Bipolyar tranzistorlar. Bipolyar tranzistorli almashtirish sxemalari

Transistorlar. Ta'rif va tarix

Transistor- ikkita elektrod zanjiridagi oqim uchinchi elektrod tomonidan boshqariladigan elektron yarimo'tkazgichli qurilma. (tranzistors.ru)

Dala effektli tranzistorlar dastlab ixtiro qilingan (1928) va bipolyar 1947 yilda Bell Labs-da paydo bo'ldi. Va bu mubolag'asiz elektronikadagi inqilob edi.
Juda tez, tranzistorlar vakuum naychalarini turli xil elektron qurilmalarda almashtirdilar. Shu munosabat bilan bunday qurilmalarning ishonchliligi oshdi va ularning hajmi sezilarli darajada kamaydi. Va shu kungacha, mikrosxemaning qanchalik "murakkab" bo'lishidan qat'iy nazar, u hali ham ko'plab tranzistorlarni (shuningdek, diodlar, kondansatörler, rezistorlar va boshqalarni) o'z ichiga oladi. Faqat juda kichiklari.
Aytgancha, dastlab "tranzistorlar" rezistorlar deb nomlangan, ularning qarshiligini qo'llaniladigan kuchlanish qiymati yordamida o'zgartirish mumkin edi. Agar biz jarayonlar fizikasini e'tiborsiz qoldiradigan bo'lsak, unda zamonaviy tranzistor unga qo'llaniladigan signalga bog'liq bo'lgan qarshilik sifatida ham ifodalanishi mumkin.
Dala effekti va bipolyar tranzistorlar o'rtasidagi farq nima? Javob ularning ismlarida. Bipolyar tranzistorda zaryad uzatishni o'z ichiga oladi va elektronlar, va teshiklar ("bis" - ikki marta). Va dalada (aka unipolar) - yoki elektronlar, yoki teshiklar.
Shuningdek, ushbu turdagi tranzistorlar qo'llanilish sohalarida farqlanadi. Bipolyar qurilmalar asosan analog texnologiyalarda, dala raqamli raqamlarda qo'llaniladi.
Va nihoyat: har qanday tranzistorlarni qo'llashning asosiy sohasi- qo'shimcha quvvat manbai tufayli zaif signalni kuchaytirish.

Bipolyar tranzistor. Ish printsipi. Asosiy xususiyatlar

Bipolyar tranzistor uchta mintaqadan iborat: har biri energiya bilan ta'minlangan emitent, tayanch va kollektor. Ushbu maydonlarning o'tkazuvchanligi turiga qarab n-p-n va p-n-p tranzistorlari ajratiladi. Odatda kollektor maydoni emitent maydonidan kengroq. Baza ozgina aralashtirilgan yarimo'tkazgichdan qilingan (shu sababli u yuqori qarshilikka ega) va juda yupqa qilingan. Emitent-bazaning aloqa maydoni tayanch-kollektor bilan aloqa zonasidan ancha kichik bo'lgani uchun, ulanishning polaritesini o'zgartirib, emitent va kollektorni joylarda o'zgartirish mumkin emas. Shunday qilib, tranzistor muvozanatsiz qurilma sifatida tasniflanadi.
Transistor fizikasini ko'rib chiqishdan oldin, umumiy muammoni bayon qilaylik.


