NPN tranzistoriai

Pirmasis bipolinis jungties tranzistorius buvo išrastas 1947 m. Bell laboratorijose. „Du poliškumai“ yra sutrumpintas kaip bipolinis, taigi ir pavadinimas „ Bipolar junction transistor“. BJT yra trijų terminalų įtaisas, turintis kolektorių (C), pagrindą (B) ir emiterį (E). Norint identifikuoti tranzistoriaus gnybtus, reikalinga tam tikros BJT dalies kaiščių schema, ji bus prieinama duomenų lape. Yra dviejų tipų BJT - NPN ir PNP tranzistoriai. Šioje pamokoje kalbėsime apie NPN tranzistorius. Panagrinėkime du NPN tranzistorių pavyzdžius - BC547A ir PN2222A, parodytus aukščiau esančiuose paveikslėliuose.

Remiantis gamybos procesu, kaiščių konfigūracija pasikeis, o išsamią informaciją bus galima rasti atitinkamame duomenų lape. Didėjant tranzistoriaus galingumui, prie tranzistoriaus korpuso reikia pritvirtinti reikiamą šilumos kriauklę. Nešališkas tranzistorius arba tranzistorius be potencialo, įjungtas į gnybtus, yra panašus į du diodus, sujungtus atgal, kaip parodyta žemiau esančiame paveikslėlyje.

Diodas D1 turi atvirkštinio laidumo savybę, pagrįstą diodo D2 laidumu į priekį. Kai srovė teka per diodą D2, diodas D1 pajunta srovę ir proporcingai srovei bus leista tekėti atvirkštine kryptimi nuo kolektoriaus gnybto į spinduolio gnybtą, jei kolektoriaus gnybte bus naudojamas didesnis potencialas. Proporcinė konstanta yra Gain (β).

NPN tranzistorių darbas:

Kaip aptarta aukščiau, tranzistorius yra srovės valdomas įtaisas, turintis du išeikvojimo sluoksnius su specifiniu barjeriniu potencialu, reikalingu išeikvojimo sluoksniui išsklaidyti. Silicio tranzistoriaus barjerinis potencialas yra 0,7 V, esant 25 ° C, ir 0,3 V, esant 25 ° C, germanio tranzistoriui. Dažniausiai naudojamas silicio tipo tranzistorius, nes silicis yra gausiausias elementas žemėje po deguonies.

Vidinis veikimas:

Iš NPN tranzistorius statybos yra tai, kad kolektoriaus ir emiterio regionai yra su priedais, n-tipo medžiagos, o bazė yra regionas, su priedais, su maža sluoksnio p-tipo medžiagos. Emiterio sritis yra labai legiruota, palyginti su kolektoriaus sritimi. Šie trys regionai sudaro dvi sankryžas. Jie yra kolektoriaus-pagrindo jungtis (CB) ir bazės-spinduolio jungtis.

Kai per Bazės ir Emiterio sankryžą padidėja nuo 0 V potencialus VBE, elektronai ir skylės pradeda kauptis išeikvojimo srityje. Kai potencialas padidėja virš 0,7 V, pasiekiama barjero įtampa ir įvyksta difuzija. Vadinasi, elektronai teka link teigiamo terminalo, o bazinės srovės srautai (IB) yra priešingi elektronų srautui. Be to, srovė nuo kolektoriaus iki emiterio pradeda tekėti, jei kolektoriaus gnybte naudojama įtampa VCE. Tranzistorius gali veikti kaip jungiklis ir stiprintuvas.

Veikimo regionas, palyginti su veikimo režimu:

1. Aktyvus regionas, IC = β × IB - stiprintuvo veikimas

2. Sodrumo sritis, IC = prisotinimo srovė - jungiklio veikimas (visiškai įjungtas)

3. Ribinė sritis, IC = 0 - jungiklio veikimas (visiškai išjungtas)

Transistorius kaip jungiklis:

Norėdami paaiškinti PSPICE, pasirinktas BC547A modelis. Pirmas svarbus dalykas, į kurį reikia atkreipti dėmesį, naudojant pagrindo srovės ribotuvą. Didesnės bazinės srovės sugadins BJT. Iš duomenų lapo didžiausia kolektoriaus srovė yra 100mA ir nurodomas atitinkamas padidėjimas (hFE arba β).

Komponentų pasirinkimo veiksmai, 1. Suraskite kolektoriaus srovės srovę, kurią sunaudoja jūsų krūvis. Tokiu atveju tai bus 60mA (relės ritė arba lygiagrečios šviesos diodai), o rezistorius = 200 omų.

2. Norint įjungti tranzistorių į prisotinimo būseną, reikia tiekti pakankamą bazinę srovę, kad tranzistorius būtų visiškai įjungtas. Apskaičiuojama bazinė srovė ir atitinkamas naudojamas rezistorius.

