Es gibt verschiedene Arten von Halbleiterbauelementen - Thyristoren, Trioden, die nach Zweck und Art des Designs klassifiziert sind. Halbleiter-Bipolartransistoren können gleichzeitig Ladungen zweier Arten übertragen, während nur Feldeffekte vorhanden sind.

Design und Funktionsprinzip

Früher anstelle von Transistoren in stromkreise  Es wurden spezielle rauscharme elektronische Lampen verwendet, die jedoch groß waren und mit Glühlampen betrieben wurden. Der Bipolartransistor GOST 18604.11-88 ist ein Halbleiter elektrogerät, das ein gesteuertes Element ist und durch eine dreischichtige Struktur gekennzeichnet ist, wird zur Steuerung der Mikrowelle verwendet. Es kann in dem Fall ohne es sein. Sie sind p-n-p- und n-p-n-Typen. Abhängig von der Reihenfolge der Schichten kann die Basis eine Platte p oder n sein, auf der ein bestimmtes Material abgeschieden ist. Aufgrund der Diffusion während der Herstellung wird eine sehr dünne, aber starke Beschichtungsschicht erhalten.

Foto - Prinzipien der Inklusion

Um festzustellen, welcher Transistor vor Ihnen liegt, müssen Sie den Pfeil des Emitterübergangs finden. Wenn seine Richtung zur Basis geht, ist die Struktur pnp, wenn von ihr, dann npn. Einige polare Importanaloga (IGBT und andere) haben möglicherweise buchstabenbezeichnung  Übergang. Darüber hinaus gibt es auch bipolare komplementäre Transistoren. Dies sind Geräte mit den gleichen Eigenschaften, aber unterschiedlichen Leitfähigkeitstypen. Ein solches Paar hat Anwendung in verschiedenen Funkschaltungen gefunden. Diese Funktion muss berücksichtigt werden, wenn ein Austausch einzelner Schaltungselemente erforderlich ist.

Fotokonstruktion

Der Bereich in der Mitte wird als Basis bezeichnet, auf beiden Seiten befinden sich Emitter und Kollektor. Die Basis ist sehr dünn, oft überschreitet ihre Dicke ein Paar von 2 Mikrometern nicht. Theoretisch gibt es einen idealen Bipolartransistor. Dies ist ein Modell, bei dem der Abstand zwischen dem Emitter- und dem Kollektorbereich gleich ist. Oft ist der Emitterübergang (der Bereich zwischen der Basis und dem Emitter) jedoch doppelt so groß wie der Kollektor (der Bereich zwischen der Basis und dem Kollektor).

Fototypen von bipolaren Trioden

Durch die Art der Verbindung und den Grad des Leistungsdurchsatzes werden sie unterteilt in:

1. Hochfrequenz;
2. Niederfrequenz.

Durch Einschalten:

1. Geringe Leistung;
2. Mittlere Leistung;
3. Leistung (zur Steuerung wird ein Transistortreiber benötigt).

Das Funktionsprinzip von Bipolartransistoren basiert auf der Tatsache, dass zwei Medianübergänge in unmittelbarer Nähe zueinander angeordnet sind. Auf diese Weise können Sie die durch sie hindurchtretenden elektrischen Impulse erheblich verbessern. Bei Anwendung auf verschiedene Standorte (Bereiche) elektrische Energie  Bei unterschiedlichen Potentialen verschiebt sich dann ein bestimmter Bereich des Transistors. In dieser Hinsicht sind sie Dioden sehr ähnlich.

Foto ist ein Beispiel

Zum Beispiel, wenn positiv geöffnet wird p-n Regionund mit einem Negativ schließt es. Das Hauptmerkmal der Wirkung von Transistoren besteht darin, dass, wenn ein Bereich verschoben wird, die Basis mit Elektronen oder Leerstellen (Löchern) gesättigt ist, was das Potential verringert und die Leitfähigkeit des Elements erhöht.

Die folgenden Schlüsselarten der Arbeit:

1. Aktiver Modus;
2. Cutoff;
3. Doppel oder Sättigung;
4. Invers.

Bevor Sie den Betriebsmodus in bipolaren Trioden bestimmen, müssen Sie verstehen, wie sie sich voneinander unterscheiden. Hochspannungsbetriebe arbeiten meistens im aktiven Modus (auch als Schlüsselmodus bezeichnet), hier wird der Emitterübergang beim Einschalten verschoben und die Sperrspannung liegt am Kollektorabschnitt an. Der Inversionsmodus ist der Antipode des Aktiven, alles ist direkt proportional verschoben. Dadurch werden elektronische Signale deutlich verstärkt.

Während der Abschaltung werden alle Spannungsarten ausgeschlossen, der Strompegel des Transistors wird auf Null reduziert. In diesem Modus öffnet sich der Transistorschalter oder die Feldtriode mit einem isolierten Gate und das Gerät schaltet sich aus. Es gibt auch eine Dual-Mode- oder Sättigungsoperation, bei dieser Art von Operation kann der Transistor nicht als Verstärker fungieren. Basierend auf diesem Verbindungsprinzip arbeiten Schaltkreise dort, wo es nicht erforderlich ist, die Signale zu verstärken, sondern die Kontakte zu öffnen und zu schließen.

Aufgrund der unterschiedlichen Spannungs- und Strompegel in verschiedenen Modi können Sie den Bipolartransistor zur Bestimmung mit einem Multimeter überprüfen. Im Verstärkungsmodus sollte beispielsweise ein funktionierender n-p-n-Transistor eine Stufenänderung von 500 auf 1200 Ohm aufweisen. Das Messprinzip wird nachfolgend beschrieben.

Der Hauptzweck von Transistoren besteht darin, bestimmte Signale zu ändern elektrisches Netz abhängig von Strom- und Spannungsanzeigen. Mit ihren Eigenschaften können Sie die Verstärkung steuern, indem Sie die Frequenz des Stroms ändern. Mit anderen Worten ist es ein Widerstandswandler und ein Signalverstärker. Es wird in verschiedenen Audio- und Videogeräten zur Steuerung von Stromflüssen mit geringem Stromverbrauch sowie als UMZCH, Transformatoren, Steuermotoren von Werkzeugmaschinen usw. verwendet.

Video: Wie Bipolartransistoren funktionieren

Überprüfen Sie

Der einfachste Weg, h21e von leistungsstarken Bipolartransistoren zu messen, besteht darin, sie mit einem Multimeter anzurufen. Zum Öffnen der Halbleitertriode p-n-p wird eine negative Spannung an die Basis angelegt. Dazu wird das Multimeter bei -2000 Ohm in den Ohmmeter-Modus geschaltet. Norm für Widerstandsschwankungen von 500 bis 1200 Ohm.

Um andere Bereiche zu überprüfen, müssen Sie einen positiven Widerstand auf die Basis ausüben. Während dieses Tests sollte die Anzeige mehr Widerstand anzeigen, andernfalls ist die Triode fehlerhaft.

Manchmal werden die Ausgangssignale durch Widerstände unterbrochen, die installiert werden, um den Widerstand zu verringern, aber jetzt wird eine solche Bypass-Technologie selten verwendet. Zum Testen der Impulswiderstandseigenschaften transistoren n-p-n  Sie müssen Plus mit der Basis und Minus mit den Ausgängen des Emitters und Kollektors verbinden.

Technische Daten und Kennzeichnung

Die Hauptparameter, anhand derer diese Halbleiterelemente ausgewählt werden, sind die Pinbelegung und die Farbmarkierung.

Foto - Pinbelegung von bipolaren Trioden mit geringer Leistung

Photo - Power Pinout

Die Farbcodierung wird ebenfalls verwendet.

