BIPOLAIRE TRANSISTOREN

Een bipolaire transistor is een halfgeleiderapparaat dat bestaat uit drie gebieden met afwisselende soorten elektrische geleidbaarheid en ontworpen om een ​​signaal te versterken.

Bipolaire transistors zijn universele halfgeleiderapparaten en worden veel gebruikt in verschillende versterkers, generatoren, puls- en sleutelapparaten.

Bipolaire transistors kunnen worden geclassificeerd op materiaal: germanium en silicium;door het type geleidbaarheid: type p-N-p en N- P- N; door macht: klein (Pschommel< 0.3W), gemiddeld (R schommel= 1.5W) en groot (Pschommel> 1,5 W); op frequentie: laagfrequent, middenfrequent, hoogfrequent en magnetron.

In dergelijke transistors wordt de stroom bepaald door de beweging van ladingsdragers van twee typen: elektronen en gaten. Vandaar hun naam: bipolair.

Bipolaire transistoris een plaat van germanium of silicium, waarin drie gebieden met verschillende elektrische geleidbaarheid worden gecreëerd. Het transistortypeN-R- Nhet middelste gebied heeft een gat en de extreme gebieden hebben elektronische geleidbaarheid.

P-type transistorenN-p hebben een middengebied met elektronische, en de buitenste met gatengeleiding.

Het middelste gebied van de transistor wordt de basis genoemd, het ene uiterste gebied is de emitter en het tweede is de collector. De transistor heeft dus twee R- N- overgang: emitter - tussen emitter en basis en collector - tussen basis en collector.

De emitter is het gebied van de transistor voor het injecteren van ladingsdragers in de basis. Een collector is een gebied dat tot doel heeft ladingsdragers uit de basis te halen. De basis is het gebied waarin de voor dit gebied kleine ladingsdragers door de emitter worden geïnjecteerd.

De concentratie van de meerderheidsladingsdragers in de emitter is vele malen hoger dan de concentratie van de meerderheidsladingsdragerslading in de basis, en in de collector is iets minder dan de concentratie in de emitter. Daarom is de geleidbaarheid van de emitter veel hoger dan de geleidbaarheid van de basis, en de geleidbaarheid van de collector is minder dan de geleidbaarheid van de emitter.

Afhankelijk van welke van de klemmen gemeenschappelijk is voor de ingangs- en uitgangscircuits, zijn er drie transistorschakelcircuits: met een gemeenschappelijke basis (OB), een gemeenschappelijke emitter (OE) en een gemeenschappelijke collector (OK).

Het ingangs- of besturingscircuit wordt gebruikt om de werking van de transistor te regelen. In het uitgangs- of gestuurde circuit worden versterkte oscillaties verkregen. De bron van versterkte oscillaties is opgenomen in het ingangscircuit en de belasting is verbonden met het uitgangscircuit.

Het werkingsprincipe van de transistor op het voorbeeld van de transistor p-N-p -type opgenomen volgens het schema met een gemeenschappelijke basis (OB).

Externe spanningen van twee voedingen EE en ETotzodanig met de transistor verbonden dat de verplaatsing van de emitterovergang P1 in voorwaartse richting en de collectorovergang P2 in de tegenovergestelde richting wordt verzekerd.

Als een sperspanning wordt toegepast op de collectorovergang en het emittercircuit is open, dan vloeit er een kleine tegenstroom in het collectorcircuitlNS... Het ontstaat onder invloed van een sperspanning en wordt gecreëerd door de gerichte beweging van minderheidsladingsdragers van de basisgaten en collectorelektronen door de collectorovergang. Tegenstroom vloeit door het circuit: + ETot, basiscollector, -ETot.

Wanneer een gelijkspanning EE in voorwaartse richting op het emittercircuit wordt aangesloten, neemt de potentiaalbarrière van de emitterovergang af. Injectie van gaten in de basis begint.

De externe spanning die op de transistor wordt aangelegd, blijkt voornamelijk te worden toegepast op de overgangen P1 en P2, aangezien ze hebben een hoge weerstand in vergelijking met de weerstand van de basis-, emitter- en collectorgebieden. Daarom bewegen de gaten die in de basis zijn geïnjecteerd erin door middel van diffusie. In dit geval recombineren de gaten met de elektronen van de basis. Omdat de dragerconcentratie in de basis veel lager is dan in de emitter, recombineren maar heel weinig gaten. Bij een kleine basisdikte zullen bijna alle gaten de collectoraansluiting P2 bereiken. In plaats van de gerecombineerde elektronen komen elektronen de basis binnen vanuit de stroombron ETot... Gaten die recombineren met elektronen in de basis creëren een basisstrooml B.

Onder invloed van sperspanning ETot,de potentiaalbarrière van de collectorovergang neemt toe en de dikte van de P2-overgang neemt toe. Gaten die het gebied van de collectorovergang binnenkomen, vallen in het versnellingsveld dat op de kruising wordt gecreëerd door de collectorspanning en worden door de collector naar binnen getrokken, waardoor een collectorstroom ontstaatlTot... De collectorstroom vloeit door het circuit: + ETot, basiscollector, -ETot.

Dus in b en polair drie soorten stroom door de transistor: emitter, collector en basis.

In de draad, die de uitgang van de basis is, zijn de emitter- en collectorstromen tegengesteld gericht. De basisstroom is gelijk aan het verschil tussen de emitter- en collectorstromen:l B = l E- l TOT.

Fysische processen in een transistortypeN-R- Nga op dezelfde manier te werk als processen in een p-type transistorN-R.

Totale emitterstroomlE wordt bepaald door het aantal hoofdladingsdragers dat door de emitter wordt geïnjecteerd. Het grootste deel van deze ladingsdragers die de collector bereiken, creëert een collectorstroomlTot... Een onbeduidende fractie van de ladingsdragers die in de basis worden geïnjecteerd, recombineren in de basis, waardoor een basisstroom ontstaatlB. Bijgevolg wordt de emitterstroom verdeeld in basis- en collectorstromen, d.w.z.l E = l B + lTot.

De uitgangsstroom van de transistor is afhankelijk van de ingangsstroom. Daarom is een transistor een stroomgestuurd apparaat.

Veranderingen in emitterstroom veroorzaakt door een verandering in emitterjunctiespanning worden volledig overgedragen naar het collectorcircuit, waardoor een verandering in collectorstroom ontstaat. En sindsdien collector voedingsspanning ETotveel meer dan de zender ENS, dan het opgenomen vermogen in het collectorcircuit PTot, zal er veel meer vermogen in het emittercircuit P . zijnNS... Het is dus mogelijk om een ​​groot vermogen in het collectorcircuit van de transistor te regelen met een laag energieverbruik in het emittercircuit, d.w.z. er is een toename van het vermogen.

Bipolaire transistorschakelcircuits

De transistor is in het circuit opgenomen, zodat een van zijn klemmen invoer is, de tweede uitvoer en de derde gemeenschappelijk is voor de invoer- en uitvoercircuits. Afhankelijk van welke elektrode gebruikelijk is, zijn er drie transistorschakelcircuits: OB, OE en OK... voor transistor:N-R- Nin schakelcircuits veranderen alleen de polariteiten van de spanningen en de richting van de stromen. Bij elk transistorschakelcircuit moet de polariteit van het inschakelen van de voedingen zodanig worden gekozen dat de emitterovergang in voorwaartse richting wordt ingeschakeld en de collectorovergang in de tegenovergestelde richting wordt ingeschakeld.

Statische kenmerken van bipolaire transistors

De statische werkingsmodus van de transistor wordt de modus genoemd wanneer er geen belasting in het uitgangscircuit is.

De statische kenmerken van transistors zijn grafisch uitgedrukte afhankelijkheden van de spanning en stroom van het ingangscircuit (ingang I - V-karakteristiek) en het uitgangscircuit (uitgang I - V-karakteristiek). Het type kenmerken hangt af van de manier waarop de transistor is ingeschakeld.

Kenmerken van de transistor aangesloten volgens het OB-schema

l E = F(jij EB) bij jij KB = const(een).

l K = F(jij KB) bij l E = const(B).

Statische kenmerken van een bipolaire transistor aangesloten volgens het OB-circuit.De output I - V-karakteristieken hebben drie karakteristieke regio's: 1 - sterke afhankelijkheidlTot van jijKB; 2 - zwakke afhankelijkheidlTot van jijKB; 3 - afbraak van het collectorknooppunt.Een kenmerk van de kenmerken in gebied 2 is hun lichte stijging bij toenemende spanningjij KB.

Kenmerken van een transistor aangesloten volgens het OE-schema:

De ingangskarakteristiek is de afhankelijkheid:

l B = F(jij Verslaan jij CE = const(B).

De uitgangskarakteristiek is de afhankelijkheid:

l K = F(jij CE) bij l B = const(een).

Bipolaire transistor bedrijfsmodus:

De transistor kan in drie modi werken, afhankelijk van de spanning op de knooppunten. Wanneer u in de actieve modus werkt, is de spanning voorwaarts bij de emitterovergang en omgekeerd bij de collectorovergang.

De afsnijmodus, of blokkering, wordt bereikt door een sperspanning toe te passen op beide overgangen (beide p-N- overgang gesloten).

Als op beide knooppunten de spanning direct is (beide p-N- overgangen zijn open), dan werkt de transistor in de verzadigingsmodus.In de cut-off-modus en de verzadigingsmodus is er bijna geen transistorregeling. In de actieve modus wordt een dergelijke besturing het meest efficiënt uitgevoerd en kan de transistor de functies uitvoeren van een actief element van een elektrisch circuit - versterking, generatie.

bipolaire transistorversterkertrap

De grootste toepassing is te vinden in het transistorschakelcircuit volgens het gemeenschappelijke emittercircuit.De belangrijkste elementen van het circuit zijn de voeding ETot, het gecontroleerde element is een transistorVT en weerstand RTot... Deze elementen vormen het uitgangscircuit van de versterkertrap, waarin door het vloeien van gecontroleerde stroom een ​​versterkte wisselspanning wordt gecreëerd aan de uitgang van het circuit.Andere elementen van het circuit spelen een ondersteunende rol. condensator CRaan het verdelen is. Bij afwezigheid van deze condensator in het ingangssignaalbroncircuit, zou een gelijkstroom worden gegenereerd door de stroombron ETot.

