Dakle, treći i završni dio priče o bipolarnim tranzistorima na našoj web stranici =) Danas ćemo govoriti o korištenju ovih divnih uređaja kao pojačala, razmislite o mogućim bipolarni tranzistorski sklopni krugovi i njihove glavne prednosti i nedostatke. Hajde da počnemo!

Ovaj sklop je vrlo dobar kada se koriste signali visoke frekvencije. U principu, to je razlog zašto je tranzistor prvenstveno uključen. Vrlo veliki nedostaci su nizak ulazni otpor i, naravno, nedostatak strujnog pojačanja. Uvjerite se sami, na ulazu imamo struju emitera, na izlazu.

To jest, struja emitera je veća od struje kolektora za malu količinu struje baze. To znači da ne samo da nema strujnog pojačanja, štoviše, izlazna struja je nešto manja od ulazne struje. Iako, s druge strane, ovaj sklop ima prilično veliki koeficijent prijenosa napona) Ovo su prednosti i nedostaci, nastavimo….

Dijagram povezivanja bipolarnog tranzistora sa zajedničkim kolektorom

Ovako izgleda dijagram ožičenja za bipolarni tranzistor sa zajedničkim kolektorom. Podsjeća li vas na nešto?) Ako sklop pogledamo iz malo drugačijeg ugla, ovdje prepoznajemo našeg starog prijatelja - sljedbenika emitera. Postojao je skoro cijeli članak o tome (), tako da smo već pokrili sve što se odnosi na ovu shemu. U međuvremenu, čekamo najčešće korišteno kolo - sa zajedničkim emiterom.

Priključni krug za bipolarni tranzistor sa zajedničkim emiterom.

Ovo kolo je steklo popularnost zbog svojih svojstava pojačanja. Od svih kola, daje najveći dobitak u struji i naponu, shodno tome, povećanje snage signala je također veliko. Nedostatak sklopa je što na svojstva pojačanja snažno utiču povećanje temperature i frekvencije signala.

Upoznali smo se sa svim sklopovima, sada pobliže pogledajmo posljednji (ali ne i najmanje važan) krug pojačala na bazi bipolarnog tranzistora (sa zajedničkim emiterom). Prvo, hajde da to predstavimo malo drugačije:

Ovdje postoji jedan minus - uzemljeni emiter. Kada se tranzistor uključi na ovaj način, na izlazu dolazi do nelinearnih izobličenja protiv kojih se, naravno, mora boriti. Nelinearnost nastaje zbog uticaja ulaznog napona na napon spoja emiter-baza. Zaista, u krugu emitera nema ničeg "dodatnog"; ispada da je cijeli ulazni napon primijenjen upravo na spoj baza-emiter. Da bismo se izborili s ovim fenomenom, u krug emitera dodajemo otpornik. Tako da dobijamo negativne povratne informacije.

Šta je ovo?

Da ukratko, onda negativan inverzni princip th komunikacije leži u činjenici da se dio izlaznog napona prenosi na ulaz i oduzima od ulaznog signala. Naravno, to dovodi do smanjenja pojačanja, jer će ulaz tranzistora, zbog utjecaja povratne sprege, dobiti nižu vrijednost napona nego u odsustvu povratne sprege.

Ipak, negativne povratne informacije su vrlo korisne za nas. Pogledajmo kako će to pomoći da se smanji utjecaj ulaznog napona na napon između baze i emitera.

Dakle, čak i ako nema povratne informacije, povećanje ulaznog signala za 0,5 V dovodi do istog povećanja. Ovdje je sve jasno 😉 A sada dodajmo povratne informacije! I na isti način povećavamo ulazni napon za 0,5 V. Nakon toga, , raste, što dovodi do povećanja struje emitera. A povećanje dovodi do povećanja napona na povratnom otporniku. Čini se, šta nije u redu s ovim? Ali ovaj napon se oduzima od ulaza! Pogledajte šta se desilo:

Ulazni napon se povećao - struja emitera se povećala - napon na otporniku negativne povratne sprege je povećan - ulazni napon se smanjio (zbog oduzimanja) - napon se smanjio.

To jest, negativna povratna sprega sprječava promjenu napona baza-emiter kada se promijeni ulazni signal.

Kao rezultat toga, naš krug pojačala sa zajedničkim emiterom dopunjen je otpornikom u krugu emitera:

Postoji još jedan problem sa našim pojačalom. Ako se na ulazu pojavi negativna vrijednost napona, tranzistor će se odmah zatvoriti (bazni napon će postati manji od napona emitera i dioda baza-emiter će se zatvoriti), a na izlazu se ništa neće dogoditi. Ovo nekako nije baš dobro) Stoga je potrebno stvoriti pristrasnost. To se može učiniti pomoću djelitelja na sljedeći način:

Dobili smo takvu ljepotu 😉 Ako su otpornici jednaki, tada će napon na svakom od njih biti jednak 6V (12V / 2). Dakle, u nedostatku signala na ulazu, bazni potencijal će biti +6V. Ako na ulaz dođe negativna vrijednost, na primjer -4V, tada će bazni potencijal biti jednak +2V, odnosno vrijednost je pozitivna i ne ometa normalan rad tranzistora. Ovako je korisno stvoriti pomak u osnovnom kolu)

Kako bismo drugačije mogli poboljšati našu šemu...