Foto - Beispiele für Farbmarkierungen

Fotos - Farbkarte

Viele inländische moderne Transistoren werden auch durch einen alphanumerischen Code angezeigt, der Informationen über die Gruppe (Feld, Bipolar), den Typ (Silizium usw.), das Jahr und den Monat der Veröffentlichung enthält.

Fotos - Entschlüsselung

Die Haupteigenschaften (Parameter) von Trioden:

1. Spannungsverstärkung;
2. Eingangsspannung;
3. Zusammengesetzter Frequenzgang.

Zur Auswahl werden auch statische Eigenschaften verwendet, die einen Vergleich der Eingangs- und Ausgangs-I - V-Eigenschaften umfassen.

Die erforderlichen Parameter können berechnet werden, wenn die Berechnung gemäß den Hauptmerkmalen (Verteilung der Kaskadenströme, Berechnung des Schlüsselmodus) erfolgt. Kollektorstrom: Ik \u003d (Ucc-Ucanas) / Rн

• Ucc - Netzspannung;
• Ukenas - Sättigung;
• Rн - Netzwerkwiderstand.

Leistungsverlust während des Betriebs:

P \u003d Ik * Ukenas

Sie können Bipolartransistoren SMD, IGBT und andere in jedem Elektrofachgeschäft kaufen. Ihr Preis variiert je nach Zweck und Eigenschaften zwischen einigen Cent und einem Dutzend Dollar.

Abhängig vom Funktionsprinzip und den Konstruktionsmerkmalen werden Transistoren in zwei große Klassen unterteilt: bipolar  und feld.

Bipolartransistor  - Dies ist ein Halbleiterbauelement mit zwei zusammenwirkenden pn-Übergängen und drei oder mehr Anschlüssen.

Ein Halbleiterkristall eines Transistors besteht aus drei Bereichen mit alternierenden Arten elektrischer Leitfähigkeit, zwischen denen sich zwei befinden rn-Übergang. Der mittlere Bereich ist daher normalerweise sehr dünn (Bruchteile eines Mikrometers) rn- Übergänge liegen nahe beieinander.

Abhängig von der Wechselreihenfolge der Halbleiterbereiche mit unterschiedlichen Arten der elektrischen Leitfähigkeit werden Transistoren unterschieden rr  und p-p-parten von .   Vereinfachte Strukturen und UGO verschiedene Arten  Transistoren sind in Abbildung 1.23 dargestellt. aber, b.

Abbildung 1.23 - Struktur und UGO von Bipolartransistoren

Ein Bipolartransistor ist das häufigste aktive Halbleiterbauelement. Als Hauptmaterial für die Herstellung von Bipolartransistoren wird derzeit Silizium verwendet. In diesem Fall werden hauptsächlich Transistoren hergestellt p-p-Typ, bei dem die Hauptladungsträger Elektronen sind, deren Mobilität zwei- bis dreimal höher ist als die Mobilität von Löchern.

Der Wert des in der Ausgangsschaltung (in der Kollektor- oder Emitterschaltung) fließenden Bipolarstromtransistors wird durch gesteuert strom im Steuerelektrodenkreis - Basis. Basis   genannt durchschnittschicht in der Struktur des Transistors. Extreme Schichten werden genannt emitter   (emittieren, spucken) und sammler   (sammeln). Die Konzentration an Verunreinigungen (und folglich die Hauptladungsträger) im Emitter ist signifikant höher als in der Basis und höher als im Kollektor. Daher ist der Emitterbereich am größten geringer Widerstand.

Um die physikalischen Prozesse im Transistor zu veranschaulichen, verwenden wir die vereinfachte Struktur des Transistors p-p-p  der in Abbildung 1.24 gezeigte Typ. Um das Funktionsprinzip des Transistors zu verstehen, ist es äußerst wichtig, dies zu berücksichtigen rnTransistorübergänge interagieren stark miteinander. Dies bedeutet, dass der Strom eines Übergangs den Strom eines anderen stark beeinflusst und umgekehrt.

Im aktiven Modus (wenn der Transistor als Verstärkerelement arbeitet) werden zwei Stromquellen an den Transistor angeschlossen, so dass emitter  Der Übergang wurde voreingenommen in Vorwärtsrichtungund sammler - im Gegenteil  (Abbildung 1.24). Unter der Aktion elektrisches Feld  Quelle E.  Durch den Emitterübergang fließt ein ausreichend großer Durchlassstrom Ich  E, das hauptsächlich zur Verfügung gestellt wird injektion  Elektronen vom Emitter zur Basis Die Injektion von Löchern von der Basis zum Emitter ist aufgrund des obigen Unterschieds in der Konzentration der Verunreinigungsatome unbedeutend.

Abbildung 1.24 - Physikalische Prozesse in einem Bipolartransistor

Elektronenfluss liefert Strom Ich  E durch den Emitter-Basis-Übergang ist in Abbildung 1.24 durch einen breiten Pfeil dargestellt. Ein Teil der in den Bereich der Basis injizierten Elektronen (1 ... 5%) rekombinieren  mit den Hauptladungsträgern für diesen Bereich - Löcher, die einen Strom im externen Stromkreis der Basis bilden Ich  B. Aufgrund des großen Unterschieds in den Konzentrationen der Hauptladungsträger im Emitter und in der Base, nicht kompensierte Elektronen, die in die Basis injiziert werden, bewegen sich tief in Richtung des Kollektors.

In der Nähe des Sammlers p-pÜbergangselektronen unter die Wirkung eines beschleunigenden elektrischen Feldes fallen  dieser in Sperrrichtung vorgespannte Übergang. Und da sie nicht primäre Träger in der Datenbank sind, passiert dies rückzug (extraktion ) Elektronen in den Kollektorbereich. Im Kollektor werden Elektronen zu Hauptladungsträgern und erreichen leicht den Kollektorausgang, wodurch ein Strom im externen Stromkreis des Transistors erzeugt wird.

Auf diese Weise, der Strom durch den Basisanschluss des Transistors wird durch zwei gegenläufige Stromkomponenten bestimmt. Wenn es keine Rekombinationsprozesse in der Basis gäbe, wären diese Ströme gleich und der resultierende Basisstrom wäre Null. Da jedoch in jedem realen Transistor Rekombinationsprozesse vorhanden sind, ist der Emitterstrom p-n-übergang etwas mehr Kollektorstrom p-n-Übergang.

Für den Kollektorstrom können wir die folgende Gleichheit schreiben

, (1.9)

wo a   st  - statischer Emitterstromübertragungskoeffizient;

Ich CCD- Sperrschicht-Sperrschichtstrom (thermischer Strom) (für Transistoren mit geringer Leistung bei normaler Temperatur beträgt er 0,015 ... 1 μA).

In der Praxis ist der statische Emitterstromübertragungskoeffizient a   stkann je nach Transistortyp Werte im Bereich von 0,95 bis 0,998 annehmen.

Der Emitterstrom im Transistor ist numerisch der größte und gleich

, (1.11)

wo ist der statische Stromübertragungskoeffizient der Basis in einer Schaltung mit einem gemeinsamen Emitter (in der Referenzliteratur die Notation h 21E.  nimmt normalerweise den Wert b an   st  \u003d 20 ... 1000 je nach Art und Leistung des Transistors).

Aus dem Vorstehenden folgt, dass der Transistor ein gesteuertes Element ist, da der Wert seines Kollektor- (Ausgangs-) Stroms von den Werten des Emitter- und Basisstroms abhängt.