Ular quyidagicha: emitent va kollektor o'rtasida kuchli oqim oqadi ( kollektor oqimi) va emitent va tayanch o'rtasida - zaif boshqaruv oqimi ( asosiy oqim). Kollektor oqimi asosiy oqim o'zgarishiga qarab o'zgaradi. Nima uchun?
Transistorning pn birikmalarini ko'rib chiqing. Ularning ikkitasi bor: emitent-baza (EB) va baza kollektor (BC). Transistorning faol ishlash rejimida ularning birinchisi oldinga qarab, ikkinchisi teskari tomonlarga bog'langan. Bu holda p-n birikmalarida nima bo'ladi? Aniqroq qilish uchun biz n-p-n tranzistorini ko'rib chiqamiz. P-n-p uchun hamma narsa bir xil, faqat "elektronlar" so'zi "teshiklar" bilan almashtirilishi kerak.
EB o'tish jarayoni ochiq bo'lgani uchun, elektronlar bazaga osonlikcha "o'tib ketadi". U erda ular qisman teshiklari bilan birlashadi, ammo b O Ularning aksariyati, taglikning kichik qalinligi va uning zaif qotishmasi tufayli, tayanch-kollektor o'tishiga erishadi. Biz eslayotganimizdek, teskari tarafkashlik bilan yoqilgan. Va bazadagi elektronlar ozchilik zaryad tashuvchisi bo'lganligi sababli, o'tish elektr maydoni ularga uni engishga yordam beradi. Shunday qilib, kollektor oqimi emitent oqimidan bir oz kamroq. Endi qo'llaringizni tomosha qiling. Agar tayanch tok kuchaytirilsa, u holda EB birikmasi kuchliroq ochiladi va emitent va kollektor o'rtasida ko'proq elektronlar siljiydi. Va kollektor oqimi dastlab tayanch oqimidan yuqori bo'lganligi sababli, bu o'zgarish juda sezilarli bo'ladi. Shunday qilib, bazada qabul qilingan zaif signalning kuchayishi bo'ladi... Shunga qaramay, kollektor oqimidagi katta o'zgarish bazaviy oqimdagi kichik o'zgarishlarning mutanosib aksidir.
Esimda, sinfdoshim suv o'tkazgichi misolida bipolyar tranzistorning ishlash printsipini tushuntirgan. Undagi suv kollektor oqimi va asosiy boshqarish oqimi biz tugmachani qanchalik aylantiramiz. Musluktan suv oqimini ko'paytirish uchun ozgina harakat (nazorat harakati) etarli.
Ko'rib chiqilgan jarayonlardan tashqari, tranzistorning pn o'tish joylarida bir qator boshqa hodisalar ham sodir bo'lishi mumkin. Masalan, tayanch-kollektor o'tish joyidagi kuchlanishning kuchli o'sishi bilan zarba ionizatsiyasi tufayli ko'chki zaryadini ko'paytirish boshlanishi mumkin. Va tunnel effekti bilan birlashganda, bu birinchi navbatda elektrni, keyin esa (tokning ko'payishi bilan) va termal buzilishlarni keltirib chiqaradi. Shu bilan birga, tranzistorda termal buzilish elektrsiz (ya'ni kollektor kuchlanishini buzilish voltajiga oshirmasdan) sodir bo'lishi mumkin. Buning uchun kollektor orqali bitta ortiqcha oqim etarli bo'ladi.
Yana bir hodisa kollektor va emitent birikmalaridagi kuchlanishlar o'zgarganda ularning qalinligi o'zgarishi bilan bog'liq. Va agar taglik juda nozik bo'lsa, unda yopilish effekti bo'lishi mumkin (taglikning "teshilishi" deb ataladi) - kollektor birikmasining emitent birikmasi bilan aloqasi. Bunday holda, taglik maydoni yo'qoladi va tranzistor normal ishlashni to'xtatadi.
Transistorning normal faol rejimida tranzistorning kollektor oqimi bazaviy oqimdan ma'lum marta kattaroqdir. Ushbu raqam chaqiriladi joriy daromad va tranzistorning asosiy parametrlaridan biridir. Belgilangan h21... Agar tranzistor kollektorga yuklamasdan yoqilsa, unda doimiy kollektor-emitent kuchlanishida kollektor oqimining tayanch oqimiga nisbati bo'ladi statik oqim kuchi... Bu o'nlab yoki yuzlab birliklarga teng bo'lishi mumkin, ammo yukni yoqish paytida kollektor oqimi tabiiy ravishda kamayib ketishi sababli haqiqiy koeffitsientlarda bu koeffitsient kamroq ekanligini hisobga olish kerak.
Ikkinchi muhim parametr tranzistorning kirish empedansi... Ohm qonuniga binoan, bu tayanch va emitent o'rtasidagi kuchlanishning bazaning boshqaruv oqimiga nisbati. U qanchalik katta bo'lsa, tayanch oqimi qancha past bo'lsa va daromad shunchalik yuqori bo'ladi.
Bipolyar tranzistorning uchinchi parametri kuchlanish kuchayishi... Chiqish (emitent-kollektor) va kirish (baza-emitent) o'zgaruvchan voltajlarining amplituda yoki rms qiymatlarining nisbati bilan tengdir. Birinchi qiymat odatda juda katta (birlik va o'nlab volt), ikkinchisi esa juda kichik (o'ndan bir volt), bu koeffitsient o'n minglab birliklarga yetishi mumkin. Shunisi e'tiborga loyiqki, har bir tayanch nazorat signalining o'ziga xos kuchlanish kuchayishi mavjud.
Shuningdek, tranzistorlar mavjud chastotali javob tranzistorning signalni kuchaytirish qobiliyatini tavsiflovchi, chastotasi kuchayishning kesish chastotasiga yaqinlashadi. Haqiqat shundaki, kirish signalining chastotasi oshishi bilan daromad kamayadi. Buning sababi shundaki, asosiy fizik jarayonlarning vaqti (tashuvchining emitentdan kollektorgacha harakatlanish vaqti, to'siqni sig'adigan birikmalarning zaryadlanishi va zaryadsizlanishi) kirish signalining o'zgarishi davriga to'g'ri keladi. O'sha. tranzistor kirish signalidagi o'zgarishlarga javob berishga vaqt topolmaydi va bir muncha vaqt uni kuchaytirishni to'xtatadi. Bu sodir bo'ladigan chastota deyiladi chegara.