Javite nam koji signal ćemo pojačati, odnosno znamo njegove parametre, posebno frekvenciju. Bilo bi sjajno da na ulazu nema ništa osim korisnog pojačanog signala. Kako to osigurati? Naravno, pomoću visokopropusnog filtera) Dodajmo kondenzator, koji u kombinaciji sa otpornikom za pristrasnost formira visokopropusni filter:

Tako je krug, u kojem nije bilo gotovo ničega osim samog tranzistora, obrastao dodatnim elementima 😉 Možda ćemo tu stati; uskoro će biti članak posvećen praktičnom proračunu pojačala na bazi bipolarnog tranzistora. U njemu nećemo samo komponovati šema kola pojačala, ali ćemo također izračunati ocjene svih elemenata, i istovremeno odabrati tranzistor koji je prikladan za naše potrebe. Vidimo se uskoro! =)

Bipolarni tranzistori su napravljeni od legiranih materijala i mogu biti dva tipa - NPN i PNP. Tranzistor ima tri terminala poznata kao emiter (E), baza (B) i kolektor (K). Na slici ispod prikazan je NPN tranzistor u kojem, u glavnim režimima rada (aktivan, zasićenje, prekid), kolektor ima pozitivan potencijal, emiter negativan, a baza se koristi za kontrolu stanja tranzistora.

Fizika poluvodiča neće biti razmatrana u ovom članku, međutim, vrijedno je spomenuti da se bipolarni tranzistor sastoji od tri odvojena dijela, odvojena sa dva p-n spoja. PNP tranzistor ima jednu N regiju odvojenu sa dva P regiona:

NPN tranzistor ima jednu P regiju u sendviču između dvije N regije:

Spojevi između N i P regiona su slični spojevima u , i takođe mogu biti p-n spojevi sa pristrasnošću naprijed ili obrnuto. Ovi uređaji mogu raditi na različite načine ovisno o vrsti pomaka:

• Isključenje: rad u ovom režimu se javlja i prilikom prebacivanja. Između emitera i kolektora ne teče struja, praktički "otvoreni krug", odnosno "kontakt je otvoren".
• Aktivni način rada: Tranzistor radi u krugovima pojačala. U ovom režimu, njegova karakteristika je skoro linearna. Između emitera i kolektora teče struja, čija veličina zavisi od vrednosti prednapona (kontrolnog) napona između emitera i baze.
• Zasićenje: radi pri prebacivanju. Praktično postoji "kratki spoj" između emitera i kolektora, odnosno "kontakt je zatvoren".
• Inverzni aktivni način rada: Kao iu aktivnom načinu rada, struja tranzistora je proporcionalna struji baze, ali teče u suprotnom smjeru. Vrlo rijetko korišteno.

U NPN tranzistoru, pozitivni napon se primjenjuje na kolektor kako bi se stvorila struja od kolektora do emitera. U PNP tranzistoru, pozitivni napon se primjenjuje na emiter kako bi se stvorila struja od emitera do kolektora. U NPN, struja teče od kolektora (K) do emitera (E):

A u PNP-u struja teče od emitera do kolektora:

Jasno je da su smjerovi polariteta struje i napona u PNP i NPN uvijek suprotni jedan drugom. NPN tranzistori zahtijevaju napajanje s pozitivnim polaritetom u odnosu na zajedničke terminale, a PNP tranzistori zahtijevaju negativno napajanje.

PNP i NPN rade gotovo identično, ali njihovi načini rada se razlikuju zbog polariteta. Na primjer, da bi se NPN stavio u režim zasićenja, U B mora biti veći od U K i U E. Ispod je kratak opis načina rada u zavisnosti od njihovog napona:

Osnovni princip rada svakog bipolarnog tranzistora je kontrola bazne struje kako bi se regulisao protok struje između emitera i kolektora. Princip rada NPN i PNP tranzistora je isti. Jedina razlika je polaritet napona primijenjenih na njihove N-P-N i P-N-P spojeve, odnosno emiter-baza-kolektor.

Princip poluprovodničke kontrole električne struje bio je poznat početkom dvadesetog veka. Iako su inženjeri elektronike znali kako tranzistor radi, nastavili su da dizajniraju uređaje na bazi vakuumskih cijevi. Razlog takvog nepovjerenja prema poluvodičkim triodama bila je nesavršenost prvih tranzistora tačka-tačka. Familija germanijumskih tranzistora nije imala stabilne karakteristike i u velikoj meri je zavisila od temperaturnih uslova.

Monolitni silicijumski tranzistori počeli su ozbiljno da se takmiče sa vakuumskim cevima tek kasnih 50-ih. Od tog vremena, elektronska industrija se počela brzo razvijati, a kompaktne poluvodičke triode aktivno su zamijenile energetski intenzivne lampe iz krugova elektroničkih uređaja. Sa pojavom integrisanih kola, gde broj tranzistora može dostići milijarde, poluprovodnička elektronika je odnela ubedljivu pobedu u borbi za minijaturizaciju uređaja.

Šta je tranzistor?

U svom modernom značenju, tranzistor je poluvodički radio element dizajniran da mijenja parametre električne struje i kontrolira je. Konvencionalna poluvodička trioda ima tri terminala: bazu koja prima kontrolne signale, emiter i kolektor. Postoje i kompozitni tranzistori velike snage.

Skala veličina poluvodičkih uređaja je upečatljiva - od nekoliko nanometara (neupakovanih elemenata koji se koriste u mikro krugovima) do centimetara u promjeru za moćne tranzistore namijenjene elektranama i industrijskoj opremi. Reverzni naponi industrijskih trioda mogu doseći i do 1000 V.

Uređaj

Strukturno, trioda se sastoji od poluvodičkih slojeva zatvorenih u kućištu. Poluprovodnici su materijali na bazi silicijuma, germanijuma, galijum arsenida i drugih hemijskih elemenata. Danas se provode istraživanja za pripremu određenih vrsta polimera, pa čak i ugljičnih nanocijevi, za ulogu poluvodičkih materijala. Očigledno ćemo u bliskoj budućnosti naučiti o novim svojstvima grafenskih tranzistora sa efektom polja.