Abschließend ist unter Berücksichtigung des Funktionsprinzips eines Bipolartransistors zu beachten, dass der Widerstand des in Sperrrichtung vorgespannten Kollektorübergangs (beim Anlegen einer Sperrspannung) sehr hoch ist (Hunderte von Kilo-Ohm). Deshalb in die Kollektorschaltung können Sie Lastwiderstände mit sehr großen Widerständen aufnehmen, praktisch ohne den Wert des Kollektorstroms zu verändern. Dementsprechend wird im Lastkreis eine erhebliche Leistung freigesetzt.

Der Widerstand des in Vorwärtsrichtung vorgespannten Emitterübergangs ist dagegen sehr klein (zehn bis Hunderte von Ohm). Daher ist bei nahezu identischen Werten der Emitter- und Kollektorströme die in der Emitterschaltung verbrauchte Leistung erheblich geringer als die in der Lastschaltung freigesetzte Leistung. Dies zeigt das an der Transistor ist eine leistungsverstärkende Halbleitervorrichtung.

Die Herstellungstechnologie von Bipolartransistoren kann unterschiedlich sein: fusion, diffusion , epitaxie  . Dies bestimmt weitgehend die Eigenschaften des Geräts. Typische Strukturen von Bipolartransistoren, die mit verschiedenen Methoden hergestellt wurden, sind in Abbildung 1.25 dargestellt. Insbesondere in Abbildung 1.25 aber  Struktur gezeigt raftingin Abbildung 1.25 b - epitaktisch-diffusionin Abbildung 1.25 in - planarin Abbildung 1.25 g - mesplanartransistoren.

Abbildung 1.25 - Verfahren zur Herstellung von Bipolartransistoren

Betriebsarten und Transistorschaltkreise

Für jeden p-pder Übergang des Transistors kann sowohl mit Gleich- als auch mit Sperrspannung angelegt werden. Dementsprechend werden vier Betriebsarten eines Bipolartransistors unterschieden:   Cutoffs, Modus   Sättigung, aktivmodus und inversmodus.

Aktiv  Der Modus wird durch Anlegen einer Gleichspannung an den Emitterübergang und einer Sperrspannung an den Kollektorübergang (der Hauptbetriebsart des Transistors) bereitgestellt. Dieser Modus entspricht dem Maximalwert des Emitterstromübertragungskoeffizienten und sorgt für eine minimale Verzerrung des verstärkten Signals.

In invers   Die Durchlassspannung wird an den Kollektorübergang angelegt, die Rückwärtsspannung wird an den Emitterübergang angelegt (a   st  ® min; sehr selten verwendet).

Im Modus sättigung   Beide Übergänge stehen unter Vorwärtsvorspannung. In diesem Fall ist der Ausgangsstrom unabhängig vom Eingangsstrom und wird nur durch die Lastparameter bestimmt.

Im Modus cutoffs   Beide Übergänge sind in entgegengesetzte Richtungen vorgespannt. Der Ausgangsstrom liegt nahe bei Null.

Sättigungs- und Abschaltmodi werden gleichzeitig in verwendet schlüsselschemata  (wenn sich der Transistor im Schlüsselmodus befindet).

Bei Verwendung eines Transistors in elektronische Geräte  Sie benötigen zwei Pins zum Liefern eines Eingangssignals und zwei Pins zum Anschließen einer Last (Entfernen des Ausgangssignals). Da der Transistor nur drei Ausgänge hat, muss einer von ihnen den Eingangs- und Ausgangssignalen gemeinsam sein.

Abhängig davon, welcher Ausgang des Transistors gemeinsam ist, wenn eine Signalquelle und eine Last verbunden sind, gibt es drei Transistorschaltkreise: s gemeinsame Basis  (AB) (Abbildung 1.26, aber); mit gemeinsamer Emitter  (OE) (Abbildung 1.26, b); mit gemeinsamer Sammler  (OK) (Abbildung 1.26, in).

In diesen Schemata Quellen konstante Spannung  und Widerstände liefern Transistorbetriebsarten für gleichstromdas heißt, die notwendigen Werte von Spannungen und Anfangsströmen. AC-Eingangssignale werden von Quellen erzeugt und in.  Sie ändern den Strom des Emitters (Basis) des Transistors und dementsprechend den Kollektorstrom. Kollektorstrominkremente (Abbildung 1.26, aber, b) und Emitterstrom (Abbildung 1.26, in) erzeugt jeweils auf den Widerständen R K.  und R e  Spannungsinkremente, die die Ausgangssignale sind und raus.

a b c

Abbildung 1.26 - Transistorschaltkreise

Bei der Bestimmung des Schaltkreises des Transistors ist zu berücksichtigen, dass der Widerstand der Gleichspannungsquelle für Wechselstrom nahe Null liegt.

Strom-Spannungs-Eigenschaften des Transistors

Die Eigenschaften eines Bipolartransistors werden am besten anhand der statischen Strom-Spannungs-Eigenschaften beschrieben. In diesem Fall werden die Eingangs- und Ausgangs-CVCs des Transistors unterschieden. Da alle drei Ströme (Basis, Kollektor und Emitter) im Transistor eng miteinander verbunden sind, müssen bei der Analyse des Betriebs des Transistors die Eingangs- und Ausgangsstrom-Spannungs-Eigenschaften gleichzeitig verwendet werden.

Jeder Transistorschaltkreis hat seine eigenen Strom-Spannungs-Eigenschaften, die die funktionale Abhängigkeit der Ströme durch den Transistor von den angelegten Spannungen sind. Aufgrund der nichtlinearen Natur dieser Abhängigkeiten werden sie normalerweise in grafischer Form dargestellt.

Der Transistor ist wie ein Vierpolanschluss charakterisiert eingabe  und wochenendestatische I - V-Kennlinien, die jeweils die Abhängigkeit des Eingangsstroms von der Eingangsspannung (bei einem konstanten Wert der Ausgangsspannung des Transistors) und des Ausgangsstroms von der Ausgangsspannung (bei einem konstanten Eingangsstrom des Transistors) zeigen.

Abbildung 1.27 zeigt die statischen I - V - Eigenschaften. rrTransistor im Schema mit OE enthalten (am häufigsten in der Praxis verwendet).

a b

Abbildung 1.27 - Statische Strom-Spannungs-Eigenschaften eines Bipolartransistors, der nach einem Schema mit OE angeschlossen ist

CVC eingeben (Abbildung 1.27, aber) ähnelt dem direkten Zweig der I - V - Kennlinie der Diode. Es ist eine aktuelle Abhängigkeit I B.  von der Spannung U BE U CEdas heißt, eine Abhängigkeit der Form

. (1.12)

Aus Abbildung 1.27, aber  gesehen: je größer die Spannung U CEJe weiter rechts der Zweig der Eingangs-I - V-Kennlinie verschoben ist. Dies liegt daran, dass mit einer Erhöhung der Sperrvorspannung U CE  Die Höhe der potentiellen Kollektorsperre nimmt zu p-n-Übergang. Und da der Transistorkollektor und Emitter p-nÜbergänge interagieren stark, was wiederum zu einer Abnahme des Basisstroms bei konstanter Spannung führt U BE.

Statische CVCs in Abbildung 1.27, aberbei normaler Temperatur (20 ° C) eingenommen. Mit zunehmender Temperatur verschieben sich diese Eigenschaften nach links und beim Absenken nach rechts. Dies liegt an der Tatsache, dass mit zunehmender Temperatur die Eigenleitfähigkeit von Halbleitern zunimmt.