Weerstand RB, opgenomen in het basiscircuit, zorgt voor de werking van de transistor bij afwezigheid van een ingangssignaal. Rustmodus wordt geleverd door de basisstroom in rustl B = E Tot/ R B. Met een weerstandRTotde uitgangsspanning wordt gecreëerd.RTotvervult de functie van het creëren van een variërende spanning in het uitgangscircuit als gevolg van de stroom daarin, geregeld langs het basiscircuit.

Voor het collectorcircuit van de versterkertrap kan de volgende vergelijking van de elektrische toestand worden geschreven:

E Tot= jijke+ lTotRTot,

de som van de spanningsval over de weerstandRk en collector-emitterspanningjijketransistor is altijd gelijk aan een constante waarde - EMF van de stroombron ETot.

Het versterkingsproces is gebaseerd op de omzetting van de energie van de constante spanningsbron ETotin de energie van wisselspanning in het uitgangscircuit als gevolg van de verandering in de weerstand van het bestuurde element (transistor) volgens de wet die is ingesteld door het ingangssignaal.

Transistors zijn onderverdeeld in bipolaire en veldeffecttransistoren. Elk van deze typen heeft zijn eigen werkings- en ontwerpprincipe, maar gemeen hebben ze de aanwezigheid van halfgeleider pn-structuren.

Conventionele grafische symbolen (UGO) van transistors worden weergegeven in de tabel:

Soort apparaat				Conventionele grafische aanduiding (HUGO)
bipolair	Bipolair pnp-type
	Bipolair npn-type
Veld	Met manager p-n splitsing	Met p-type kanaal
		Met n-kanaal
	met geïsoleerde Luik MOS-transistors	Met ingebouwde kanaal	Ingebouwd kanaal p-type
			Ingebouwd kanaal n-type
		met geïnduceerde kanaal	geïnduceerd kanaal p-type
			geïnduceerd kanaal n-type

Bipolaire transistoren

De definitie "bipolair" geeft aan dat de werking van een transistor wordt geassocieerd met processen waarbij twee soorten ladingsdragers zijn betrokken - elektronen en gaten.

Een transistor is een halfgeleiderapparaat met twee elektron-gatovergangen die zijn ontworpen om elektrische signalen te versterken en te genereren. Beide soorten dragers worden gebruikt in de transistor - hoofd en niet-hoofd, daarom wordt het bipolair genoemd.

Een bipolaire transistor bestaat uit drie gebieden van een monokristallijne halfgeleider met verschillende soorten geleidbaarheid: emitter, basis en collector.

• E - zender,
• B - basis,
• K - verzamelaar,
• EP - emitterovergang,
• KP - collectorknooppunt,
• W - basisdikte.

Elk van de overgangen van de transistor kan in voorwaartse of achterwaartse richting worden ingeschakeld. Afhankelijk hiervan worden drie werkingsmodi van de transistor onderscheiden:

1. Uitschakelmodus - beide pn-overgangen zijn gesloten, terwijl er meestal een relatief kleine stroom door de transistor vloeit
2. Verzadigingsmodus - beide pn-knooppunten zijn open
3. Actieve modus - een van de pn-knooppunten is open en de andere is gesloten

In de cut-off-modus en de verzadigingsmodus kan de transistor niet worden aangestuurd. De effectieve besturing van de transistor wordt alleen in de actieve modus uitgevoerd. Deze modus is de belangrijkste. Als de spanning op de emitterovergang direct is en op de collectorovergang omgekeerd, dan wordt het inschakelen van de transistor als normaal beschouwd, met de tegenovergestelde polariteit - omgekeerd.

In de normale modus is de pn-overgang van de collector gesloten, de emitterovergang open. De collectorstroom is evenredig met de basisstroom.

De beweging van ladingsdragers in een npn-type transistor wordt weergegeven in de figuur:

Wanneer de emitter wordt aangesloten op de negatieve pool van de stroombron, ontstaat een emitterstroom Ie. Omdat een externe spanning in de voorwaartse richting op de emitterovergang wordt aangelegd, overwinnen elektronen de overgang en komen ze in het basisgebied. De basis is gemaakt van een p-halfgeleider, dus elektronen zijn er minderheidsladingsdragers voor.

De elektronen gevangen in het basisgebied recombineren gedeeltelijk met de basisgaten. De basis is echter meestal erg dun gemaakt van een p-geleider met een hoge soortelijke weerstand (laag onzuiverheidsgehalte), daarom is de concentratie van gaten in de basis laag en slechts een paar elektronen die de basis binnenkomen, recombineren met zijn gaten en vormen de basis huidige Ib. De meeste elektronen bereiken door thermische beweging (diffusie) en onder invloed van het collectorveld (drift) de collector en vormen een component van de collectorstroom Ic.

De relatie tussen de incrementen van de emitter- en collectorstromen wordt gekenmerkt door de stroomoverdrachtscoëfficiënt

Zoals blijkt uit een kwalitatief onderzoek van de processen die plaatsvinden in een bipolaire transistor, is de stroomoverdrachtscoëfficiënt altijd kleiner dan één. Voor moderne bipolaire transistors α = 0,9 ÷ 0,95

Bij Ie ≠ 0 is de collectorstroom van de transistor:

In het beschouwde schakelcircuit is de basiselektrode gebruikelijk voor de emitter- en collectorcircuits. Zo'n circuit voor het inschakelen van een bipolaire transistor wordt een gemeenschappelijk basiscircuit genoemd, terwijl het emittercircuit het ingangscircuit wordt genoemd en het collectorcircuit het uitgangscircuit. Een dergelijke schakeling voor het inschakelen van een bipolaire transistor wordt echter zeer zelden gebruikt.

Drie circuits voor het inschakelen van een bipolaire transistor

Er wordt onderscheid gemaakt tussen een schakelcircuit met een gemeenschappelijke basis, een gemeenschappelijke emitter en een gemeenschappelijke collector. Circuits voor een pnp-transistor worden getoond in figuren a, b, c:

In een circuit met een gemeenschappelijke basis (Fig. A) is de basiselektrode gemeenschappelijk voor de ingangs- en uitgangscircuits, in een circuit met een gemeenschappelijke emitter (Fig. B) is de emitter gemeenschappelijk, in een circuit met een gemeenschappelijke collector (Fig. C), de collector is gebruikelijk.

De afbeelding toont: E1 - voeding van het ingangscircuit, E2 - voeding van het uitgangscircuit, Uin - bron van het versterkte signaal.

Een schakelcircuit wordt als het belangrijkste gebruikt, waarbij de gemeenschappelijke elektrode voor de ingangs- en uitgangscircuits de emitter is (schakeling voor het inschakelen van een bipolaire transistor met een gemeenschappelijke emitter). Voor zo'n circuit gaat het ingangscircuit door de basis-emitterovergang en ontstaat er een basisstroom in:

De lage basisstroom in het ingangscircuit heeft geleid tot het wijdverbreide gebruik van het gemeenschappelijke emittercircuit.

Bipolaire transistor in een common emitter (OE) circuit

In een transistor die is aangesloten volgens het OE-schema, wordt de relatie tussen stroom en spanning in het ingangscircuit van de transistor Ib = f1 (Ube) de ingangs- of basisstroom-spanningskarakteristiek (VAC) van de transistor genoemd. De afhankelijkheid van de collectorstroom van de spanning tussen de collector en de emitter bij vaste waarden van de basisstroom Ik = f2 (Uke), Ib - const wordt de familie van de uitgangskarakteristieken (collector) van de transistor genoemd.

De input- en output-I - V-kenmerken van een bipolaire n-p-n-transistor met gemiddeld vermogen worden weergegeven in de afbeelding:

Zoals uit de figuur blijkt, is de ingangskarakteristiek praktisch onafhankelijk van de spanning Uke. De uitgangskarakteristieken liggen ongeveer op gelijke afstand van elkaar en zijn bijna rechtlijnig in een breed bereik van spanningsvariaties Uke.

De afhankelijkheid Ib = f (Ube) is een exponentiële afhankelijkheidskarakteristiek van de stroom van de voorwaarts voorgespannen pn-overgang. Aangezien de basisstroom recombinatie is, is de Ib-waarde β keer kleiner dan de geïnjecteerde emitterstroom Ie. Met een toename van de collectorspanning Uc verschuift de ingangskarakteristiek naar het gebied van hoge spanningen Ub. Dit komt doordat door de modulatie van de basisbreedte (het Earley-effect) de fractie van de recombinatiestroom in de basis van de bipolaire transistor afneemt. Spanning Ube is niet hoger dan 0,6 ... 0,8 V. Overschrijding van deze waarde zal leiden tot een sterke toename van de stroom die door de open emitterovergang vloeit.

De afhankelijkheid Ik = f (Uke) laat zien dat de collectorstroom recht evenredig is met de basisstroom: Ik = B Ib

Bipolaire transistorparameters:

Weergave van een transistor in een kleinsignaalmodus door een vierpolige

In de kleinsignaalmodus kan de transistor worden weergegeven door een vierpolige. Wanneer de spanningen u1, u2 en stromen i1, i2 sinusvormig veranderen, wordt de verbinding tussen de spanningen en stromen tot stand gebracht met behulp van de Z, Y, h parameters.

Potentialen 1", 2", 3 zijn hetzelfde. Het is handig om de transistor te beschrijven met h-parameters.

De elektrische toestand van een transistor die is aangesloten volgens een gemeenschappelijk emittercircuit wordt gekenmerkt door vier waarden: Ib, Ube, Ic en Uke. Twee van deze grootheden kunnen als onafhankelijk worden beschouwd, terwijl de andere twee in termen daarvan kunnen worden uitgedrukt. Om praktische redenen is het handig om de grootheden Ib en Uke als onafhankelijke te kiezen. Dan Ube = f1 (Ib, Uke) en Ik = f2 (Ib, Uke).