Ranije su se poluvodički kristali nalazili u metalnim kućištima u obliku kapica sa tri kraka. Ovaj dizajn je bio tipičan za tranzistore tačka-tačka.

Danas se dizajn većine ravnih, uključujući i silicijumske poluvodičke uređaje, izrađuje na bazi jednog kristala dopiranog u određenim dijelovima. Presuju se u plastične, metalno-staklene ili metal-keramičke kutije. Neki od njih imaju izbočene metalne ploče za odvođenje topline, koje su pričvršćene za radijatore.

Elektrode modernih tranzistora raspoređene su u jednom redu. Ovakav raspored nogu pogodan je za automatsku montažu ploče. Stezaljke nisu označene na kućištima. Vrsta elektrode određuje se iz priručnika ili mjerenjima.

Za tranzistore se koriste poluvodički kristali s različitim strukturama, kao što su p-n-p ili n-p-n. Razlikuju se po polaritetu napona na elektrodama.

Šematski se struktura tranzistora može predstaviti kao dvije poluvodičke diode odvojene dodatnim slojem. (Vidi sliku 1). Upravo prisutnost ovog sloja omogućava vam da kontrolirate vodljivost poluvodičke triode.

Rice. 1. Struktura tranzistora

Slika 1 shematski prikazuje strukturu bipolarnih trioda. Postoji i klasa tranzistora sa efektom polja, o kojoj će biti riječi u nastavku.

Osnovni princip rada

U mirovanju ne teče struja između kolektora i emitera bipolarne triode. Električna struja je spriječena otporom emiterskog spoja, koji nastaje kao rezultat interakcije slojeva. Da biste uključili tranzistor, morate primijeniti mali napon na njegovu bazu.

Slika 2 prikazuje dijagram koji objašnjava princip rada triode.

Rice. 2. Princip rada

Kontrolom baznih struja možete uključiti i isključiti uređaj. Ako se analogni signal primijeni na bazu, on će promijeniti amplitudu izlaznih struja. U ovom slučaju, izlazni signal će tačno ponoviti frekvenciju oscilovanja na osnovnoj elektrodi. Drugim riječima, električni signal primljen na ulazu će biti pojačan.

Prema tome, poluvodičke triode mogu raditi u načinu elektroničkog prekidača ili u načinu pojačanja ulaznog signala.

Rad uređaja u načinu rada elektronskog ključa može se razumjeti sa slike 3.

Rice. 3. Trioda u prekidačkom modu

Oznake na dijagramima

Uobičajena oznaka: "VT" ili "Q", nakon čega slijedi pozicijski indeks. Na primjer, VT 3. Na ranijim dijagramima možete pronaći zastarjele oznake: “T”, “PP” ili “PT”. Tranzistor je prikazan kao simbolične linije koje označavaju odgovarajuće elektrode, zaokružene ili ne. Smjer struje u emiteru je označen strelicom.

Slika 4 prikazuje ULF kolo u kojem su tranzistori označeni na nov način, a slika 5 prikazuje šematski prikaz različitih tipova tranzistora sa efektom polja.

Rice. 4. Primjer ULF kola sa triodama

Vrste tranzistora

Na osnovu principa rada i strukture, razlikuju se poluvodičke triode:

• polje;
• bipolarni;
• kombinovano.

Ovi tranzistori obavljaju iste funkcije, ali postoje razlike u principu njihovog rada.

Polje

Ova vrsta trioda se naziva i unipolarna, zbog svojih električnih svojstava - prenose struju samo jednog polariteta. Ovi uređaji se prema svojoj strukturi i vrsti upravljanja dijele na 3 tipa:

1. Tranzistori sa kontrolnim p-n spojem (slika 6).
2. Sa izolovanom kapijom (dostupno sa ugrađenim ili indukovanim kanalom).
3. MIS, sa strukturom: metal-dielektrik-provodnik.

Posebnost izolirane kapije je prisutnost dielektrika između nje i kanala.

Delovi su veoma osetljivi na statički elektricitet.

Sklopovi poljske trioda su prikazani na slici 5.

Rice. 5. Tranzistori sa efektom polja
Rice. 6. Fotografija prave triode sa efektom polja

Obratite pažnju na nazive elektroda: odvod, izvor i kapija.

Tranzistori sa efektom polja troše vrlo malo energije. Na maloj ili punjivoj bateriji mogu raditi više od godinu dana. Stoga se široko koriste u modernim elektroničkim uređajima kao što su daljinski upravljači, mobilni uređaji itd.

Bipolarni

Mnogo je rečeno o ovom tipu tranzistora u pododjeljku „Osnovni princip rada“. Napomenimo samo da je uređaj dobio naziv “Bipolarni” zbog svoje sposobnosti da propušta naboje suprotnih znakova kroz jedan kanal. Njihova karakteristika je niska izlazna impedansa.

Tranzistori pojačavaju signale i djeluju kao sklopni uređaji. Na kolektorsko kolo može se priključiti prilično snažno opterećenje. Zbog velike struje kolektora, otpor opterećenja se može smanjiti.

Pogledajmo strukturu i princip rada detaljnije u nastavku.

Kombinovano

Kako bi postigli određene električne parametre upotrebom jednog diskretnog elementa, programeri tranzistora izmišljaju kombinovane dizajne. Među njima su:

• sa ugrađenim otpornicima i njihovim krugom;
• kombinacije dvije triode (iste ili različite strukture) u jednom paketu;
• lambda diode - kombinacija dvije triode s efektom polja koje čine dio s negativnim otporom;
• dizajni u kojima trioda sa efektom polja sa izolovanim gejtom kontroliše bipolarnu triodu (koja se koristi za kontrolu električnih motora).