Für die Ausgangsschaltung des Transistors, der gemäß dem Schema mit der OE verbunden ist, wird eine Familie von Ausgangs-CVCs konstruiert (Abbildung 1.27, b) Dies liegt an der Tatsache, dass der Kollektorstrom des Transistors nicht nur (und nicht so sehr, wie aus der Figur ersichtlich ist) von der an den Kollektorübergang angelegten Spannung abhängt, sondern auch vom Basisstrom. Daher wird die Ausgangsstrom-Spannungs-Kennlinie für eine Schaltung mit OE als Stromabhängigkeit bezeichnet Ich K.  von der Spannung U CE  bei einem festen Strom I B.das heißt, eine Abhängigkeit der Form

. (1.13)

Jede der Ausgangsstrom-Spannungs-Eigenschaften eines Bipolartransistors ist zu Beginn durch einen starken Anstieg des Ausgangsstroms gekennzeichnet Ich K.  mit zunehmender Ausgangsspannung   U CEund dann mit einem weiteren Spannungsanstieg eine leichte Stromänderung.

An der Ausgangs-I - V-Charakteristik des Transistors können drei Bereiche unterschieden werden, die unterschiedlichen Transistorbetriebsarten entsprechen: Bereich sättigung, Bereich cutoffs  und Bereich aktive Arbeit  (Gewinn) ,   entsprechend dem aktiven Zustand des Transistors, wenn ½ U BE  ½\u003e 0 und ½ U CE½> 0.

Die statischen Eingangs- und Ausgangseigenschaften von Transistoren werden bei der graphischen Analyse von Kaskaden verwendet, die Transistoren enthalten.

Statische Eingangs- und Ausgangsstrom-Spannungs-Eigenschaften eines Bipolartransistors p-n-p-Typ für die Schaltung mit OB sind in Abbildung 1.28 dargestellt. aber  und 1,28, b  entsprechend.

a b

Abbildung 1.28 - Statische Strom-Spannungs-Eigenschaften eines Bipolartransistors für eine Verbindungsschaltung mit OB

Für eine Schaltung mit einer statischen Eingangs-I - V-Kennlinie wird die Stromabhängigkeit aufgerufen Ich e  von der Spannung U EB  bei einem festen Spannungswert U KBdas heißt, eine Abhängigkeit der Form

. (1.14)

Die statische Ausgangsstrom-Spannungs-Kennlinie für eine Schaltung mit OB wird als Stromabhängigkeit bezeichnet Ich K.  von der Spannung U KB  bei einem festen Strom Ich edas heißt, eine Abhängigkeit der Form

. (1.15)

In Abbildung 1.28 ist b  Es können zwei Bereiche unterschieden werden, die zwei Transistorbetriebsarten entsprechen: aktiv  Modus ( U KB< 0 и коллекторный переход смещен в обратном направлении); режим sättigung(U KB\u003e0 und der Kollektorübergang wird nach vorne verschoben).

Das mathematische Modell eines Bipolartransistors

Bisher sind viele elektrische Modelle von Bipolartransistoren bekannt. Am häufigsten in CAD-Systemen (Computer Aided Design) für elektronische Geräte verwendet: Ebers-Mall-Modelle, verallgemeinertes Gummel-Pune-Ladungssteuerungsmodell, Linville-Modell sowie lokale P- und T-förmige Modelle linearer Inkremente von Giacolleto.

Betrachten Sie als Beispiel eine der Versionen des Ebers-Mall-Modells (Abbildung 1.29), die die Eigenschaften der Transistorstruktur im linearen Betriebsmodus und im Cutoff-Modus widerspiegelt.

Abbildung 1.29 - Das Ersatzschaltbild eines Bipolartransistors (Ebers-Mall-Modell)

In Abbildung 1.29 wird die folgende Notation verwendet: r e, r b, r zu  - Widerstand der Emitter-, Basis- und Kollektorbereiche des Transistors und der Kontakte zu ihnen; Ich b , Ich zu - spannungsgesteuert und nam Eingangsübergang Stromquellen, die die Übertragung von Strom durch einen Transistor widerspiegeln; R eb  - Leckwiderstand des Basis-Emitter-Übergangs; R kb -leckwiderstand zwischen Basis und Kollektor. Quellstrom Ich b  verbunden mit der Spannung am Sperrschichtverhältnis

, (1.15)

wo Ich BO  - Sättigungsstrom des Basis-Emitter-Übergangs (Rückstrom);

y   zu  \u003d (0,3 ... 1,2) V ist die Kontaktpotentialdifferenz (abhängig von der Art des Halbleitermaterials);

t  - empirischer Koeffizient.

Parallel zum Basis-Emitter-Übergang enthalten barriere  Kapazität Mit sein  und diffusion  Kapazität Mit de  Übergang. Wert Mit seinbestimmt durch sperrspannung  am Übergang und nund hängt davon gesetzlich ab

, (1.16)

wo C 0 b -   Übergangskapazität bei und n \u003d0;

g \u003d 0,3 ... 0,5 ist ein Koeffizient in Abhängigkeit von der Verteilung der Verunreinigungen im Grundbereich des Transistors.

Diffusionskapazität  ist eine Funktion des Stroms Ich bfließt durch den Übergang und wird durch den Ausdruck bestimmt

wo A -  Koeffizient in Abhängigkeit von den Eigenschaften des Übergangs und seiner Temperatur.

Der Kollektor-Basis-Übergang wird ähnlich modelliert, der Unterschied besteht nur darin, nur die Barrierekapazität des Übergangs zu berücksichtigen

, (1.18)

da, wenn sich der Transistor im linearen Modus und im Kollektorstrom-Abschaltmodus befindet, dieser Übergang geschlossen ist. Ausdruck für aktuell verwaltete KollektorstromquelleDas Modellieren der Verstärkungseigenschaften eines Transistors hat die Form

, (1.19)

wo b   st  - statischer Stromübertragungskoeffizient der Basis des Transistors in einer Schaltung mit einem gemeinsamen Emitter.

Die Parameter des Ebers-Mall-Modells können entweder durch Berechnung auf der Grundlage der Analyse des physikalisch-topologischen Modells des Transistors erhalten oder experimentell gemessen werden. Die statischen Parameter eines DC-Modells lassen sich am einfachsten bestimmen.

Global  Ein elektrisches Modell eines diskreten Bipolartransistors unter Berücksichtigung der Induktivität und Kapazität seiner Anschlüsse ist in Abbildung 1.30 dargestellt.

Abbildung 1.30 - Globales Modell eines Bipolartransistors

Die Hauptparameter eines Bipolartransistors

Bei der Bestimmung der variablen Komponenten von Strömen und Spannungen (dh bei der Analyse stromkreise  auf wechselstrom) und vorausgesetzt, der Transistor befindet sich im aktiven Modus, wird er häufig als lineares Netzwerk mit vier Anschlüssen dargestellt (Abbildung 1.31, aber) Die Namen (physikalische Natur) der Eingangs- und Ausgangsströme und -spannungen eines solchen Netzwerks mit vier Anschlüssen hängen von der Transistorschaltschaltung ab.

a b

Abbildung 1.31 - Darstellung eines Bipolartransistors durch einen linearen Vierpolanschluss

Für die Schaltschaltung eines Transistors mit einem gemeinsamen Emitter gelten die Ströme und Spannungen des Netzwerks mit vier Anschlüssen (Abbildung 1.31, b) entsprechen folgenden Strömen und Spannungen des Transistors:

- ich  1 - eine Wechselkomponente des Basisstroms;

- u  1 - eine variable Komponente der Spannung zwischen der Basis und dem Emitter;

- ich  2 - eine variable Komponente des Kollektorstroms;

- u  2 - eine variable Komponente der Spannung zwischen dem Kollektor und dem Emitter.