In versterkers zijn de ingangssignalen de toenames van de ingangsspanningen en -stromen. Binnen het lineaire deel van de kenmerken gelden de gelijkheden voor de incrementen Ube en Ik:

De fysieke betekenis van de parameters:

Voor een circuit met OE worden de coëfficiënten geschreven met de index E: h11e, h12e, h21e, h22e.

Geef in de paspoortgegevens h21e = β, h21b = aan. Deze parameters kenmerken de kwaliteit van de transistor. Om de waarde van h21 te verhogen, is het nodig om ofwel de basisbreedte W te verkleinen, ofwel de diffusielengte te vergroten, wat nogal moeilijk is.

Samengestelde transistoren

Om de waarde van h21 te verhogen, zijn bipolaire transistoren aangesloten volgens het Darlington-circuit:

In een samengestelde transistor met karakteristieken als één, is de basis VT1 verbonden met de emitter VT2 en ΔIe2 = ΔIb1. De collectoren van beide transistoren zijn verbonden en deze pin is de pin van de composiettransistor. De basis VT2 speelt de rol van de basis van de composiettransistor ΔIb = ΔIb2, en de emitter VT1 speelt de rol van de emitter van de composiettransistor ΔIe = ΔI1.

We verkrijgen een uitdrukking voor de huidige versterking β voor het Darlington-circuit. Laten we de relatie tussen de verandering in de basisstroom dIb en de resulterende verandering in de collectorstroom dIc van de composiettransistor als volgt uitdrukken:

Aangezien voor bipolaire transistors de stroomversterking gewoonlijk enkele tientallen is (β1, β2 >> 1), wordt de totale versterking van een composiettransistor bepaald door het product van de versterkingen van elk van de transistoren βΣ = β1 β2 en kan deze vrij groot zijn qua omvang.

Laten we eens kijken naar de kenmerken van de bedrijfsmodus van dergelijke transistors. Aangezien de emitterstroom VT2 Ie2 de basisstroom VT1 dIb1 is, moet daarom de transistor VT2 in de micropower-modus werken, en de transistor VT1 - in de grote injectiemodus, verschillen hun emitterstromen met 1-2 ordes van grootte. Met een dergelijke niet-optimale keuze van prestatiekenmerken van bipolaire transistors VT1 en VT2 is het niet mogelijk om in elk van hen hoge stroomversterkingswaarden te bereiken. Niettemin, zelfs met de waarden van de winsten β1, β2 ≈ 30, zal de totale winst βΣ βΣ ≈ 1000 zijn.

Hoge waarden van de versterking in composiettransistors worden alleen gerealiseerd in de statistische modus, daarom worden composiettransistors veel gebruikt in de ingangsfasen van operationele versterkers. In schakelingen met hoge frequenties hebben composiettransistoren niet langer dergelijke voordelen, integendeel, zowel de afsnijfrequentie van de stroomversterking als de snelheid van de composiettransistoren zijn lager dan dezelfde parameters voor elk van de transistors VT1, VT2 afzonderlijk.

Frequentie-eigenschappen van bipolaire transistors

De voortplanting van minderheidsladingsdragers die in de basis worden geïnjecteerd van de emitter naar de collectorovergang vindt plaats door diffusie. Dit proces is nogal traag en de door de emitter geïnjecteerde dragers zullen de collector niet eerder bereiken dan tijdens de diffusie van dragers door de basis. Een dergelijke vertraging zal leiden tot een faseverschuiving tussen de huidige Ie en de huidige Ik. Bij lage frequenties vallen de fasen van de stromen Ie, Ic en Ib samen.

De frequentie van het ingangssignaal, waarbij de modulus van de versterking met een factor wordt verminderd in vergelijking met de statische waarde β0, wordt de grensfrequentie van de stroomversterking van een bipolaire transistor in een circuit met een gemeenschappelijke emitter genoemd.

Fβ - afsnijfrequentie (afsnijfrequentie)
fgr - afsnijfrequentie (eenheidsversterkingsfrequentie)

Veldeffecttransistors

Veldeffect of unipolaire transistors gebruiken het veldeffect als het fysieke basisprincipe. In tegenstelling tot bipolaire transistors, waarbij beide soorten dragers, zowel basis- als ondergeschikt, verantwoordelijk zijn voor het transistoreffect, wordt in veldeffecttransistors slechts één type dragers gebruikt om het transistoreffect te implementeren. Om deze reden worden veldeffecttransistoren unipolair genoemd. Afhankelijk van de voorwaarden voor het realiseren van het veldeffect, worden veldeffecttransistoren in twee klassen verdeeld: veldeffecttransistoren met een geïsoleerde poort en veldeffecttransistoren met een sturende pn-overgang.

Veldeffecttransistoren met een stuur-pn-overgang

Schematisch kan een veldeffecttransistor met een stuur-pn-overgang worden weergegeven in de vorm van een plaat, aan de uiteinden waarvan elektroden, een source en een drain zijn aangesloten. In afb. toont de structuur en het aansluitschema van een veldeffecttransistor met een n-type kanaal:

In een n-kanaaltransistor zijn de belangrijkste ladingsdragers in het kanaal elektronen, die langs het kanaal bewegen van een bron met een laag potentiaal naar een afvoer met een hoger potentiaal, en een afvoerstroom Ic vormen. Er wordt een spanning aangelegd tussen de poort en de bron, die de pn-overgang blokkeert die wordt gevormd door het n-gebied van het kanaal en het p-gebied van de poort.

Wanneer een blokkeerspanning wordt aangelegd aan de p-n-junctie Uzi, ontstaat een uniforme laag die is uitgeput in ladingsdragers en een hoge soortelijke weerstand heeft aan de kanaalgrenzen. Dit leidt tot een afname van de geleidende kanaalbreedte.

Door de waarde van deze spanning te veranderen, is het mogelijk om de kanaaldoorsnede te veranderen en dus de waarde van de elektrische weerstand van het kanaal te veranderen. Voor een n-kanaals veldeffecttransistor is de afvoerpotentiaal positief ten opzichte van de bronpotentiaal. Wanneer de poort geaard is, stroomt er stroom van de afvoer naar de bron. Om de stroom te stoppen, moet daarom een ​​sperspanning van enkele volt op de poort worden aangelegd.

De waarde van de spanning Uzi, waarbij de stroom door het kanaal praktisch nul wordt, wordt de afsnijspanning Uzap genoemd

Een veldeffecttransistor met een poort in de vorm van een pn-overgang is dus een weerstand waarvan de waarde wordt geregeld door een externe spanning.

De veldeffecttransistor wordt gekenmerkt door de volgende I - V-karakteristiek:

Hier bepalen de afhankelijkheid van de afvoerstroom Ic van de spanning bij een constante spanning aan de poort Uzi de uitgangs- of afvoerkarakteristieken van de veldeffecttransistor. Bij het eerste gedeelte van kenmerken Uсi + | Uzi |< Uзап ток стока Iс возрастает с увеличением Uси . При повышении напряжения сток - исток до Uси = Uзап - |Uзи | происходит перекрытие канала и дальнейший рост тока Iс прекращается (участок насыщения). Отрицательное напряжение Uзи между затвором и истоком смещает момент перекрытия канала в сторону меньших значений напряжения Uси и тока стока Iс . Участок насыщения является рабочей областью выходных характеристик полевого транзистора. Дальнейшее увеличение напряжения Uси приводит к пробою р-n-перехода между затвором и каналом и выводит транзистор из строя.

Op de I - V-karakteristiek Iс = f (Uzi) wordt de spanning Uzap weergegeven. Sinds Uzi ≤ 0 is de pn-overgang gesloten en is de poortstroom erg klein, ongeveer 10 -8 ... 10-9 A Daarom zijn de belangrijkste voordelen van een veldeffecttransistor, in vergelijking met een bipolaire transistor, een hoge ingangsimpedantie, ongeveer 10 10 ... 1013 Ohm... Bovendien onderscheiden ze zich door een laag geluidsniveau en maakbaarheid.

Praktische toepassing heeft twee hoofdverbindingsschema's. Een common-source circuit (Fig. A) en een Common-drain circuit (Fig. B), die worden getoond in de afbeelding:

Geïsoleerde poortveldeffecttransistoren
(MIS-transistors)

De term "MOS-transistor" wordt gebruikt om veldeffecttransistors aan te duiden, waarbij de stuurelektrode - de poort - is gescheiden van het actieve gebied van de veldeffecttransistor door een diëlektrische laag - een isolator. Het belangrijkste element voor deze transistors is de metaal-diëlektrische halfgeleider (M-D-P) structuur.

De technologie van de MIS-transistor met een geïntegreerde poort wordt weergegeven in de afbeelding:

De originele halfgeleider waarop de MOS-transistor is gemaakt, wordt het substraat (terminal P) genoemd. De twee zwaar gedoteerde n+-gebieden worden de source (I) en de drain (C) genoemd. Het gebied van het substraat onder de poort (G) wordt het ingebedde kanaal (n-kanaal) genoemd.

De fysieke basis voor de werking van een veldeffecttransistor met een metaal-isolator-halfgeleiderstructuur is het veldeffect. Het veldeffect is dat de concentratie van vrije ladingsdragers in het nabije oppervlaktegebied van de halfgeleider verandert onder invloed van een extern elektrisch veld. In veldapparaten met de MIS-structuur wordt het externe veld veroorzaakt door de aangelegde spanning over de metalen poortelektrode. Afhankelijk van het teken en de grootte van de aangelegde spanning, kunnen er twee toestanden zijn van het ruimteladingsgebied (SCR) in het kanaal - verrijking, uitputting.

De uitputtingsmodus komt overeen met een negatieve spanning Uz, waarbij de concentratie van elektronen in het kanaal afneemt, wat leidt tot een afname van de afvoerstroom. De verrijkingsmodus komt overeen met een positieve spanning Uzi en een toename van de afvoerstroom.

