
9. Reverzní kolektorový proud. Proud přes kolektorový přechod při daném reverzním napětí mezi kolektorem a bází a terminál emitoru je otevřený;
10. Zpětný proud emitoru. Proud procházející přechodem emitoru při daném zpětném napětí emitor-base a otevřeném kolektoru;
11. Mezní frekvence koeficientu přenosu proudu;
12. Hlukové číslo;
13. Kapacita přechodu kolektoru;
14. Maximální přípustná teplota přechodu.

LLC “Elektronika a komunikace” společnost
kvalifikovaného dodavatele
elektronické součástky a zařízení
eandc.ru 1996–2023
© Všechna práva vyhrazena.
394055, Rusko, Voroněž,
Svatý. Deputatskaya, 11