Es ist zweckmäßig, einen Transistor mit dem sogenannten zu beschreiben h-Parameter. In diesem Fall nimmt das Quadrupolgleichungssystem in Matrixform die Form an

. (1.20)

Chancen h ij  (also h-Parameter) werden empirisch unter Verwendung von abwechselnden Kurzschluss- und Leerlaufmodi am Ein- und Ausgang eines Netzwerks mit vier Anschlüssen bestimmt.

Essenz h-Parameter für die Einschlussschaltung des Transistors mit OE wie folgt:

-   - Eingangswiderstand des Transistors für ein Wechselsignal bei kurzschluss  am Ausgang;

-   - Ausgangsleitfähigkeit des Transistors bei leerlauf  am Eingang;

-   - Rückkopplungsspannungskoeffizient im Leerlauf am Eingang;

-   - Stromübertragungskoeffizient des Transistors mit einem Kurzschluss am Ausgang.

Mit einem Transistor-Ersatzschaltbild können Sie die Abhängigkeit ermitteln hParameter aus den Parametern des Transistors.

Insbesondere kann gezeigt werden, dass für die Schaltschaltung eines Transistors mit einer OE die folgenden Beziehungen gelten:

In den obigen Formeln werden die folgenden Transistorparameter verwendet:

- r b  - Ohmscher Widerstand des Grundkörpers. In realen Transistoren werden Werte von 100 ... 200 Ohm erreicht;

- r e  - Widerstand p-n-Übergang, dessen Wert von der Betriebsart des Transistors abhängt und sich im aktiven Modus innerhalb von Bruchteilen ändert - zehn Ohm;

B - Differenzstromübertragungskoeffizient der Basis, bestimmt aus dem Ausdruck

; (1.25)

Widerstand der Kollektorregion, bestimmt aus dem Ausdruck

, (1.26)

wo r zu  - Differenzwiderstand des Kollektorübergangs (normalerweise innerhalb eines Bruchteils von zehn MΩ), bestimmt aus dem Ausdruck

(1.27)

Der Name des Halbleiterbauelements ist ein Transistor, der aus zwei Wörtern besteht: Übertragung - Übertragung+ widerstehen - Widerstand. Weil es wirklich in Form eines Widerstands dargestellt werden kann, der durch die Spannung einer Elektrode reguliert wird. Der Transistor wird manchmal auch als Halbleitertriode bezeichnet.

Der erste Bipolartransistor wurde 1947 hergestellt, und 1956 erhielten drei Wissenschaftler für seine Erfindung den Nobelpreis für Physik.

Ein Bipolartransistor ist eine Halbleitervorrichtung, die aus drei Halbleitern mit einer alternierenden Art von Verunreinigungsleitfähigkeit besteht. Eine Elektrode wird angeschlossen und an jede Schicht ausgegeben. Ein Bipolartransistor verwendet gleichzeitig Ladungen, deren Ladungsträger Elektronen sind (n - "negativ") und Löcher (p - "positiv" ”), Das heißt, Träger von zwei Typen, daher die Bildung des Präfixes des Namens“ bi ”- zwei.

Transistoren unterscheiden sich in der Art des Schichtwechsels:

P n p Transistor (direkte Leitfähigkeit);

Npn- transistor (Umkehrleitfähigkeit).

Basis   (B) ist eine Elektrode, die mit der Mittelschicht eines Bipolartransistors verbunden ist. Die Elektroden aus den äußeren Schichten werden als Emitter (E) und Kollektor (K) bezeichnet.

Abbildung 1 - Der Bipolartransistor des Geräts

In den Diagrammen sind "VT ", In der alten russischsprachigen Dokumentation finden Sie die Bezeichnungen" T "," PP "und" PT ". Bipolartransistoren sind in elektrischen Schaltkreisen in Abhängigkeit vom Wechsel der Leitfähigkeit der Halbleiter wie folgt dargestellt:

Abbildung 2 - Bezeichnung der Bipolartransistoren

In Abbildung 1 oben ist der Unterschied zwischen dem Kollektor und dem Emitter nicht sichtbar. Wenn Sie sich eine vereinfachte Darstellung des Transistors im Kontext ansehen, können Sie diesen Bereich erkennenp - n der Übergang des Kollektors ist größer als der des Emitters.

Abbildung 3 - Schnitttransistor

Die Basis besteht aus einem Halbleiter mit geringer Leitfähigkeit, dh der Widerstand des Materials ist hoch. Voraussetzung ist eine dünne Basisschicht für die Möglichkeit eines Transistoreffekts. Da der Kontaktbereichp - n wenn Kollektor und Emitter unterschiedlich sind, können Sie die Polarität der Verbindung nicht ändern. Diese Eigenschaft bezieht den Transistor auf asymmetrische Bauelemente.

Der Bipolartransistor hat zwei I-V-Eigenschaften (Volt-Ampere-Eigenschaften): Eingang und Ausgang.

Die Eingangsstrom-Spannungs-Kennlinie ist die Abhängigkeit des Basisstroms (I B. ) Spannungsbasis-Emitter (U BE).

Abbildung 4 - Eingangsstrom-Spannungs-Kennlinie eines Bipolartransistors

Die Ausgangsstrom-Spannungs-Kennlinie ist die Abhängigkeit des Kollektorstroms (Ich K. ) Spannungskollektor-Emitter (U CE).

Abbildung 5 - Ausgangs-I-V-Kennlinie des Transistors

Das Funktionsprinzip eines Bipolartransistors wird bei betrachtetnpn-Typ für pnp ebenso werden nur Elektronen betrachtet, aber Löcher.Der Transistor hat zwei pn-Übergänge. Im aktiven Betriebsmodus ist einer von ihnen mit einer direkten Vorspannung verbunden und der andere ist umgekehrt. Wenn der EB-Übergang offen ist, bewegen sich die Elektronen vom Emitter leicht zur Basis (Rekombination tritt auf). Wie bereits erwähnt, ist die Basisschicht jedoch dünn und ihre Leitfähigkeit gering, sodass einige der Elektronen Zeit haben, sich zum Basis-Kollektor-Übergang zu bewegen. Das elektrische Feld hilft, die Barriere für den Übergang von Schichten zu überwinden (zu verstärken), da Elektronen Minoritätsträger sind. Mit zunehmendem Basisstrom öffnet sich der Emitter-Basis-Übergang und es können immer mehr Elektronen vom Emitter zum Kollektor rutschen. Der Kollektorstrom ist proportional zum Basisstrom und bei einer kleinen Änderung des letzteren (Steuerung) ändert sich der Kollektorstrom erheblich. So erfolgt die Signalverstärkung in einem Bipolartransistor.

Abbildung 6 - Aktiver Betrieb des Transistors

Ein Blick auf das Bild kann erklärt werdentransistor-Funktionsprinzip   ein bisschen einfacher. Stellen Sie sich vor, CE ist eine Wasserleitung und B ist ein Wasserhahn, mit dem Sie den Wasserfluss steuern können. Das heißt, je mehr Strom Sie an die Basis liefern, desto mehr erhalten Sie am Ausgang.

Der Wert des Kollektorstroms ist nahezu gleich dem Emitterstrom, ohne Verluste während der Rekombination in der Basis, die den Basisstrom bildet. Daher ist die Formel wahr:

І І \u003d І І + І І.

Die Hauptparameter des Transistors:

Die Stromverstärkung ist das Verhältnis des effektiven Wertes des Kollektorstroms zum Basisstrom.

Eingangswiderstand - Nach dem Ohmschen Gesetz entspricht er dem Emitter-Basis-SpannungsverhältnisU EB   Strom steuernI B.

Spannungsverstärkung - Der Parameter ist das Verhältnis der AusgangsspannungU EC zur Eingabe von U BE.