Kombinirani tranzistori su, u stvari, elementarni mikro krug u jednom paketu.

Kako radi bipolarni tranzistor? Uputstva za lutke

Rad bipolarnih tranzistora temelji se na svojstvima poluvodiča i njihovih kombinacija. Da bismo razumjeli princip rada trioda, razumijemo ponašanje poluvodiča u električnim krugovima.

Poluprovodnici.

Neki kristali, kao što su silicijum, germanijum, itd., su dielektrici. Ali imaju jednu osobinu - ako dodate određene nečistoće, postaju provodnici s posebnim svojstvima.

Neki aditivi (donori) dovode do pojave slobodnih elektrona, dok drugi (akceptori) stvaraju „rupe“.

Ako je, na primjer, silicijum dopiran fosforom (donor), dobijamo poluvodič sa viškom elektrona (n-Si struktura). Dodavanjem bora (akceptora), dopirani silicijum će postati poluprovodnik koji provode rupe (p-Si), odnosno njegovom strukturom će dominirati pozitivno nabijeni joni.

Jednosmjerno provođenje.

Provedimo misaoni eksperiment: spojimo dva različita tipa poluvodiča na izvor napajanja i napajamo struju našem dizajnu. Nešto neočekivano će se dogoditi. Ako spojite negativnu žicu na kristal n-tipa, krug će biti završen. Međutim, kada obrnemo polaritet, neće biti struje u kolu. Zašto se ovo dešava?

Kao rezultat povezivanja kristala s različitim vrstama vodljivosti, između njih se formira područje s p-n spojem. Neki elektroni (nosači naboja) iz kristala n-tipa će teći u kristal sa provodljivošću rupa i rekombinovati rupe u kontaktnoj zoni.

Kao rezultat, nastaju nekompenzirani naboji: u području n-tipa - od negativnih jona, au području p-tipa od pozitivnih jona. Razlika potencijala dostiže vrijednosti od 0,3 do 0,6 V.

Odnos između napona i koncentracije nečistoća može se izraziti formulom:

φ= V T*ln( Nn* Np)/n 2 i , gdje

V T – vrijednost termodinamičkog naprezanja, Nn I Np – koncentracija elektrona i rupa, respektivno, a n i označava intrinzičnu koncentraciju.

Prilikom povezivanja plusa na p-vodič i minusa na n-tipa poluvodiča, električni naboji će prevladati barijeru, jer će njihovo kretanje biti usmjereno protiv električnog polja unutar p-n spoja. U ovom slučaju, tranzicija je otvorena. Ali ako se polovi obrnu, tranzicija će biti zatvorena. Otuda zaključak: p-n spoj formira jednosmjernu provodljivost. Ovo svojstvo se koristi u dizajnu dioda.

Od diode do tranzistora.

Hajde da zakomplikujemo eksperiment. Dodajmo još jedan sloj između dva poluprovodnika sa istom strukturom. Na primjer, između p-tipa silikonskih pločica ubacujemo sloj provodljivosti (n-Si). Nije teško pretpostaviti šta će se dešavati u kontaktnim zonama. Po analogiji sa gore opisanim procesom, formiraju se regije sa p-n spojevima koje će blokirati kretanje električnih naboja između emitera i kolektora, bez obzira na polaritet struje.

Najzanimljivije će se dogoditi kada na sloj (bazu) stavimo blagi napon. U našem slučaju ćemo primijeniti struju s negativnim predznakom. Kao iu slučaju diode, formira se krug emiter-baza kroz koji će teći struja. Istovremeno, sloj će početi da se zasićeni rupama, što će dovesti do provodljivosti rupa između emitera i kolektora.

Pogledajte sliku 7. Ona pokazuje da su pozitivni joni ispunili čitav prostor naše uslovne strukture i da sada ništa ne ometa provođenje struje. Dobili smo vizualni model bipolarnog tranzistora sa p-n-p strukturom.

Rice. 7. Princip rada triode

Kada je baza bez napona, tranzistor se vrlo brzo vraća u prvobitno stanje i kolektorski spoj se zatvara.

Uređaj također može raditi u načinu pojačanja.

Struja kolektora je direktno proporcionalna struji baze : ITo= ß* IB , Gdje ß – trenutni dobitak, IB – bazna struja.

Ako promijenite vrijednost kontrolne struje, promijenit će se intenzitet formiranja rupa na bazi, što će za posljedicu imati proporcionalnu promjenu amplitude izlaznog napona, uz zadržavanje frekvencije signala. Ovaj princip se koristi za pojačavanje signala.

Primjenom slabih impulsa na bazu, na izlazu dobijamo istu frekvenciju pojačanja, ali sa mnogo većom amplitudom (podešenom naponom primijenjenom na kolo kolektor-emiter).

NPN tranzistori rade na sličan način. Mijenja se samo polaritet napona. Uređaji sa n-p-n strukturom imaju direktnu provodljivost. Tranzistori pnp tipa imaju reverznu provodljivost.

Ostaje dodati da poluvodički kristal reagira na sličan način na ultraljubičasti spektar svjetlosti. Uključivanjem i isključivanjem toka fotona, ili podešavanjem njegovog intenziteta, možete kontrolirati rad triode ili promijeniti otpor poluvodičkog otpornika.

Bipolarni tranzistorski spojni krugovi

Projektanti kola koriste sljedeće šeme povezivanja: sa zajedničkom bazom, zajedničkim emiterskim elektrodama i spojem sa zajedničkim kolektorom (slika 8).