De I - V-karakteristiek wordt weergegeven in de figuur:

De topologie van een MOS-transistor met een geïnduceerd (geïnduceerd) p-type kanaal wordt weergegeven in de figuur:

Wanneer Uzi = 0, is het kanaal afwezig en Ic = 0. De transistor kan alleen werken in de verrijkingsmodus Uzi< 0. Если отрицательное напряжение Uзи превысит пороговое Uзи.пор , то происходит формирование инверсионного канала. Изменяя величину напряжения на затворе Uзи в области выше порогового Uзи.пор , можно менять концентрацию свободных носителей в инверсионном канале и сопротивление канала. Источник напряжения в стоковой цепи Uси вызовет ток стока Iс .

De I - V-karakteristiek wordt weergegeven in de figuur:

In MOS-transistors is de poort gescheiden van de halfgeleider door een laag SiO2-oxide. Daarom is de ingangsimpedantie van dergelijke transistoren in de orde van grootte van 1013 ... 1015 ohm.

De belangrijkste parameters van veldeffecttransistors zijn onder meer:

• De helling van de karakteristiek bij Usp = const, Upi = const. Typische parameterwaarden (0,1 ... 500) mA / V;
• De helling van de karakteristiek over het substraat bij Usp = const, Uz = const. Typische parameterwaarden (0,1 ... 1) mA / V;
• Initiële afvoerstroom Ic.init. - afvoerstroom bij nulspanningswaarde Uzi. Typische waarden van de parameter: (0,2 ... 600) mA - voor transistors met een pn-overgangsbesturingskanaal; (0,1 ... 100) mA - voor transistors met een ingebouwd kanaal; (0,01 ... 0,5) μA - voor transistors met een geïnduceerd kanaal;
• Uitschakelspanning Uzi.ref. ... Typische waarden (0,2 ... 10) V; drempelspanning Uп. Typische waarden (1 ... 6) V;
• Afvoerbronweerstand in open toestand. Typische waarden (2..300) Ohm
• Differentiële weerstand (intern): bij Uzi = const;
• Statistische winst: μ = S ri

thyristors

Een thyristor is een halfgeleiderapparaat met drie of meer elektron-gat pn-overgangen. Ze worden voornamelijk gebruikt als elektronische sleutels. Afhankelijk van het aantal externe leidingen, worden ze onderverdeeld in thyristors met twee externe leidingen - dinistors en thyristors met drie leidingen - trinistoren. Om thyristors aan te duiden, wordt het alfabetische symbool VS aangenomen.

Het apparaat en het werkingsprincipe van de dinistor

De structuur, UGO en CVC van de dinistor zijn weergegeven in de figuur:



Het buitenste p-gebied wordt de anode (A) genoemd, het buitenste n-gebied wordt de kathode (K) genoemd. Drie pn-overgangen worden aangeduid met de nummers 1, 2, 3. De structuur van de dinistor is 4-laags - pnpn.

Voedingsspanning E wordt zodanig aan de dinistor geleverd dat 1 van de 3 overgangen open is en hun weerstanden onbeduidend zijn, en overgang 2 gesloten is en alle voedingsspanning Upr erop wordt toegepast. Er vloeit een kleine tegenstroom door de dynistor, de belasting R is losgekoppeld van de voeding E.

Wanneer de kritische spanning is bereikt, gelijk aan de inschakelspanning Uon, gaat overgang 2 open, terwijl alle drie de overgangen 1, 2, 3 zich in de open (aan) toestand bevinden. De dinistorweerstand daalt tot tienden van Ohm.

De inschakelspanning is enkele honderden volts. De dinistor gaat open en er vloeien aanzienlijke stromen doorheen. De spanningsval over de dynistor in open toestand is 1-2 volt en hangt weinig af van de waarde van de lopende stroom, waarvan de waarde gelijk is aan τa ≈ E / R, en UR ≈ E, d.w.z. de belasting is aangesloten op een stroombron E. De spanning over de dynistor, overeenkomend met het maximaal toelaatbare punt Iot.max, wordt de open-toestandsspanning Uamb genoemd. De maximaal toelaatbare stroom varieert van honderden mA tot honderden A. De dinistor bevindt zich in de open toestand totdat de stroom die er doorheen vloeit kleiner wordt dan de houdstroom Isp. De dynistor sluit wanneer de externe spanning daalt tot een waarde in de orde van grootte van 1V of wanneer de polariteit van de externe bron wordt omgekeerd. Daarom wordt een dergelijk apparaat gebruikt in tijdelijke stroomcircuits. Punten C en D komen overeen met de grenswaarden van de dinistorstromen en -spanningen. De hersteltijd van de weerstand van junction 2 na het wegnemen van de voedingsspanning is ongeveer 10-30 s.

Dinistors zijn door hun principe key-action apparaten. In de aan-stand (sectie BV) is het vergelijkbaar met een gesloten sleutel, en in de uit-stand (sectie van het uitlaatgas) - met een open sleutel.

Het apparaat en het werkingsprincipe van een thyristor (trinistor)

De SCR is een gecontroleerd apparaat. Het bevat een stuurelektrode (RE) die is aangesloten op een p-type halfgeleider of een n-type halfgeleider van de middelste junctie 2.

De structuur, UGO en CVC van een trinistor (meestal een thyristor genoemd) worden weergegeven in de afbeelding:



De spanning Uoff, waarbij een lawine-achtige stroomtoename begint, kan worden verminderd door minderheidsladingsdragers in een van de lagen naast knooppunt 2 te introduceren. In hoeverre Uincl afneemt, wordt weergegeven op de I – V-karakteristiek. Een belangrijke parameter is de ontgrendelingsstuurstroom Iy.from, die ervoor zorgt dat de thyristor bij spanningen lager dan de spanning Uincl. De afbeelding toont drie waarden van de inschakelspanning UI on< Un вкл < Um вкл соответствует трем значениям управляющего тока UI у.от >Un u.f.> Um u.f.

Overweeg het eenvoudigste circuit met een thyristor geladen op een weerstandsbelasting Rн






• Iа - anodestroom (vermogensstroom in het anode-kathodecircuit van de thyristor);
• Uak - spanning tussen anode en kathode;
• Iу is de stroom van de stuurelektrode (in echte circuits worden stroompulsen gebruikt);
• Uuk is de spanning tussen de stuurelektrode en de kathode;
• Gebruik - voedingsspanning.

Om de thyristor in de open toestand te brengen, wordt een korte (in de orde van enkele microseconden) stuurpuls geleverd door de pulsvormende schakeling.

Kenmerkend voor de beschouwde niet-afsluitbare thyristor, die in de praktijk veel wordt gebruikt, is dat deze niet door middel van een stuurstroom kan worden uitgeschakeld.

Om de thyristor uit te schakelen, wordt er in de praktijk een sperspanning Uak op toegepast< 0 и поддерживают это напряжение в течении времени, большего так называемого времени выключения tвыкл . Оно обычно составляет единицы или десятки микросекунд.

Het apparaat en het werkingsprincipe van de triac

De zogenaamde symmetrische thyristors (triacs, triacs) worden veel gebruikt. Elke triac is vergelijkbaar met een paar weloverwogen thyristors die anti-parallel zijn verbonden. Symmetrische SCR's zijn een gecontroleerd apparaat met een symmetrische stroom-spanningskarakteristiek. Om een ​​symmetrische karakteristiek te verkrijgen, worden dubbelzijdige halfgeleiderstructuren van het p-n-p-n-p-type gebruikt.

De structuur van de triac, zijn UGO en VAC worden weergegeven in de afbeelding:



De triac (triac) bevat twee thyristors p1-n1-p2-n2 en p2-n2-p1-n4, antiparallel verbonden. De triac bevat 5 overgangen P1-P2-P3-P4-P5. Bij afwezigheid van een controle-elektron wordt de UE-triac een diac genoemd.

Met positieve polariteit aan de elektrode E1 wordt het thyristoreffect uitgevoerd in p1-n1-p2-n2 en met de tegenovergestelde polariteit in p2-n1-p1-n4.

Wanneer de stuurspanning wordt toegepast op de UE, afhankelijk van de polariteit en grootte, de schakelspanning Uon

Thyristoren (dinistors, trinistoren, triacs) zijn de belangrijkste elementen in vermogenselektronica. Er zijn thyristors waarvan de schakelspanning groter is dan 1 kV en de maximaal toelaatbare stroom groter is dan 1 kA.

Elektronische sleutels

Om de efficiëntie van vermogenselektronica-apparaten te vergroten, wordt de gepulseerde werking van diodes, transistors en thyristors veel gebruikt. De pulsmodus wordt gekenmerkt door scherpe veranderingen in stromen en spanningen. In de gepulseerde modus worden diodes, transistors en thyristors als schakelaars gebruikt.

Elektronische sleutels worden gebruikt om elektronische circuits te schakelen: het aansluiten / loskoppelen van een circuit van / naar bronnen van elektrische energie of signaal, het aansluiten of loskoppelen van circuitelementen, het wijzigen van de parameters van circuitelementen, het wijzigen van het type van een beïnvloedende signaalbron.

De ideale sleutels van HUGO worden weergegeven in de afbeelding:

Toetsen die respectievelijk voor sluiten en openen werken.




De sleutelmodus wordt gekenmerkt door twee toestanden: "aan" / "uit".

Ideale sleutels worden gekenmerkt door een onmiddellijke verandering in weerstand, die een waarde van 0 of ∞ kan aannemen. De spanningsval over een ideale gesloten schakelaar is 0. Bij een open schakelaar is de stroom 0.

Echte sleutels worden ook gekenmerkt door twee extreme waarden van weerstand Rmax en Rmin. De overgang van de ene weerstandswaarde naar de andere in echte sleutels vindt plaats in een eindige tijd. De spanningsval over de echte gesloten schakelaar is niet nul.

Sleutels worden ingedeeld in sleutels die worden gebruikt in circuits met laag vermogen en sleutels die worden gebruikt in stroomcircuits. Elk van deze klassen heeft zijn eigen kenmerken.