Der Frequenzgang beschreibt die Fähigkeit des Transistors, bei einer bestimmten Grenzfrequenz des Eingangssignals zu arbeiten. Nach dem Überschreiten der Grenzfrequenz haben die physikalischen Prozesse im Transistor keine Zeit mehr aufzutreten und ihre Verstärkungsfähigkeiten werden aufgehoben.

Bipolartransistor-Schaltkreise

Um einen Transistor anzuschließen, stehen uns nur seine drei Anschlüsse (Elektroden) zur Verfügung. Daher sind für den normalen Betrieb zwei Stromquellen erforderlich. Eine Transistorelektrode wird gleichzeitig an zwei Quellen angeschlossen. Daher gibt es 3 Schaltungen zum Anschließen eines Bipolartransistors: OE - mit einem gemeinsamen Emitter, OB - eine gemeinsame Basis, OK - ein gemeinsamer Kollektor. Jedes hat sowohl Vor- als auch Nachteile, abhängig von der Anwendung und den erforderlichen Eigenschaften, die die Wahl der Verbindung treffen.

Die Schaltschaltung mit einem gemeinsamen Emitter (OE) zeichnet sich durch die größte Verstärkung von Strom bzw. Spannung und Leistung aus. Bei dieser Verbindung wird der Ausgang vorgespannt wechselspannung  180 elektrische Grad relativ zum Eingang. Der Hauptnachteil ist der Niederfrequenzgang, dh der niedrige Wert der Grenzfrequenz, der es nicht ermöglicht, sie mit einem Hochfrequenzeingangssignal zu verwenden.

(OB) bietet einen hervorragenden Frequenzgang. Es ergibt sich jedoch keine so große Spannungssignalverstärkung wie bei OE. Und die Stromverstärkung tritt daher überhaupt nicht auf dieses Schema  wird oft als Stromfolger bezeichnet, weil er die Eigenschaft hat, den Strom zu stabilisieren.

Eine Schaltung mit einem gemeinsamen Kollektor (OK) hat fast die gleiche Stromverstärkung wie die OE, aber die Spannungsverstärkung beträgt fast 1 (etwas weniger). Der Spannungsversatz ist für dieses Verbindungsschema nicht typisch. Ich nenne es auch einen Emitterfolger, da die Ausgangsspannung (U EB ) entsprechen der Eingangsspannung.

Transistoranwendung:

Verstärkerschaltungen;

Signalgeneratoren;

Elektronische Schlüssel.

Transistoren sind aktive Komponenten und werden universell in elektronischen Schaltkreisen als Verstärker und Schaltgeräte eingesetzt ( transistorschlüssel) Als Verstärkungsvorrichtungen werden sie in Hoch- und Niederfrequenzvorrichtungen, Signalgeneratoren, Modulatoren, Detektoren und vielen anderen Schaltungen verwendet. In digitalen Schaltkreisen, in Schaltnetzteilen und gesteuerten elektrischen Antrieben dienen sie als Schlüssel.

Bipolartransistoren

Dies ist der Name des am häufigsten verwendeten Transistortyps. Sie sind in npn- und pnp-Typen unterteilt. Das häufigste Material für sie ist Silizium oder Germanium. Transistoren wurden zunächst aus Deutschland hergestellt, waren aber sehr temperaturempfindlich. Siliziumvorrichtungen sind gegenüber Schwankungen viel widerstandsfähiger und billiger herzustellen.

Auf dem Foto unten sind verschiedene Bipolartransistoren dargestellt. Geräte mit geringem Stromverbrauch befinden sich in kleinen rechteckigen oder zylindrischen Metallgehäusen aus Kunststoff. Sie haben drei Schlussfolgerungen: für Basis (B), Emitter (E) und Kollektor (K). Jede von ihnen ist mit einer von drei Siliziumschichten verbunden, deren Leitfähigkeit entweder n- (freie Elektronen bilden den Strom) oder p-Typ (die sogenannten positiv geladenen „Löcher“ bilden den Strom) sind und die die Struktur des Transistors bilden.

Wie ist ein Bipolartransistor angeordnet?

Die Funktionsprinzipien eines Transistors müssen beginnend mit seiner Vorrichtung untersucht werden. Betrachten Sie die Struktur eines npn-Transistors, die in der folgenden Abbildung dargestellt ist.

Wie Sie sehen können, enthält es drei Schichten: zwei mit Leitfähigkeit vom n-Typ und eine mit Leitfähigkeit vom p-Typ. Die Art der Leitfähigkeit der Schichten wird durch den Dotierungsgrad mit speziellen Verunreinigungen verschiedener Teile des Siliziumkristalls bestimmt. Der Emitter vom n-Typ ist sehr stark dotiert, um viele freie Elektronen als Hauptstromträger zu erhalten. Die sehr dünne Basis vom p-Typ ist leicht mit Verunreinigungen dotiert und weist einen hohen Widerstand auf, und der Kollektor vom n-Typ ist sehr stark dotiert, um ihm einen geringen Widerstand zu verleihen.

Transistorprinzipien

Der beste Weg, sie kennenzulernen, ist zu experimentieren. Unten ist ein einfacher Schaltplan.

Es verwendet einen Leistungstransistor, um das Leuchten einer Glühbirne zu steuern. Sie benötigen außerdem eine Batterie, eine kleine Lampe von einer Taschenlampe mit ca. 4,5 V / 0,3 A, ein Potentiometer in Form eines variablen Widerstands (5K) und einen 470-Ohm-Widerstand. Diese Komponenten müssen wie in der Abbildung rechts neben der Schaltung gezeigt angeschlossen werden.

Drehen Sie den Potentiometer-Schieber in die niedrigste Position. Dadurch wird die Spannung an der Basis (zwischen Basis und Masse) auf null Volt gesenkt (U BE \u003d 0). Die Lampe leuchtet nicht auf, was bedeutet, dass kein Strom durch den Transistor fließt.

Wenn Sie jetzt den Griff aus seiner unteren Position drehen, erhöht sich U BE allmählich. Wenn es 0,6 V erreicht, beginnt Strom in die Basis des Transistors zu fließen und die Lampe beginnt zu leuchten. Wenn sich der Griff weiter bewegt, bleibt die Spannung U BE bei 0,6 V, aber der Basisstrom steigt an und dies erhöht den Strom durch die Kollektor-Emitter-Schaltung. Wenn der Griff in die obere Position verschoben wird, wird die Spannung an der Basis leicht auf 0,75 V erhöht, aber der Strom steigt erheblich an und die Lampe leuchtet hell.

Und wenn Sie die Ströme des Transistors messen?

Wenn wir das Amperemeter zwischen dem Kollektor (C) und der Lampe (zur Messung des IC), ein weiteres Amperemeter zwischen der Basis (B) und dem Potentiometer (zur Messung der IB) sowie ein Voltmeter zwischen dem gemeinsamen Draht und der Basis einschalten und das gesamte Experiment wiederholen, können wir einige interessante Ergebnisse erzielen Daten. Wenn sich der Griff des Potentiometers in seiner niedrigsten Position befindet, beträgt U BE 0 V, ebenso wie die Ströme I C und I B. Wenn der Griff verschoben wird, erhöhen sich diese Werte, bis das Licht zu leuchten beginnt, wenn sie gleich sind: U BE \u003d 0,6 V, I B \u003d 0,8 mA und I C \u003d 36 mA.

Als Ergebnis erhalten wir aus diesem Experiment die folgenden Prinzipien des Betriebs des Transistors: In Abwesenheit einer positiven Vorspannung (für den npn-Typ) an der Basis sind die Ströme durch ihre Anschlüsse Null, und bei Vorhandensein von Spannung und Basisstrom beeinflussen ihre Änderungen den Strom in der Kollektor-Emitter-Schaltung.