Rice. 8. Šeme povezivanja bipolarnih tranzistora

Pojačala sa zajedničkom bazom karakteriziraju:

• niska ulazna impedansa, koja ne prelazi 100 Ohma;
• dobra temperaturna svojstva i frekvencijske karakteristike triode;
• visoki dozvoljeni napon;
• potrebna su dva različita izvora napajanja.

Uobičajeni emiterski krugovi imaju:

• visoka struja i napon;
• nisko pojačanje snage;
• inverzija izlaznog napona u odnosu na ulazni.

Sa ovom vezom dovoljan je jedan izvor napajanja.

Dijagram povezivanja zasnovan na principu "zajedničkog kolektora" daje:

• visok ulazni i nizak izlazni otpor;
• faktor pojačanja niskog napona (< 1).

Kako radi tranzistor sa efektom polja? Objašnjenje za lutke

Struktura tranzistora s efektom polja razlikuje se od bipolarnog po tome što struja u njemu ne prelazi zonu p-n spoja. Naelektrisanja se kreću kroz kontrolisano područje koje se zove kapija. Protočnost kapije kontroliše se naponom.

Prostor p-n zone se smanjuje ili povećava pod uticajem električnog polja (vidi sliku 9). Shodno tome se mijenja i broj besplatnih nosača naboja - od potpunog uništenja do ekstremnog zasićenja. Kao rezultat ovog efekta na kapiju, struja na drenažnim elektrodama (kontakti koji izlaze obrađena struja) je regulirana. Dolazna struja teče kroz kontakte izvora.

Slika 9. Tranzistor sa efektom polja sa p-n spojem

Terenske triode sa ugrađenim i indukovanim kanalom rade na sličnom principu. Videli ste njihove dijagrame na slici 5.

Sklopovi za povezivanje tranzistora s efektom polja

U praksi se dijagrami povezivanja koriste po analogiji s bipolarnom triodom:

• sa zajedničkim izvorom - proizvodi veliki dobitak u struji i snazi;
• kola uobičajenih kapija pružaju nisku ulaznu impedanciju i nisko pojačanje (ima ograničenu upotrebu);
• kola sa zajedničkim odvodom koja rade na isti način kao i kola sa zajedničkim emiterom.

Slika 10 prikazuje različite šeme povezivanja.

Rice. 10. Slika dijagrama povezivanja trioda polja

Gotovo svako kolo može raditi na vrlo niskim ulaznim naponima.

Video zapisi koji objašnjavaju princip rada tranzistora jednostavnim jezikom

PNP tranzistor je elektronski uređaj, u određenom smislu inverzan NPN tranzistoru. U ovom tipu dizajna tranzistora, njegovi PN spojevi se otvaraju naponima obrnutog polariteta u odnosu na NPN tip. U simbolu uređaja, strelica, koja takođe određuje izlaz emitera, ovog puta pokazuje unutar simbola tranzistora.

Dizajn uređaja

Dizajnersko kolo tranzistora tipa PNP sastoji se od dvije regije poluvodičkog materijala p-tipa sa obje strane područja materijala n-tipa, kao što je prikazano na donjoj slici.

Strelica identifikuje emiter i opšteprihvaćeni smer njegove struje ("unutra" za PNP tranzistor).

PNP tranzistor ima vrlo slične karakteristike kao njegov NPN bipolarni parnjak, osim što su smjerovi struja i naponski polariteti u njemu obrnuti za bilo koju od moguće tri šeme povezivanja: zajednička baza, zajednički emiter i zajednički kolektor.

Glavne razlike između dva tipa bipolarnih tranzistora

Glavna razlika između njih je u tome što su rupe glavni nosioci struje za PNP tranzistori, NPN tranzistori imaju elektrone u ovom kapacitetu. Zbog toga su polariteti napona koji napajaju tranzistor obrnuti, a njegova ulazna struja teče iz baze. Nasuprot tome, kod NPN tranzistora, struja baze teče u njega, kao što je prikazano ispod na dijagramu za povezivanje oba tipa uređaja sa zajedničkom bazom i zajedničkim emiterom.

Princip rada PNP-tipa tranzistora zasniva se na upotrebi male (poput NPN-tipa) bazne struje i negativnog (za razliku od NPN-tipa) baznog napona za kontrolu mnogo veće struje emitera-kolektora. Drugim riječima, za PNP tranzistor, emiter je pozitivniji u odnosu na bazu i također u odnosu na kolektor.

Pogledajmo razlike između tipa PNP u dijagramu povezivanja sa zajedničkom bazom

Zaista, može se vidjeti da struja kolektora IC (u slučaju NPN tranzistora) teče iz pozitivnog terminala baterije B2, prolazi kroz kolektorski terminal, prodire u njega i zatim mora izaći kroz bazni terminal da bi se vratio na terminal. negativni terminal baterije. Na isti način, gledajući emiterski krug, možete vidjeti kako njegova struja s pozitivnog terminala baterije B1 ulazi u tranzistor kroz terminal baze i zatim prodire u emiter.

Dakle, i struja kolektora I C i struja emitera I E prolaze kroz terminal baze. Budući da kruže duž svojih kola u suprotnim smjerovima, rezultirajuća bazna struja jednaka je njihovoj razlici i vrlo je mala, jer je IC nešto manji od I E. Ali pošto je potonji još veći, smjer toka struje razlike (bazne struje) poklapa se sa I E, pa stoga bipolarni tranzistor tipa PNP ima struju koja teče iz baze, a NPN tipa ima ulaznu struja.