Toetsen die worden gebruikt in circuits met laag vermogen worden gekenmerkt door:

1. Sleutelweerstanden in open en gesloten toestanden;
2. Snelheid - de tijd van de sleutelovergang van de ene staat naar de andere;
3. De spanningsval over de gesloten sleutel en de lekstroom van de open sleutel;
4. Ruisimmuniteit - het vermogen van de sleutel om in een van de toestanden te blijven wanneer deze wordt blootgesteld aan interferentie;
5. Toetsgevoeligheid - de grootte van het besturingssignaal dat de sleutel van de ene toestand naar de andere overbrengt;
6. Drempelspanning - de waarde van de stuurspanning, in de buurt waarvan er een scherpe verandering in de weerstand van de elektronische sleutel is.

Diode elektronische sleutels

Het eenvoudigste type elektronische sleutels zijn diodesleutels. Diodeschakelcircuit, statische overdrachtskarakteristiek, I - V-karakteristiek en afhankelijkheid van differentiële weerstand op diodespanning worden weergegeven in de afbeelding:

Het werkingsprincipe van de elektronische diodeschakelaar is gebaseerd op het veranderen van de waarde van de differentiële weerstand van de halfgeleiderdiode in de buurt van de drempelspanningswaarde op de diode Uthr. Figuur "c" toont de stroom-spanningskarakteristiek van een halfgeleiderdiode, die de waarde van Uthr weergeeft. Deze waarde bevindt zich op het snijpunt van de spanningsas met een raaklijn aan de stijgende deelnemer van de stroom-spanningskarakteristiek.

Figuur "d" toont de afhankelijkheid van de differentiële weerstand van de spanning over de diode. Uit de figuur volgt dat er in de buurt van de drempelspanning van 0,3 V een scherpe verandering is in de differentiële weerstand van de diode met extreme waarden van 900 en 35 Ohm (Rmin = 35 Ohm, Rmax = 900 Ohm).

In de "aan"-toestand is de diode open en, Uout ≈ Uin.

In de "uit"-toestand is de diode gesloten en, Uout ≈ Uin · Rn / Rmax<

Om de schakeltijd te verminderen, gebruikten de diodes een kleine junctiecapaciteit in de orde van 0,5-2 pF, terwijl ze een uitschakeltijd in de orde van 0,5-0,05 s bieden.

Diodeschakelaars maken het niet mogelijk om de stuur- en geregelde circuits elektrisch te scheiden, wat vaak vereist is in praktische circuits.

Transistorschakelaars

De meeste circuits die worden gebruikt in computers, telecontrole-apparaten, automatische controlesystemen, enz., zijn gebaseerd op transistorschakelaars.

De belangrijkste circuits op een bipolaire transistor en de I - V-karakteristiek worden weergegeven in de afbeelding:

De eerste toestand "uit" (de transistor is gesloten) wordt bepaald door punt A1 op de uitgangskarakteristieken van de transistor; dit wordt de afsnijmodus genoemd. In de uitschakelmodus is de basisstroom Ib = 0, de collectorstroom Iк1 gelijk aan de initiële collectorstroom en de collectorspanning Uк = Uк1 ≈ Ek. De afsnijmodus wordt gerealiseerd bij Uin = 0 of bij negatieve basispotentialen. In deze toestand bereikt de weerstand van de schakelaar zijn maximale waarde: Rmax =, waarbij RT de weerstand van de transistor in gesloten toestand is, meer dan 1 MΩ.

De tweede toestand "aan" (de transistor is open) wordt bepaald door punt A2 op de I - V-karakteristiek en wordt de verzadigingsmodus genoemd. Vanuit de uitschakelmodus (A1) in de verzadigingsmodus (A2) wordt de transistor geschakeld door een positieve ingangsspanning Uin. In dit geval heeft de spanning Uout een minimale waarde Uk2 = Uk.e.nas van ongeveer 0,2-1,0 V, de collectorstroom Ik2 = Ik.nas ≈ Ek / Rk. De basisstroom in verzadigingsmodus wordt bepaald uit de voorwaarde: Ib> Ib.sat = Ic.sat / h21.

De ingangsspanning die nodig is om de transistor in de open toestand te brengen, wordt bepaald uit de voorwaarde: U invoer> Ib.sat · Rb + Uc.e.sat

Goede ruisimmuniteit en laag vermogen dat in de transistor wordt gedissipeerd, wordt verklaard door het feit dat de transistor meestal verzadigd (A2) of gesloten (A1) is en dat de overgangstijd van de ene toestand naar de andere een klein deel van de duur is van deze staten. De schakeltijd van sleutels op bipolaire transistoren wordt bepaald door de barrièrecapaciteiten van pn-overgangen en de processen van accumulatie en resorptie van minderheidsladingsdragers in de basis.

Om de snelheid en ingangsweerstand te verhogen, worden schakelaars op veldeffecttransistoren gebruikt.

Schakelcircuits op veldeffecttransistoren met een controle-pn-junctie en met een geïnduceerd kanaal met een gemeenschappelijke bron en een gemeenschappelijke afvoer worden weergegeven in de figuur:

Voor elke schakelaar op een veldeffecttransistor Rн> 10-100 kOhm.

Het stuursignaal Uin aan de gate is in de orde van grootte van 10-15 V. De weerstand van de veldeffecttransistor in gesloten toestand is hoog, in de orde van grootte van 108 -109 Ohm.

De aan-toestandweerstand van de veldeffecttransistor kan 7-30 ohm zijn. De weerstand van de veldeffecttransistor langs het stuurcircuit kan 108 - 109 ohm zijn. (circuits "a" en "b") en 1012-1014 ohm (circuits "c" en "d").

Vermogen (high-power) halfgeleiderapparaten

Krachtige halfgeleiderapparaten worden gebruikt in vermogenselektronica, het snelst ontwikkelende en veelbelovende technologiegebied. Ze zijn ontworpen om stromen van tientallen, honderden ampères, spanningen van tientallen, honderden volt te regelen.

Vermogenshalfgeleiderapparaten omvatten thyristors (dinistors, SCR's, triacs), transistors (bipolaire en veldeffect) en statisch geïnduceerde bipolaire transistors (IGBT's). Ze worden gebruikt als elektronische sleutels voor het schakelen van elektronische schakelingen. Hun kenmerken zijn geprobeerd om de kenmerken van ideale sleutels te benaderen.

Volgens het werkingsprincipe, kenmerken en parameters zijn krachtige transistors vergelijkbaar met die met een laag vermogen, maar er zijn bepaalde kenmerken.

Vermogen veldeffecttransistoren

Momenteel is de veldeffecttransistor een van de meest veelbelovende vermogensapparaten. De meest gebruikte transistoren zijn transistors met geïsoleerde poort en geïnduceerde kanaaltransistors. Om de weerstand van het kanaal te verminderen, wordt de lengte ervan verkleind. Om de afvoerstroom in de transistor te vergroten, worden honderden en duizenden kanalen gemaakt, en de kanalen zijn parallel geschakeld. De kans op zelfverhitting van de veldeffecttransistor is klein, omdat kanaalweerstand neemt toe met toenemende temperatuur.

Vermogensveldeffecttransistoren hebben een verticale structuur. Kanalen kunnen zowel verticaal als horizontaal geplaatst worden.

DMDP-transistor

Deze dubbele diffusie MIS-transistor heeft een horizontaal kanaal. De figuur toont een structuurelement met daarin een goot.

VMOS-transistor

Deze V-vormige MOSFET heeft een verticaal kanaal. De afbeelding toont één structuurelement met twee kanalen.

Het is gemakkelijk in te zien dat de structuren van de VMOS-transistor en de DMOS-transistor vergelijkbaar zijn.

IGBT-transistor

IGBT is een hybride halfgeleiderapparaat. Het combineert twee methoden voor elektrische stroomregeling, waarvan er één typisch is voor veldeffecttransistoren (elektrische veldregeling) en de andere voor bipolaire (regeling van de injectie van elektriciteitsdragers).

Typisch gebruikt een IGBT een n-type MOSFET-structuur. De structuur van deze transistor verschilt van de structuur van de DMDP-transistor door een extra p-type halfgeleiderlaag.

Merk op dat de termen "emitter", "collector" en "gate" vaak worden gebruikt om naar IGBT-elektroden te verwijzen.

De toevoeging van een p-type laag resulteert in een tweede bipolaire transistorstructuur (pnp-type). Er zijn dus twee bipolaire structuren in IGBT - npn-type en pnp-type.

UGO- en IGBT-uitschakelcircuit worden weergegeven in de afbeelding:

Een typisch beeld van de outputkenmerken wordt getoond in de afbeelding:

SIT-transistor

SIT is een statische inductie pn junctie veldeffecttransistor. Het is meerkanaals en heeft een verticale structuur. Een schematisch diagram van een SIT en een common-source-verbinding wordt weergegeven in de afbeelding:

Gebieden van de p-type halfgeleider hebben de vorm van cilinders met een diameter van enkele micrometers of meer. Dit cilindersysteem werkt als een rolluik. Elke cilinder is verbonden met een poortelektrode (de poortelektrode wordt niet conventioneel getoond in de figuur "a").

De stippellijn geeft de pn-junctiegebieden aan. Het werkelijke aantal kanalen kan duizenden zijn. Typisch wordt SIT gebruikt in gemeenschappelijke broncircuits.

Elk van de overwogen apparaten heeft zijn eigen toepassingsgebied. Thyristorschakelaars worden gebruikt in apparaten die op lage frequenties werken (kilohertz en lager). Het belangrijkste nadeel van dergelijke toetsen is de lage prestatie.

Het belangrijkste toepassingsgebied van thyristors zijn laagfrequente apparaten met een hoog schakelvermogen tot enkele megawatts, die geen serieuze eisen stellen aan snelheid.

Krachtige bipolaire transistoren worden gebruikt als hoogspanningsschakelaars in apparaten met een schakel- of conversiefrequentie in het bereik van 10-100 kHz, bij een uitgangsvermogensniveau van eenheden van W tot enkele kW. Het optimale schakelspanningsbereik is 200-2000 V.