Was passiert, wenn der Transistor eingeschaltet ist?

Während des normalen Betriebs wird die an den Basis-Emitter-Übergang angelegte Spannung so verteilt, dass das Basispotential (p-Typ) ungefähr 0,6 V höher ist als das des Emitters (n-Typ). In diesem Fall wird an diesen Übergang eine Gleichspannung angelegt, die in Vorwärtsrichtung vorgespannt ist und offen ist, damit Strom von der Basis zum Emitter fließt.

Viel mehr hochspannung  angewendet auf den Basis-Kollektor-Übergang, wobei das Potential des Kollektors (n-Typ) höher ist als das der Basis (p-Typ). Die Sperrspannung wird also an die Verbindungsstelle angelegt und in die entgegengesetzte Richtung vorgespannt. Dies führt zur Bildung einer ziemlich dicken elektronenarmen Schicht im Kollektor nahe der Basis, wenn eine Versorgungsspannung an den Transistor angelegt wird. Infolgedessen fließt kein Strom durch die Kollektor-Emitter-Schaltung. Die Ladungsverteilung in den Übergangszonen des npn-Transistors ist in der folgenden Abbildung dargestellt.

Welche Rolle spielt der Basisstrom?

Wie funktioniert unser elektronisches Gerät? Das Funktionsprinzip des Transistors ist die Auswirkung des Basisstroms auf den Zustand des geschlossenen Basis-Kollektor-Übergangs. Wenn der Basis-Emitter-Übergang in Vorwärtsrichtung vorgespannt ist, fließt ein kleiner Strom in die Basis. Hier sind seine Träger positiv geladene Löcher. Sie verbinden sich mit Elektronen, die vom Emitter kommen, um einen I BE-Strom bereitzustellen. Aufgrund der Tatsache, dass der Emitter sehr stark dotiert ist, kommen jedoch viel mehr Elektronen von ihm zur Basis, als er mit Löchern verbinden kann. Dies bedeutet, dass sich eine große Konzentration von Elektronen in der Basis befindet und die meisten von ihnen diese kreuzen und in die elektronenarme Kollektorschicht fallen. Hier fallen sie unter den Einfluss eines starken elektrischen Feldes, das an den Basis-Kollektor-Übergang angelegt wird, und passieren die elektronenarme Schicht und das Hauptvolumen des Kollektors zu seinem Ausgang.

Änderungen des in die Basis fließenden Stroms wirken sich auf die Anzahl der vom Emitter angezogenen Elektronen aus. Somit können die Funktionsprinzipien des Transistors durch die folgende Aussage ergänzt werden: Sehr kleine Änderungen des Basisstroms verursachen sehr große Änderungen des vom Emitter zum Kollektor fließenden Stroms, d.h. Stromverstärkung erfolgt.

Arten von Feldeffekttransistoren

Im Englischen werden sie mit FETs - Feldeffekttransistoren bezeichnet, die als "Feldeffekttransistoren" übersetzt werden können. Obwohl die Namen für sie sehr verwirrend sind, gibt es grundsätzlich zwei Haupttypen von ihnen:

1. Mit einem Steuer-PN-Übergang. In der englischsprachigen Literatur werden sie als JFET oder Junction FET bezeichnet, was als "Feldeffekttransistor" übersetzt werden kann. Andernfalls werden sie als JUGFET oder Junction Unipolar Gate FET bezeichnet.

2. Mit einem isolierten Gate (auch bekannt als MOS- oder MOS-Transistoren). Im Englischen werden sie als IGFET oder Insulated Gate FET bezeichnet.

Äußerlich sind sie den bipolaren sehr ähnlich, was durch das Foto unten bestätigt wird.

Feldeffekttransistorvorrichtung

Alle feldeffekttransistoren  kann als UNIPOLAR-Bauelement bezeichnet werden, da die Ladungsträger, die den Strom durch sie bilden, zum einzigen Typ für diesen Transistor gehören - entweder Elektronen oder „Löcher“, aber nicht beide gleichzeitig. Dies unterscheidet das Funktionsprinzip eines Feldeffekttransistors von einem bipolaren, bei dem von diesen beiden Trägertypen gleichzeitig ein Strom erzeugt wird.

Träger fließen in Feldeffekttransistoren mit einer pn-Übergangssteuerung über die Siliziumschicht ohne pn-Übergang, die als Kanal bezeichnet wird, mit einer Leitfähigkeit vom n- oder p-Typ zwischen den beiden Anschlüssen, die als "Source" und "Drain" bezeichnet werden - Analoga von Emitter und Kollektor oder genauer gesagt die Kathode und Anode einer Vakuumtriode. Die dritte Schlussfolgerung - das Gate (ein Analogon des Triodengitters) - ist mit einer Siliziumschicht verbunden, deren Leitfähigkeit anders ist als die des Source-Drain-Kanals. Die Struktur einer solchen Vorrichtung ist in der folgenden Abbildung dargestellt.

Wie funktioniert ein Feldeffekttransistor? Sein Funktionsprinzip besteht darin, den Querschnitt des Kanals durch Anlegen einer Spannung an den Gate-Kanal-Übergang zu steuern. Es ist immer in die entgegengesetzte Richtung vorgespannt, so dass der Transistor praktisch keinen Strom entlang der Gate-Schaltung verbraucht, während eine bipolare Vorrichtung einen bestimmten Basisstrom für den Betrieb benötigt. Wenn sich die Eingangsspannung ändert, kann sich der Gate-Bereich ausdehnen und den Source-Drain-Kanal blockieren, bis er vollständig geschlossen ist, wodurch der Drain-Strom gesteuert wird.

Guten Tag Freunde!

Heute werden wir uns weiterhin mit den elektronischen "Bausteinen" des Computer "Eisen" vertraut machen. Wir haben bereits mit Ihnen untersucht, wie die Feldeffekttransistoren angeordnet sind, die notwendigerweise auf jedem vorhanden sind motherboard  ein Computer.

Lehnen Sie sich zurück - jetzt werden wir uns intellektuell anstrengen und versuchen herauszufinden, wie es funktioniert

Bipolartransistor

Ein Bipolartransistor ist ein Halbleiterbauelement, das in elektronischen Produkten, einschließlich Computerstromversorgungen, weit verbreitet ist.

Das Wort "Transistor" (Transistor) leitet sich von zwei englischen Wörtern ab - "translate" und "resistor", was "Widerstandswandler" bedeutet.

Das Wort "bipolar" bedeutet, dass der Strom im Gerät durch geladene Teilchen mit zwei Polaritäten verursacht wird - negativ (Elektronen) und positiv (die sogenannten "Löcher").

"Loch" ist kein Jargon, sondern ein völlig wissenschaftlicher Begriff. Ein "Loch" ist eine nicht kompensierte positive Ladung oder mit anderen Worten das Fehlen eines Elektrons im Kristallgitter eines Halbleiters.

Ein Bipolartransistor ist eine dreischichtige Struktur mit alternierenden Halbleitertypen.

Da es zwei Arten von Halbleitern gibt, positive (positiv, p-Typ) und negative (negativ, n-Typ), kann es zwei Arten solcher Strukturen geben - p-n-p und n-p-n.

Der mittlere Bereich einer solchen Struktur wird als Basis bezeichnet, und die extremen Bereiche werden als Emitter und Kollektor bezeichnet.

Auf den Schaltungen sind Bipolartransistoren auf bestimmte Weise angegeben (siehe Abbildung). Wir sehen, dass der Transistor im Wesentlichen ein in Reihe geschalteter pn-Übergang ist.