Razlike između PNP tipa na primjeru spojnog kola sa zajedničkim emiterom

U ovom novom krugu, PN spoj baza-emiter je prednapon napona baterije B1, a spoj kolektor-baza je obrnuto pristrasan naponom baterije B2. Terminal emitera je stoga zajednički za krug baze i kolektora.

Ukupna struja emitera data je zbirom dvije struje I C i I B; prolazeći kroz terminal emitera u jednom smjeru. Dakle, imamo I E = I C + I B.

U ovom krugu, struja baze I B jednostavno se "odvaja" od struje emitera I E, koja se također podudara s njom u smjeru. U ovom slučaju, tranzistor tipa PNP i dalje ima struju koja teče iz baze I B, a tranzistor tipa NPN ima struju koja teče.

U trećem od poznatih tranzistorskih sklopnih kola, sa zajedničkim kolektorom, situacija je potpuno ista. Stoga ga ne predstavljamo kako bismo uštedjeli prostor i vrijeme čitaocima.

PNP tranzistor: povezivanje izvora napona

Izvor napona baza-emiter (V BE) povezan je negativno na bazu i pozitivno na emiter jer PNP tranzistor radi kada je baza negativno u odnosu na emiter.

Napon napajanja emitera je također pozitivan u odnosu na kolektor (V CE). Dakle, kod tranzistora tipa PNP, terminal emitera je uvijek pozitivniji u odnosu na bazu i kolektor.

Izvori napona su povezani na PNP tranzistor kao što je prikazano na donjoj slici.

Ovaj put je kolektor povezan na napon napajanja VCC preko otpornika opterećenja, R L, koji ograničava maksimalnu struju koja teče kroz uređaj. Bazni napon VB, koji ga negativno napaja u odnosu na emiter, se primjenjuje na njega kroz otpornik RB, koji se opet koristi za ograničavanje maksimalne struje baze.

Rad PNP tranzistorskog stepena

Dakle, da bi se izazvala struja baze da teče u PNP tranzistoru, baza mora biti negativnija od emitera (struja mora napustiti bazu) za oko 0,7 volti za silicijumski uređaj ili 0,3 volta za germanijumski uređaj. Formule koje se koriste za izračunavanje baznog otpornika, bazne struje ili struje kolektora su iste kao one koje se koriste za ekvivalentni NPN tranzistor i predstavljene su u nastavku.

Vidimo da je fundamentalna razlika između NPN i PNP tranzistora ispravno namještanje pn spojeva, budući da su smjerovi struja i polariteti napona u njima uvijek suprotni. Dakle, za gornji krug: I C = I E - I B, pošto struja mora teći iz baze.

Općenito, PNP tranzistor se može zamijeniti NPN tranzistorom u većini elektronskih kola, jedina razlika je polaritet napona i smjer struje. Takvi tranzistori se također mogu koristiti kao sklopni uređaji, a primjer PNP tranzistorskog prekidača je prikazan ispod.

Karakteristike tranzistora

Izlazne karakteristike PNP tranzistora su vrlo slične onima ekvivalentnog NPN tranzistora, osim što su rotirane za 180° kako bi se omogućio obrnuti polaritet napona i struja (bazne i kolektorske struje PNP tranzistora su negativne). Slično, da bi se pronašle radne tačke PNP tranzistora, njegova linija dinamičkog opterećenja može se prikazati u trećoj četvrtini Dekartovog koordinatnog sistema.

Tipične karakteristike 2N3906 PNP tranzistora prikazane su na donjoj slici.

Tranzistorski parovi u stepenu pojačala

Možda se pitate koji je razlog za korištenje PNP tranzistora kada postoji mnogo NPN tranzistora koji se mogu koristiti kao pojačala ili poluprovodnički prekidači? Međutim, posjedovanje dva različita tipa tranzistora - NPN i PNP - pruža velike prednosti pri dizajniranju kola pojačala snage. Ova pojačala koriste "komplementarne" ili "usklađene" parove tranzistora (koji predstavljaju jedan PNP tranzistor i jedan NPN tranzistor spojeni zajedno, kao što je prikazano na slici ispod) u izlaznom stepenu.

Dva odgovarajuća NPN i PNP tranzistora sa sličnim karakteristikama, identična jedan drugom, nazivaju se komplementarnim. Na primjer, TIP3055 (tip NPN) i TIP2955 (tip PNP) su dobar primjer komplementarnih silikonskih tranzistora snage. Oba imaju jednosmjernu struju pojačanja β=I C /I B usklađenu unutar 10% i visoku struju kolektora od oko 15A, što ih čini idealnim za kontrolu motora ili robotske aplikacije.

Osim toga, pojačala klase B koriste uparene parove tranzistora u svojim stupnjevima izlazne snage. Kod njih NPN tranzistor provodi samo pozitivni poluval signala, a PNP tranzistor samo njegovu negativnu polovinu.

Ovo omogućava pojačalu da prođe potrebnu snagu kroz zvučnik u oba smjera pri datoj ocjeni snage i impedanciji. Kao rezultat toga, izlazna struja, koja je obično reda veličine nekoliko ampera, ravnomjerno je raspoređena između dva komplementarna tranzistora.

Tranzistorski parovi u upravljačkim krugovima elektromotora

Koriste se i u upravljačkim krugovima H-mosta za reverzibilne DC motore, koji omogućavaju ravnomjernu regulaciju struje kroz motor u oba smjera njegove rotacije.

Krug H-mosta iznad je tako nazvan jer osnovna konfiguracija njegova četiri tranzistorska prekidača podsjeća na slovo "H" s motorom koji se nalazi na poprečnoj liniji. H-most tranzistora je vjerojatno jedan od najčešće korištenih tipova reverzibilnog upravljačkog kruga DC motora. Koristi "komplementarne" parove NPN i PNP tranzistora u svakoj grani da djeluju kao prekidači za kontrolu motora.