Norint visiškai prisotinti, pagrindinė srovė yra apytiksliai lygi 0,6 mA (Ne per didelė ar per maža). Taigi žemiau yra grandinė su 0 V iki pagrindo, kurios metu jungiklis yra išjungtas.

a) BJT kaip jungiklio PSPICE modeliavimas ir b) lygiavertė jungiklio sąlyga

Teoriškai jungiklis yra visiškai atidarytas, tačiau praktiškai galima pastebėti nuotėkio srovės srautą. Ši srovė yra nereikšminga, nes jos yra pA arba nA. Norint geriau suprasti srovės valdymą, tranzistorius gali būti laikomas kintamu rezistoriumi kolektoriuje (C) ir emiteryje (E), kurio varža skiriasi priklausomai nuo srovės per pagrindą (B).

Iš pradžių, kai srovė nepraeina per pagrindą, varža per CE yra labai didelė, kad srovė per ją neteka. Kai pagrindo gnybte naudojamas 0,7 V ir didesnis potencialas, BE jungtis difuzuoja ir sukelia CB jungties difuziją. Dabar srovė teka iš kolektoriaus į spinduolį, atsižvelgiant į padidėjimą.

a) BJT kaip jungiklio PSPICE modeliavimas ir b) lygiavertė jungiklio sąlyga

Dabar pažiūrėkime, kaip valdyti išėjimo srovę valdant bazinę srovę. Atsižvelgiant į IC = 42mA ir laikantis tos pačios formulės aukščiau, gauname IB = 0,35mA; RB = 14,28 kOhm ≈ 15 kOhms.

a) BJT kaip jungiklio PSPICE modeliavimas ir b) lygiavertė jungiklio sąlyga

Praktinės vertės pokytis nuo apskaičiuotos vertės yra dėl įtampos kritimo tranzistoriuje ir naudojamos varžinės apkrovos.

Transistorius kaip stiprintuvas:

Stiprinimas yra silpno signalo pavertimas tinkama forma. Stiprinimo procesas buvo svarbus žingsnis daugelyje programų, tokių kaip belaidžiai perduoti signalai, belaidžiai priimti signalai, MP3 grotuvai, mobilieji telefonai ir kt., Tranzistorius gali sustiprinti galią, įtampą ir srovę esant skirtingoms konfigūracijoms.

Kai kurios konfigūracijos, naudojamos stiprintuvo grandinėse, yra

1. Bendras emiterio stiprintuvas
2. Bendras kolektoriaus stiprintuvas
3. Bendras pagrindo stiprintuvas

Iš pirmiau minėtų tipų įprasta ir dažniausiai naudojama konfigūracija. Operacija vyksta aktyvioje srityje. Vienos pakopos emiterio stiprintuvo grandinė yra jos pavyzdys. Kuriant stiprintuvą svarbu stabilus nuolatinės įtampos taškas ir stabilus kintamosios srovės stiprinimas. Vienpakopio stiprintuvo pavadinimas, kai naudojamas tik vienas tranzistorius.

Aukščiau yra vienos pakopos stiprintuvo grandinė, kurioje silpnas signalas, įjungtas pagrindiniame gnybte, konvertuojamas į β, didesnį už faktinį kolektoriaus gnybto signalą.

Dalinis tikslas:

CIN yra jungiamasis kondensatorius, kuris sujungia įvesties signalą su tranzistoriaus pagrindu. Taigi šis kondensatorius izoliuoja šaltinį nuo tranzistoriaus ir leidžia praleisti tik kintamosios srovės signalą. CE yra apeinamasis kondensatorius, kuris veikia kaip mažas pasipriešinimo kelias sustiprintam signalui. COUT yra jungiamasis kondensatorius, kuris sujungia išėjimo signalą iš tranzistoriaus kolektoriaus. Taigi šis kondensatorius izoliuoja išėjimą iš tranzistoriaus ir leidžia praleisti tik kintamosios srovės signalą. R2 ir RE suteikia stiprintuvo stabilumą, o R1 ir R2 kartu užtikrina stabilumą nuolatinės įtampos taške, veikdami kaip galimas daliklis.

Operacija:

Kontūras veikia akimirksniu kiekvienam laiko intervalui. Paprasčiau suprasti, kai kintamosios srovės įtampa pagrindiniame gnybte padidina atitinkamą srovės srauto padidėjimą per emiterio rezistorių. Taigi šis emiterio srovės padidėjimas padidina didesnę kolektoriaus srovę, tekančią per tranzistorių, o tai sumažina VCE kolektoriaus emiterio kritimą. Panašiai, kai įėjimo kintama įtampa eksponentiškai sumažėja, VCE įtampa pradeda didėti dėl sumažėjusios emiterio srovės. Visi šie įtampos pokyčiai akimirksniu atsispindi išėjime, kuris bus apverstas įvesties bangos forma, bet sustiprinta.

Charakteristikos	Bendra bazė	Paprastasis Emiteris	Bendras kolekcininkas
Įtampos padidėjimas	Aukštas	Vidutinis	Žemas
Dabartinis pelnas	Žemas	Vidutinis	Aukštas
Galios padidėjimas	Žemas	Labai aukštai	Vidutinis

Lentelė: Gainų palyginimo lentelė

Remiantis aukščiau pateikta lentele, galima naudoti atitinkamą konfigūraciją.