Die Hinterfüllungsfrage - warum können Sie einen Transistor nicht durch zwei Dioden ersetzen? Immerhin gibt es in jedem von ihnen einen pn-Übergang, oder? Ich habe zwei Dioden in Reihe eingeschaltet - und es ist im Hut!

Nein! Tatsache ist, dass die Basis im Transistor während der Herstellung sehr dünn gemacht wird, was nicht durch Verbinden von zwei getrennten Dioden erreicht werden kann.

Das Funktionsprinzip eines Bipolartransistors

Das Hauptprinzip des Transistors besteht darin, dass ein kleiner Basisstrom einen viel höheren Kollektorstrom steuern kann - im Bereich von nahezu Null bis zu einem maximal möglichen Wert.

Das Verhältnis des Kollektorstroms zum Basisstrom wird als Stromverstärkung bezeichnet und kann von mehreren Einheiten bis zu mehreren hundert reichen.

Es ist interessant festzustellen, dass es bei Transistoren mit geringer Leistung meistens mehr ist als bei leistungsstarken (und nicht umgekehrt, wie Sie vielleicht denken).

Der Unterschied besteht darin, dass im Gegensatz zum PT-Verschluss beim Steuern des Basisstroms immer vorhanden ist, d. H. Es wird immer etwas Kraft für die Kontrolle aufgewendet.

Je größer die Spannung zwischen Emitter und Basis ist, desto größer ist der Basisstrom und dementsprechend der Kollektorstrom. Jeder Transistor hat jedoch die maximal zulässigen Spannungswerte zwischen dem Emitter und der Basis sowie zwischen dem Emitter und dem Kollektor. Für das Überschreiten dieser Parameter muss ein neuer Transistor bezahlt werden.

Im Betriebsmodus ist der Basis-Emitter-Übergang normalerweise offen und der Basis-Kollektor-Übergang ist geschlossen.

Ein Bipolartransistor kann wie ein Relais auch im Schlüsselmodus arbeiten. Wenn Sie ausreichend Strom an die Basis anlegen (Schaltfläche S1 schließen), ist der Transistor gut geöffnet. Die Lampe leuchtet auf.

In diesem Fall ist der Widerstand zwischen dem Emitter und dem Kollektor gering.

Der Spannungsabfall im Emitter-Kollektor-Bereich beträgt einige Zehntel Volt.

Wenn Sie dann aufhören, die Basis mit Strom zu versorgen (offenes S1), schließt der Transistor, d.h. Der Widerstand zwischen Emitter und Kollektor wird sehr groß.

Die Lampe geht aus.

Wie prüfe ich einen Bipolartransistor?

Da der Bipolartransistor zwei pn-Übergänge aufweist, ist es recht einfach, ihn mit einem digitalen Tester zu überprüfen.

Der Betriebsschalter des Testers muss in die Position gebracht werden, indem eine Sonde an der Basis und die zweite - abwechselnd am Emitter und am Kollektor - angebracht wird.

Tatsächlich überprüfen wir nur konsequent den Zustand von pn-Übergängen.

Ein solcher Übergang kann entweder offen oder geschlossen sein.

Dann müssen Sie die Polarität der Sonden ändern und die Messung wiederholen.

In einem Fall zeigt der Tester den Spannungsabfall an den Emitter-Basis- und Kollektor-Basis-Übergängen von 0,6 bis 0,7 V an (beide Übergänge sind offen).

Im zweiten Fall werden beide Übergänge geschlossen und der Tester behebt dies.

Es ist zu beachten, dass im Betriebsmodus meistens einer der Übergänge des Transistors offen und der zweite geschlossen ist.

Messung des Stromübertragungskoeffizienten eines Bipolartransistors

Wenn der Tester den Stromübertragungskoeffizienten messen kann, können Sie den Betrieb des Transistors überprüfen, indem Sie die Transistorkabel auf die entsprechenden Buchsen einstellen.

Der Stromübertragungskoeffizient ist das Verhältnis des Kollektorstroms zum Basisstrom.

Je höher der Übertragungskoeffizient ist, desto größer kann der Kollektorstrom durch den Basisstrom gesteuert werden, wobei alle anderen Dinge gleich sind.

Die Pinbelegung (Name der Schlussfolgerungen) und andere Daten können aus den Datenblättern (Referenzdaten) dem entsprechenden Transistor entnommen werden. Datenblätter können über Suchmaschinen im Internet gefunden werden.

Der Tester zeigt auf dem Display den Übertragungskoeffizienten (Verstärkung) des Stroms an, der mit den Referenzdaten verglichen werden muss.

Der Stromübertragungskoeffizient von Niedrigleistungstransistoren kann mehrere hundert erreichen.

Bei leistungsstarken Transistoren ist sie viel kleiner - mehrere Einheiten oder zehn.

Es gibt jedoch leistungsstarke Transistoren mit einem Übertragungskoeffizienten von mehreren hundert oder tausend. Dies sind die sogenannten Darlington-Paare.

Darlingtons Paar besteht aus zwei Transistoren. Der Ausgangsstrom des ersten Transistors ist der Eingangsstrom für den zweiten.

Der Gesamtstromübertragungskoeffizient ist das Produkt der Koeffizienten des ersten und des zweiten Transistors.

Ein Paar Darlington wird in einem gemeinsamen Gehäuse hergestellt, kann aber auch aus zwei getrennten Transistoren hergestellt werden.

Integrierter Diodenschutz

Einige Transistoren (Hochleistung und Hochspannung) können durch eine eingebaute Diode gegen Sperrspannung geschützt werden.

Wenn Sie also die Prüfspitzen im Diodentestmodus an den Emitter und den Kollektor anschließen, werden die gleichen 0,6 - 0,7 V (wenn die Diode in Vorwärtsrichtung vorgespannt ist) oder die „verriegelte Diode“ (wenn die Diode in die entgegengesetzte Richtung vorgespannt ist) angezeigt. .

Wenn der Tester eine leichte Spannung anzeigt und sogar in beide Richtungen, dann der Transistor ist definitiv defekt und muss ersetzt werden. Der Kurzschluss kann auch im Widerstandsmessmodus ermittelt werden - der Tester zeigt einen niedrigen Widerstand.

Es gibt (glücklicherweise ziemlich selten) eine "abscheuliche" Transistorfehlfunktion. Dies ist der Zeitpunkt, an dem es zum ersten Mal funktioniert und nach einiger Zeit (oder nach dem Erhitzen) seine Parameter ändert oder überhaupt ablehnt.

Wenn Sie einen solchen Transistor ausfallen lassen und mit einem Tester sprechen, hat er Zeit zum Abkühlen, bevor die Sonden angeschlossen werden, und der Tester zeigt an, dass dies normal ist. Dies lässt sich am besten durch Ersetzen des „verdächtigen“ Transistors im Gerät überprüfen.

Zusammenfassend sagen wir, dass ein Bipolartransistor eine der Hauptdrüsen in der Elektronik ist. Es wäre schön zu erfahren, ob diese "Eisenstücke" "lebendig" sind oder nicht. Natürlich habe ich Ihnen, liebe Leser, ein sehr vereinfachtes Bild gegeben.

Tatsächlich wird der Betrieb eines Bipolartransistors durch viele Formeln beschrieben, es gibt viele Varianten davon, aber dies ist eine komplexe Wissenschaft. Für diejenigen, die tiefer graben möchten, kann ich das wunderbare Buch von Horowitz und Hill "The Art of Circuit Engineering" empfehlen.

Victor Geronda war bei dir.

Gute Übung!