Upravljački ulaz A omogućava motoru da radi u jednom smjeru, dok se ulaz B koristi za obrnutu rotaciju.

Na primjer, kada je tranzistor TR1 uključen, a TR2 isključen, ulaz A je spojen na napon napajanja (+Vcc), a ako je tranzistor TR3 isključen, a TR4 uključen, onda je ulaz B spojen na 0 volti (GND). Stoga će se motor rotirati u jednom smjeru, što odgovara pozitivnom potencijalu ulaza A i negativnom potencijalu ulaza B.

Ako se stanja prekidača promijene tako da je TR1 isključen, TR2 uključen, TR3 uključen, a TR4 isključen, struja motora će teći u suprotnom smjeru, uzrokujući da se okrene unazad.

Koristeći suprotne logičke razine "1" ili "0" na ulazima A i B, možete kontrolirati smjer rotacije motora.

Određivanje vrste tranzistora

Za svaki bipolarni tranzistori može se misliti da se u suštini sastoji od dvije diode povezane jedna uz drugu.

Ovu analogiju možemo koristiti da odredimo da li je tranzistor PNP ili NPN tipa testiranjem njegovog otpora između njegova tri terminala. Testirajući svaki njihov par u oba smjera pomoću multimetra, nakon šest mjerenja dobijamo sljedeći rezultat:

1. Emiter - baza. Ovi vodovi bi trebali djelovati kao normalna dioda i provoditi struju samo u jednom smjeru.

2.Kolektor - baza. Ovi vodovi bi također trebali djelovati kao normalna dioda i provoditi struju samo u jednom smjeru.

3. Emiter - kolektor. Ove zaključke ne treba izvoditi ni u kom pravcu.

Vrijednosti prijelaznog otpora tranzistora oba tipa

Tada možemo odrediti da je PNP tranzistor zdrav i zatvoren. Mala izlazna struja i negativni napon na njegovoj bazi (B) u odnosu na njegov emiter (E) će ga otvoriti i omogućiti da teče mnogo više struje emiter-kolektor. PNP tranzistori provode na pozitivnom potencijalu emitera. Drugim riječima, PNP bipolarni tranzistor će provoditi samo ako su terminali baze i kolektora negativni u odnosu na emiter.

Stranica 1 od 2

Dizajn i princip rada bipolarnog tranzistora

Bipolarni tranzistor je poluvodički uređaj koji ima dva spoja elektron-rupa formirana u jednom poluvodičkom monokristalu. Ovi prelazi formiraju tri regiona u poluprovodniku sa različitim tipovima električne provodljivosti. Jedna krajnja oblast se naziva emiter (E), druga - kolektor (K), srednja - baza (B). Metalni vodovi su zalemljeni u svako područje kako bi se tranzistor spojio na električni krug.
Električna provodljivost emitera i kolektora je suprotna električnoj provodljivosti baze. U zavisnosti od redosleda smenjivanja p- i n-područja razlikuju se tranzistori sa p-n-p i n-p-n strukturama. Konvencionalni grafički simboli za p-n-p i n-p-n tranzistore razlikuju se samo u smjeru strelice na elektrodi koja označava emiter.

Principi rada p-n-p i n-p-n tranzistora su isti, pa ćemo u budućnosti razmatrati samo rad tranzistora sa p-n-p strukturom.
Spoj elektron-rupa formiran od emitera i baze naziva se emiterski spoj, a spoj kolektora i baze naziva se kolektorski spoj. Udaljenost između spojeva je vrlo mala: za visokofrekventne tranzistore je manja od 10 mikrometara (1 μm = 0,001 mm), a za niskofrekventne tranzistore ne prelazi 50 μm.
Kada tranzistor radi, njegovi spojevi primaju vanjski napon iz izvora napajanja. U zavisnosti od polariteta ovih napona, svaki spoj se može uključiti u smjeru naprijed ili nazad. Postoje tri načina rada tranzistora: 1) režim prekida - oba prijelaza i, shodno tome, tranzistor su potpuno zatvoreni; 2) režim zasićenja - tranzistor je potpuno otvoren; 3) aktivni režim - ovo je način rada koji je srednji između prva dva. Režim prekida i zasićenja se koriste zajedno u ključnim fazama, kada je tranzistor naizmjenično potpuno otvoren ili potpuno zatvoren s frekvencijom impulsa koji dolaze u njegovu bazu. Kaskade koje rade u prekidačkom režimu koriste se u sklopnim krugovima (preklopna napajanja, horizontalni skenirajući izlazni stupnjevi televizora, itd.). Izlazni stupnjevi pojačavača snage mogu djelomično raditi u prekidnom režimu.
Tranzistori se najčešće koriste u aktivnom načinu rada. Ovaj način rada se određuje primjenom malog napona na bazu tranzistora, koji se naziva prednapon (U cm).Tranzistor se lagano otvara i struja počinje da teče kroz njegove prijelaze. Princip rada tranzistora zasniva se na činjenici da relativno mala struja koja teče kroz emiterski spoj (bazna struja) kontrolira veću struju u kolu kolektora. Struja emitera je zbir bazne i kolektorske struje.

Načini rada bipolarnog tranzistora

Režim isključenja tranzistor se dobija kada se p-n spojevi emitera i kolektora spoje na vanjske izvore u suprotnom smjeru. U ovom slučaju, vrlo male struje reverznog emitera teku kroz oba pn spoja ( I EBO) I kolekcionar ( I KBO). Osnovna struja jednaka je zbiru ovih struja i, ovisno o vrsti tranzistora, kreće se od jedinica mikroampera - µA (za silikonske tranzistore) do jedinica miliampera - mA (za germanijeve tranzistore).