Veldeffecttransistoren (MOSFET's) worden gebruikt als elektronische schakelaars voor het schakelen van laagspannings-hoogfrequente apparaten. De optimale waarden van de geschakelde spanningen zijn niet hoger dan 200 V (de maximale waarde is maximaal 1000 V), terwijl de schakelfrequentie in het bereik kan liggen van eenheden van kHz tot 105 kHz. Het bereik van geschakelde stromen is 1,5-100 A. De positieve eigenschappen van dit apparaat zijn spanningsregeling, geen stroom, en minder afhankelijkheid van temperatuur in vergelijking met andere apparaten.

Bipolaire transistors met geïsoleerde poort (IGBT's) worden gebruikt bij frequenties onder 20 kHz (sommige soorten apparaten worden gebruikt bij frequenties boven 100 kHz) met schakelvermogens boven 1 kW. Schakelspanningen niet lager dan 300-400 V. Optimale waarden van schakelspanningen boven 2000 V. Ze worden gekenmerkt door hoge schakelsnelheden.

Materiaal ter voorbereiding op certificering

Gemeenschappelijk emittercircuit:

Het schakelcircuit van een transistor met een gemeenschappelijke emitter (OE) wordt getoond in Fig. 5.1. De ingangselektrode is de basis (meer precies, het ingangssignaal) jij bij x wordt toegepast op de emitter - basisovergang, d.w.z. jij in x = jij BE = f B - f E, waarbij f B en f E respectievelijk de basis- en emitterpotentialen zijn). De uitgangselektrode is de collector, d.w.z. de uitgangsspanning jij u x is gelijk aan de spanningsval tussen collector en emitter jij K E: jij jij x = jij FE = f K - f E, waarbij f K de collectorpotentiaal is.

Rijst. 5.1

De emitter is dus een "gemeenschappelijke elektrode" en voor jij in x, en voor jij you x, wat de naam van het schema verklaart. Stel dat de emitter geaard is en f E = 0. In de meeste gevallen wordt een directe verbinding van de emitter met aarde zelden gebruikt, maar hier wordt rekening gehouden met het circuit met een geaarde emitter, aangezien de aanwezigheid van extra elementen R E en C E verandert het basisprincipe van de werking van het OE-circuit niet, maar bemoeilijkt de uitleg aanzienlijk.

Capaciteiten C p 1 en MET p 2 zal in het signaalfrequentiebereik worden beschouwd als kortsluitingen en voor constante voedingsspanningen vertegenwoordigen ze natuurlijk discontinuïteiten. Vervolgens bijdrage MET p 1 en MET p 2 in de kenmerken van het circuit en hun doel zal worden gespecificeerd.

Om de werking van de schakeling uit te leggen, gebruiken we het fenomeen dat bekend is uit de fysica van halfgeleiders: P–N- overgang bij indienen bij R-halfgeleiderpositie-

potentieel (ten opzichte van het potentieel) N-halfgeleider) gaat open en er vloeit stroom door de junctie; bovendien is de stroom binnen bepaalde grenzen recht evenredig met het potentiaalverschil over de kruising. Een constante positieve spanning wordt toegepast op de basis van de transistor, bepaald door de spanningswaarde van de voeding E en weerstandsverhouding: R B1 en R B2 ( R B1 en R B2 wordt de basisdeler genoemd), daarom is f B altijd groter dan f E en is de emitter-basisovergang open.

Als we er nu rekening mee houden dat de basis van de transistor, naast de constante positieve spanning jij in x = = E(R B2 / (R B1 + R B2)) is er ook een wisselsignaal jij bij x ≈ (voor de eenvoud nemen we aan dat jij bij x ≈ is een harmonisch signaal), dan op de momenten waarop jij bij x ≈ heeft een positieve polariteit, P–N- de overgang gaat nog meer open en de stroom erdoorheen neemt toe, en op de momenten dat jij bij x ≈ heeft negatieve polariteit (maar behoudt jij bij x = + jij bij x ≈> 0) is de kruising gedeeltelijk gesloten en neemt de stroom af. Stroom door P–N-junctie-emitter - de basis wordt de emitterstroom genoemd l E. In de transistor is deze verdeeld in een kleine basisstroom l B<< l E en collectorstroom l K l E. Op zijn beurt, de collectorstroom l K stroomt door weerstand R K en creëert er een spanning op D U R = l K R K. Het is dus duidelijk dat de potentiaal van de collector f K = E- NS U R= E–l K R K hangt af van hoe open de emitter-basisovergang is, d.w.z. aan jij in x.

Voor een analytische beschrijving van de afhankelijkheid l Kat jij BE gebruiken vaak de parameter S= D l K / D jij BE, wat steilheid wordt genoemd. De eenheid voor het meten van de helling is ampère per volt [A / V], de naam wordt geassocieerd met zeer zelden gevonden in naslagwerken "door" volt-ampère-karakteristieken van transistors. Dus,

jij jij x = f K - f E = E–l K R K = E–S U ZIJN R K = E–S R K ( jij bij x = + jij bij x ≈) =

= E–S R K jij in x = - S R K jij bij x .

De eerste twee termen zijn constante spanning jij out =, en het variabele uitgangssignaal is jij jij x ≈ = - S R K jij bij x .

Zo wordt in een circuit met een gemeenschappelijke emitter, wanneer een wisselsignaal wordt toegepast op de basis van de transistor, de vorming van hetzelfde wisselsignaal op de collector verschaft, dat verschilt van de ingang in amplitude en teken. Wanneer het signaal door het circuit gaat, is er een faseverschuiving van 180 °). Spanningsoverdrachtscoëfficiënt van het circuit:

K U= |jij jij x ≈ / jij bij x ≈ | = S R K.

Merk op dat het gebruik van een dergelijke parameter als de steilheid alleen handig is om de processen in het circuit uit te leggen. In naslagwerken de waarde S wordt niet gegeven, maar meestal zijn er ingangs- en uitgangsstroom-spanningskarakteristieken (afhankelijkheden) l B van jij BE en l Kat jij CE, respectievelijk).

Laten we nog even stilstaan ​​bij wat meer punten.

Eerst moet de functionaliteit van de containers worden besproken. C p 1 en MET blz 2. Deze condensatoren zijn elementaire hoogdoorlaatfilters die zorgen voor DC-ontkoppeling van de in serie geschakelde circuits. Stel dat de versterker is gebouwd volgens een tweetrapsschakeling, d.w.z. hij bestaat uit twee circuits met een gemeenschappelijke emitter (de uitgang van het eerste circuit is verbonden met de ingang van het tweede). In dit geval is het uiteraard noodzakelijk om het wisselsignaal van de collector van de transistor van het eerste circuit zonder verlies over te dragen naar de basis van de transistor van het tweede circuit. De eenvoudigste manier om dit te doen, is door de elektroden van de twee transistoren kort te sluiten. Maar zowel de spanning aan de basis als de spanning aan de collector bevatten immers niet alleen variabele, maar ook constante componenten, en ze zijn verschillend:

fB = = jij in x = = E(R B2 / (R B1 + R B2));

fK = = jij jij x = = E–S R K jij bij x =.

Het element dat wisselstroom doorlaat maar geen gelijkstroom doorlaat, is capaciteit. Het is de "scheidende" capaciteit MET p, geïnstalleerd tussen de twee trappen, zorgt voor de doorgang van het AC-signaal en de "ontkoppeling" van de trappen door gelijkstroom.

In het schema in afb. 5.1 de zender is geaard. Dit is meestal niet het geval: een common-emitter-circuit bevat een weerstand in het emitter-circuit. R E en blokkeercondensator MET E. Het doel van de weerstand is om thermische stabilisatie van de circuitparameters te bieden. Feit is dat bij temperatuurstijging in halfgeleiders de mobiliteit van ladingsdragers en hun concentratie toenemen, waardoor de emitterstroom toeneemt, en daarmee de collectorstroom. Om de stromen terug te brengen naar hun oorspronkelijke (vóór verwarming) toestand, is het noodzakelijk om de emitter-basisovergang gedeeltelijk te sluiten, en voor deze verhoging van f E met constante f B. Als de emitter geaard is, is het onmogelijk om f E te veranderen en als er weerstand is R E - het probleem is heel gemakkelijk op te lossen: f E = l NS R Eh, dus met groei l Dit zorgt voor het gewenste effect van het vergroten van het potentieel van de emitter. Helaas, beschikbaarheid R E zal de huidige veranderingen minimaliseren l En niet alleen bij infra-lage frequenties van de temperatuurdrift, maar ook bij signaalfrequenties zal de versterking van de schakeling sterk afnemen. Daarom is het noodzakelijk om te omzeilen R E bij signaalfrequenties, hiervoor een blokkeercondensator gebruiken. Op de frequenties van de temperatuurdrift MET E staat voor grote weerstand en heeft geen invloed op het thermische stabilisatiemechanisme; met toenemende F verandert in een kortsluiting.

Laten we nu bespreken welke parameters het circuit met OE heeft.

1. Transmissie (versterking) spanning K U= SR K bereikt meestal enkele tientallen keren.

Rijst. 5.2

2. Amplitudekarakteristiek (АХ) - afhankelijkheid jij jij x ≈ van jij bij x (Fig.5.2). De lineaire sectie AX heeft een helling α geassocieerd met de transmissiecoëfficiënt door de verhouding K U= tg . Bij lage ingangssignaalniveaus jij jij x ≈ bepaald door het geluidsniveau jij w, voor zeer groot ( jij in x>> jij lin m ax) - ongeveer gelijk aan het collectorvermogensniveau.

3. Huidige overdrachtsratio K I gelijk aan de verhouding van de uitgangsstroom tot de ingangsstroom. De uitgangselektrode is de collector, de ingang is de basis, daarom: NAAR ik = l K / l B. Maar l B<< l Uh, uh l K = l Eh, vanaf hier K I >> 1.

4. Krachtoverbrengingsverhouding: K P= K U K I, is daarom zeer belangrijk.

5. De faseverschuiving in het circuit is 180 °.

6. Ingangsimpedantie: R in het x-circuit wordt bepaald door de parallelle aansluiting van weerstanden R B1, R B2 en gelijkwaardige weerstand R–N-transitiezender - basis: R BE = l B / jij BE.Meestal waarden R B1 en R B2 vereist voor de werking van het circuit, evenals: R BE's zijn kilo-ohm - tientallen kilo-ohm, daarom is de ingangsimpedantie gelijk aan kilo-ohm.

7. Uitgangsimpedantie van het onbelaste circuit: R jij x wordt voornamelijk bepaald door de weerstandswaarde R K (honderden ohm - eenheden van kilo-ohm), evenals de equivalente weerstand van de transistor R CE = l TOT / jij CE (meestal bestellen) R CE - kilo-ohm).

8. Frequentierespons K U= K U(F), waar F- frequentie (fig.5.3). De frequentierespons heeft een uniforme doorsnede bij middenfrequenties, evenwijdig aan de frequentie-as. Bij lage frequenties, waar capaciteiten C p 1 en MET p 2 zijn nog geen kortsluitingen en een deel van het signaal valt erop, de frequentierespons neemt af. Een extra reden voor de daling van de frequentierespons bij lage frequenties is de aanwezigheid van R NS,

Laagfrequente correctie (LFC) wordt uitgevoerd door de collectorweerstand (Fig. 5.4) in tweeën te delen: R K 1 en R K2 Het middelpunt van de verdeler over de tank C f verbindt met de grond. Bij lage frequenties C f is een grote weerstand en kan worden genegeerd bij het bepalen van de versterking van een circuit, dat is gedefinieerd als K U= S(R K 1 + R K2). Bij midden- en hoge frequenties C f verandert in een kortsluiting en shunts R K 2, daarom neemt de versterking af en is gelijk aan K U= SR K1.

C f vervult ook de functie van een filter dat geen wisselsignaal in de stroombron toelaat (daarom is het gemarkeerd met de index "f").

Hoogfrequente correctie wordt op twee verschillende manieren uitgevoerd. Eerst, achtereenvolgens met R K zet inductie L(Fig. 5.5) - deze methode wordt inductieve hoogfrequente correctie (HFC) genoemd. In dit geval neemt voor elke waarde van de inductantie de versterking van het circuit toe met toenemende frequentie, aangezien

K U= S =

= S .

Rijst. 5.5

Rijst. 5.6

De tweede methode van hoogfrequente correctie - emittercorrectie (EHFC) voorziet niet in de introductie van extra elementen in het circuit, maar alleen in een significante afname van de capaciteitswaarde C E. Ongeacht de waarde, deze capaciteit omzeilt niet R E bij infra-lage frequenties van de temperatuurdrift, zodat het thermische stabilisatiemechanisme niet wordt verstoord. maar klein C E (bij kleine waardes is het niet meer gebruikelijk om het blokkeren te noemen) gaat niet om R E en bij lage en middenfrequenties van het signaal, terwijl K U neemt af.

Alleen hoge frequenties C E sluit de emitterweerstand kort en de versterking begint toe te nemen - net wanneer deze om andere redenen afneemt. Door het ontbreken van inductantie wordt de EHC steeds vaker gebruikt, hoewel het een belangrijk nadeel heeft - een afname van de K U versterker bij lage en middenfrequenties.

Het schakelcircuit van een bipolaire transistor met een gemeenschappelijke emitter wordt getoond in Fig. 6.13:

In een transistor die is aangesloten volgens een gemeenschappelijk emittercircuit, is er niet alleen versterking in spanning, maar ook in stroom. De invoerparameters voor een circuit met een gemeenschappelijke emitter zijn de basisstroom l B, en de spanning aan de basis ten opzichte van de emitter jij BE, en de uitgangskarakteristieken zijn de collectorstroom l TOT en collectorspanning: jij CE... Voor alle spanningen:

jij CE = jij KB + jij ZIJN

Een onderscheidend kenmerk van de bedrijfsmodus met OE is dezelfde polariteit van de voorspanning aan de ingang (basis) en uitgang (collector): negatieve potentiaal in het geval van pnp-transistor en positief voor het geval npn-transistor. In dit geval wordt de basis-emitterovergang in voorwaartse richting verplaatst en wordt de basis-collectorovergang in de tegenovergestelde richting verschoven.

Eerder, bij het analyseren van een bipolaire transistor in een circuit met een gemeenschappelijke basis, werd de relatie tussen de collectorstroom en de emitterstroom in de volgende vorm verkregen:
... In een gemeenschappelijk emittercircuit voor: pnp-transistor (volgens de eerste wet van Kirchhoff) (6.1):
, vanaf hier krijgen we:

Coëfficiënt / (1-α) genaamd stroomversterking van een bipolaire transistor in een gemeenschappelijk emittercircuit ... Laten we deze coëfficiënt aanduiden met het teken β , dus:

.

Stroomoverdrachtscoëfficiënt voor een transistor aangesloten volgens het schema met een gemeenschappelijke emitter β laat zien hoe vaak de collectorstroom verandert l K bij het wijzigen van de basisstroom l B. Aangezien de waarde van de transmissiecoëfficiënt α is dicht bij één ( α <1), то из уравнения (6.38) следует, что коэффициент усиления β zal aanzienlijk groter zijn dan eenheid ( β >> 1). Met de waarden van de transmissiecoëfficiënt α = 0,98 ÷ 0,99 de basisstroomversterkingsfactor ligt in het bereik β = 50 ÷ 100.

6.2.1 Statische stroom-spanningskarakteristieken van de transistor, aangesloten volgens het schema met een gemeenschappelijke emitter

Overweeg de I - V-karakteristiek pnp-transistor in OE-modus (Fig. 6.13, 6.14).

Bij jij CE =0
... Met een toename van de spanning jij ZIJN de concentratie bij de EB-overgang neemt toe (Fig. 6.15, a), de concentratiegradiënt van geïnjecteerde gaten neemt toe, de diffusiestroom van gaten, zoals in de voorwaartse pn-overgang, groeit exponentieel (d.w.z. A) en verschilt van de emitterstroom alleen door de schaal (6.36) .

Met sperspanningen op de collector en een vaste spanning op de elektrische aandrijving | jij ZIJN| (Fig. 6.15, b) de concentratie van gaten in de basis nabij de emitter zal ook constant zijn. Spanningsverhoging jij CE zal gepaard gaan met een uitzetting van de SCR van de collectorovergang en een afname van de basisbreedte (het Earley-effect) en bijgevolg een afname van het totale aantal gaten in de basis.

In dit geval zal de concentratiegradiënt van gaten in de basis toenemen, wat leidt tot een verdere afname van hun concentratie. Daarom neemt het aantal recombinaties van elektronen en gaten in de basis per tijdseenheid af (de overdrachtscoëfficiënt neemt toe ). Omdat elektronen voor recombinatie door de basisterminal komen, neemt de basisstroom af en ingang I - V karakteristieken zijn naar beneden verschoven.

Bij jij ZIJN= 0 en negatieve collectorspanning ( jij kb << 0), de stroom door de emitterovergang is nul, de concentratie van gaten in de basis van de transistor is minder dan de evenwichtsconcentratie, aangezien deze concentratie nul is voor de KP, en voor de EF wordt de waarde bepaald door de evenwichtswaarde . Een stroom van gaten die uit de collector wordt gehaald, stroomt door de collectorovergang. l CE 0 .

In de basis, zoals in pn-overgang met omgekeerde bias, het proces van thermische generatie prevaleert boven het proces van recombinatie. De gegenereerde elektronen verlaten de basis via de basisterminal, wat betekent dat er een elektrische stroom naar de basis van de transistor gaat (punt B). Dit is de modus afsnijdingen, wordt het gekenmerkt door een verandering in de richting van de basisstroom.

Uitgang CVC.

V actief modus (| jij CE |> |jij ZIJN |>0 ) de flux van gaten geïnjecteerd door de zender  P geëxtraheerd door de collectorovergang op dezelfde manier als in de OB-modus, met de coëfficiënt
... Een deel van gaten (1-α) P recombineert in de basis met elektronen afkomstig van het ohmse contact van de basis.

Met een toename van de basisstroom verlaagt de negatieve lading van de elektronen de potentiaalbarrière van de emitterovergang, waardoor extra gaten in de basis worden geïnjecteerd.

Laten we analyseren waarom kleine veranderingen in de basisstroom l B veroorzaken significante veranderingen in collectorstroom l K. Coëfficiëntwaarde: β significant groter dan één betekent dat de overdrachtscoëfficiënt α ligt dicht bij één. In dit geval ligt de collectorstroom dicht bij de emitterstroom en is de basisstroom (door zijn fysieke aard, recombinatie) aanzienlijk minder dan de collector- en emitterstromen. Wanneer de waarde van de coëfficiënt α = 0,99 van de 100 gaten die door de emitterovergang zijn geïnjecteerd, worden 99 geëxtraheerd door de collectorovergang, en slechts één zal recombineren met elektronen in de basis en bijdragen aan de basisstroom.

Een tweevoudige toename van de basisstroom (twee gaten moeten recombineren) zal leiden tot een dubbele injectie door de emitterovergang (200 gaten moeten worden geïnjecteerd) en, dienovereenkomstig, extractie door de collectorovergang (198 gaten worden geëxtraheerd). Een kleine verandering in de basisstroom, bijvoorbeeld van 5 naar 10 A, veroorzaakt dus grote veranderingen in de collectorstroom, respectievelijk van 500 μA tot 1000 μA. De basisstroom zorgt ervoor dat de collectorstroom honderdvoudig toeneemt.

Naar analogie met (6.34) kunnen we schrijven:

Gezien (6.1):
, we krijgen:

overwegende dat

, een

waar is de doorgaande thermische stroom van een individuele collector pn-overgang in de afgescheurde basismodus (wanneer
, t.C, modus afsnijdingen). Vanwege de voorwaartse voorspanning van de basisovergang (Fig. 6.16), is de stroom
veel meer warmtestroom van de collector l Tot 0 .