Ako su p-n spojevi emitera i kolektora povezani na vanjske izvore u smjeru naprijed, tranzistor će biti u način zasićenja . Difuzijsko električno polje emiterskih i kolektorskih spojeva će biti djelomično oslabljeno električnim poljem stvorenim od vanjskih izvora U EB I U KB. Kao rezultat toga, potencijalna barijera koja je ograničavala difuziju glavnih nosilaca naboja će se smanjiti, a počeće prodiranje (ubrizgavanje) rupa iz emitera i kolektora u bazu, odnosno struje koje se nazivaju struje zasićenja emitera će teći kroz emiter i kolektor tranzistora ( I E.us) i kolekcionar ( I K.us).

Koristi se za pojačavanje signala aktivni način rada tranzistora .
Kada tranzistor radi u aktivnom načinu rada, njegov emiterski spoj se uključuje u smjeru naprijed, a kolektorski spoj se uključuje u obrnutom smjeru.

Pod jednosmjernim naponom UEB rupe se ubrizgavaju iz emitera u bazu. Jednom u bazi n-tipa, rupe postaju manjinski nosioci naboja u njoj i pod uticajem difuzijskih sila se kreću (difuzuju) do kolektorskog p-n spoja. Neke od rupa u bazi su popunjene (rekombinovane) slobodnim elektronima prisutnim u njoj. Međutim, širina baze je mala - od nekoliko jedinica do 10 mikrona. Dakle, glavni dio rupa dospijeva do kolektorskog p-n spoja i svojim električnim poljem se prenosi na kolektor. Očigledno, struja kolektora I K p ne može biti više emiterske struje, jer se neke od rupa rekombinuju u bazi. Zbog toga I K p = h 21B I uh
Magnituda h 21B naziva se statički koeficijent prijenosa struje emitera. Za moderne tranzistore h 21B= 0,90...0,998. Budući da je kolektorski spoj prebačen u suprotnom smjeru (često se kaže - pristrasan u suprotnom smjeru), kroz njega teče i obrnuta struja I BWC , formiran od manjinskih nosilaca baze (rupe) i kolektora (elektrona). Dakle, ukupna struja kolektora tranzistora spojenog prema krugu sa zajedničkom bazom

ITo = h 21B I uh +IBWC
Rupe koje nisu došle do kolektorskog spoja i rekombinovane (popunjene) u bazi daju joj pozitivan naboj. Da bi se uspostavila električna neutralnost baze, isti broj elektrona joj se dovodi iz vanjskog kola. Kretanje elektrona od vanjskog kola do baze stvara struju rekombinacije u njoj I B.rec. Osim struje rekombinacije, struja obrnute kolektora teče kroz bazu u suprotnom smjeru i puna bazna struja
I B = I B.rek - I KBO
U aktivnom načinu rada, struja baze je desetine i stotine puta manja od struje kolektora i struje emitera.

Bipolarni tranzistorski spojni krugovi

U prethodnom dijagramu, električni krug formiran od izvora U EB, emiter i baza tranzistora, naziva se ulaz, a kolo formirano od izvora U KB, kolektor i baza istog tranzistora, je izlaz. Baza je zajednička elektroda tranzistora za ulazna i izlazna kola, pa se takvo njeno uključivanje naziva kolo sa zajedničkom bazom, ili skraćeno "OB shema".

Sljedeća slika prikazuje krug u kojem je emiter zajednička elektroda za ulazna i izlazna kola. Ovo je kolo zajedničkog emitera, ili "OE dijagram".

U njemu je izlazna struja, kao u OB kolu, struja kolektora I K, malo se razlikuje od struje emitera I e, a ulaz je bazna struja I B, znatno manja od struje kolektora. Komunikacija između struja I B I I K u OE shemi je određen jednadžbom: I K= h 21 E I B + I KEO
Faktor proporcionalnosti h 21 E se naziva statički bazni koeficijent prijenosa struje. Može se izraziti u smislu statičkog koeficijenta prijenosa struje emitera h 21B
h 21 E = h 21B / (1 —h 21B )
Ako h 21B je unutar opsega od 0,9...0,998, odgovarajućih vrijednosti h 21 E će biti unutar 9...499.
Komponenta I keo se naziva reverzna struja kolektora u OE kolu. Njegova vrijednost je 1+ h 21 E puta više od I BWC, tj. I KEO =(1+ h 21 E ) I KBO. Reverzne struje I BWC i I Direktori ne ovise o ulaznim naponima U EB I U BE i kao rezultat se nazivaju nekontrolisane komponente kolektorske struje. Ove struje jako zavise od temperature okoline i određuju termička svojstva tranzistora. Utvrđeno je da je vrijednost obrnute struje I BER se udvostručuje sa povećanjem temperature od 10 °C za germanijum i 8 °C za silicijumske tranzistore. U OE kolu, promjene temperature u nekontroliranoj obrnutoj struji I KEO može biti desetine i stotine puta veći od temperaturnih promjena nekontrolirane reverzne struje I BWC i potpuno poremete rad tranzistora. Stoga se u tranzistorskim krugovima koriste posebne mjere za termičku stabilizaciju tranzistorskih kaskada, pomažući da se smanji utjecaj temperaturnih promjena u strujama na rad tranzistora.
U praksi često postoje krugovi u kojima je zajednička elektroda za ulazne i izlazne krugove tranzistora kolektor. Ovo je spojni krug sa zajedničkim kolektorom, ili “OK kolo” (sljedbenik emitera) .