Rijst. 6.16 jij ZIJN= const, jij CE- variabel

In de modus verzadiging de basis moet worden verrijkt met kleine media. Het criterium voor dit regime is de evenwichtsdragerconcentratie op de CS ( jij KB =0 ). Op grond van de vergelijking jij CE = jij KB + jij ZIJN, de gelijkheid van de spanning op de collectorovergang naar nul kan plaatsvinden bij kleine negatieve spanningen tussen de basis en de emitter. Bij jij CE 0 en jij ZIJN <0, оба перехода смещаются в прямом направлении, их сопротивление падает. При малых напряжениях на коллекторе (jij CE < jij ZIJN) jij KB verandert van teken, de weerstand van de collectorovergang neemt sterk af, de collector begint gaten in de basis te injecteren. De stroom van gaten van de collector compenseert de stroom van gaten van de emitter. De collectorstroom verandert van teken (dit gebied wordt meestal niet weergegeven op de output I – V-karakteristieken).

Bij hoge spanningen op de collector is doorslag van de collectorovergang mogelijk vanwege de lawinevermenigvuldiging van dragers in de SCR (punt D). De doorslagspanning is afhankelijk van de mate van dotering van de transistorgebieden. Bij transistoren met een zeer dunne basis is het mogelijk om de SCR uit te breiden tot het gehele basisgebied (de basis is doorboord).

Als we de uitgangsstroom-spanningskarakteristieken vergelijken van een transistor die is aangesloten volgens het circuit met de OE en OB (Fig. 6.17), kunnen twee belangrijkste kenmerken worden opgemerkt: ten eerste hebben de kenmerken in het circuit met de OE een grotere helling, wat aangeeft een afname van de uitgangsweerstand van de transistor en ten tweede wordt de overgang naar verzadigingsmodus waargenomen bij negatieve spanningen op de collector.

Collectorstroom stijgt met toenemende jij CE wordt bepaald door de breedte van de basis te verkleinen. Overdrachtsfactoren æ en overdracht van emitterstroom α groeien, maar de basisstroomoverdrachtscoëfficiënt in het circuit met de OE
sneller groeien α ... Daarom neemt bij een constante basisstroom de collectorstroom meer toe dan in een circuit met AAN.

Rijst. 6.23 Uitgangskarakteristieken pnp-transistor a - in het schema met OB, b - in het schema met OE

6.3 De transistor inschakelen volgens het schema met een gemeenschappelijke collector

Als de ingangs- en uitgangscircuits een gemeenschappelijke collectorelektrode (OK) hebben en de uitgangsstroom de emitterstroom is en de ingangsstroom de basis, dan is de stroomoverdrachtsverhouding geldig:

Bij een dergelijke opname is de stroomoverdrachtscoëfficiënt iets hoger dan bij de opname van een OE, en is de spanningsversterking iets minder dan één, omdat het potentiaalverschil tussen de basis en de emitter praktisch onafhankelijk is van de basisstroom. De emitterpotentiaal herhaalt praktisch de basispotentiaal, daarom wordt de trap, gebouwd op basis van een transistor met OK, genoemd zender volger... Dit type inclusie wordt echter relatief zelden gebruikt.

Door de verkregen resultaten te vergelijken, kan men maken: conclusies :

Het OE-circuit heeft een hoge winst in zowel spanning als stroom, het heeft de hoogste vermogenswinst. Merk op dat het circuit de fase van de uitgangsspanning met 180 ° verandert. Dit is het meest voorkomende versterkercircuit.

Een circuit met OB versterkt de spanning (ongeveer, zoals een circuit met een OE), maar versterkt de stroom niet. De fase van de uitgangsspanning verandert niet ten opzichte van de ingangsspanning. De schakeling wordt gebruikt in hoge- en microgolfversterkers.

Een schakeling met OK (emittervolger) versterkt de spanning niet, maar de stroom. De belangrijkste toepassing van deze schakeling is het afstemmen van de weerstand van de signaalbron en de laagohmige belasting.

Dus het derde en laatste deel van de vertelling over bipolaire transistors op onze website =) Vandaag zullen we het hebben over het gebruik van deze prachtige apparaten als versterkers, overweeg de mogelijke bipolaire transistorschakelcircuits en hun belangrijkste voor- en nadelen. Laten we beginnen!

Deze schakeling is erg goed in het gebruik van hoogfrequente signalen. In principe wordt hiervoor in de eerste plaats een dergelijke opname van de transistor gebruikt. Zeer grote nadelen zijn de lage ingangsimpedantie en natuurlijk het ontbreken van stroomversterking. Kijk zelf maar, aan de ingang hebben we de emitterstroom, aan de uitgang.

Dat wil zeggen, de emitterstroom is een klein deel van de basisstroom groter dan de collectorstroom. Dit betekent dat de stroomversterking niet zomaar afwezig is, bovendien is de uitgangsstroom iets minder dan de ingangsstroom. Hoewel, aan de andere kant, deze schakeling een vrij grote spanningsoverdrachtscoëfficiënt heeft) Dit zijn de voor- en nadelen, we gaan verder….

Schema voor het inschakelen van een bipolaire transistor met een gemeenschappelijke collector

Zo ziet het circuit voor het inschakelen van een bipolaire transistor met een gemeenschappelijke collector eruit. Lijkt het ergens op?) Als je het circuit vanuit een iets andere hoek bekijkt, dan herkennen we hier onze oude vriend - een emittervolger. Er was bijna een heel artikel over hem (), dus we hebben daar al alles met betrekking tot dit schema overwogen. Ondertussen wacht het meest gebruikte circuit op ons - met een gemeenschappelijke emitter.

Schema voor het inschakelen van een bipolaire transistor met een gemeenschappelijke emitter.

Dit circuit is populair geworden vanwege zijn versterkende eigenschappen. Van alle circuits geeft het de grootste stroom- en spanningsversterking, respectievelijk de toename van het signaal in termen van vermogen is ook groot. Het nadeel van deze schakeling is dat de versterkingseigenschappen sterk worden beïnvloed door de temperatuurstijging en signaalfrequentie.

We hebben kennis gemaakt met alle circuits, laten we nu de laatste (maar niet de minst belangrijke) versterkerschakeling op een bipolaire transistor (met een gemeenschappelijke emitter) eens nader bekijken. Laten we het eerst een beetje anders weergeven:

Er is hier één nadeel: een geaarde zender. Als de transistor op deze manier wordt ingeschakeld, zijn er aan de uitgang niet-lineaire vervormingen, die natuurlijk moeten worden bestreden. Niet-lineariteit ontstaat door het effect van de ingangsspanning op de emitter-basisovergangsspanning. Inderdaad, er is niets "overbodig" in het emittercircuit, alle ingangsspanning wordt precies op de basis-emitterovergang aangelegd. Om met dit fenomeen om te gaan, voegen we een weerstand toe aan het emittercircuit. Zo krijgen we negatieve feedback.

Wat is het?

Kortom, negatief terug principe e verbindingen bestaat in het feit dat een deel van de uitgangsspanning naar de ingang wordt overgebracht en van het ingangssignaal wordt afgetrokken. Dit leidt uiteraard tot een afname van de versterking, aangezien door de invloed van terugkoppeling een lagere spanningswaarde aan de ingang van de transistor zal worden geleverd dan bij afwezigheid van terugkoppeling.

Niettemin, negatieve feedback is zeer gunstig voor ons. Laten we eens kijken hoe dit het effect van de ingangsspanning op de basis-naar-emitter-spanning zal helpen verminderen.

Stel dat er geen feedback is, dan resulteert een verhoging van het ingangssignaal met 0,5V in dezelfde toename. Hier is alles duidelijk 😉 En nu voegen we feedback toe! En op dezelfde manier verhogen we de spanning aan de ingang met 0,5 V. Hierna neemt deze toe, wat leidt tot een toename van de emitterstroom. En een toename leidt tot een toename van de spanning over de feedbackweerstand. Het lijkt erop, wat is het probleem? Maar deze spanning wordt afgetrokken van de ingangsspanning! Kijk wat er is gebeurd:

De spanning aan de ingang is toegenomen - de emitterstroom is toegenomen - de spanning over de negatieve terugkoppelweerstand is toegenomen - de ingangsspanning is afgenomen (door aftrekken) - de spanning is afgenomen.

Dat wil zeggen, negatieve feedback voorkomt dat de basis-emitterspanning verandert wanneer het ingangssignaal verandert.

Als gevolg hiervan werd ons gemeenschappelijke emitterversterkercircuit aangevuld met een weerstand in het emittercircuit:

Er is nog een probleem met onze versterker. Als er een negatieve spanningswaarde verschijnt aan de ingang, zal de transistor onmiddellijk sluiten (de basisspanning wordt lager dan de emitterspanning en de basis-emitterdiode sluit), en er zal niets aan de uitgang zijn. Dit is op de een of andere manier niet erg goed) Daarom is het noodzakelijk om te creëren vooroordeel... Dit kan als volgt met behulp van een deler:

We hebben zo'n schoonheid 😉 Als de weerstanden gelijk zijn, is de spanning op elk van hen 6V (12V / 2). Dus bij afwezigheid van een signaal aan de ingang, zal de basispotentiaal + 6V zijn. Als er een negatieve waarde op de ingang komt, bijvoorbeeld -4V, dan is de basispotentiaal + 2V, dat wil zeggen dat de waarde positief is en de normale werking van de transistor niet verstoort. Zo handig is het om een ​​offset in de basisketen te creëren)

Hoe kunnen we anders ons schema verbeteren...

Laat ons weten welk signaal we zullen versterken, dat wil zeggen dat we de parameters ervan kennen, met name de frequentie. Het zou geweldig zijn als er niets aan de ingang was behalve het nuttige versterkte signaal. Hoe kan dit worden gegarandeerd? Natuurlijk, met behulp van een hoogdoorlaatfilter) Voeg een condensator toe, die in combinatie met een voorspanningsweerstand een hoogdoorlaatfilter vormt:

Dit is hoe het circuit, waarin bijna niets was, behalve de transistor zelf, overgroeid was met extra elementen 😉 Misschien zullen we hier stoppen, er zal binnenkort een artikel zijn gewijd aan de praktische berekening van een versterker op een bipolaire transistor . Daarin zullen we niet alleen componeren versterker schakelschema:, maar we zullen ook de beoordelingen van alle elementen berekenen en tegelijkertijd een transistor kiezen die geschikt is voor onze doeleinden. Tot ziens! =)