Prvi tranzistor sa bipolarnim spojem izumljen je 1947. u laboratorijima Bell. "Dvije polarnosti" skraćeno je kao bipolarni, pa otuda i naziv Bipolarni spojni tranzistor. BJT je trokračni uređaj s kolektorom (C), bazom (B) i odašiljačem (E). Identificiranje stezaljki tranzistora zahtijeva pin dijagram određenog dijela BJT-a, on će biti dostupan u tehničkom listu. Postoje dvije vrste BJT - NPN i PNP tranzistori. U ovom uputstvu govorit ćemo o NPN tranzistorima. Razmotrimo dva primjera NPN tranzistora - BC547A i PN2222A, prikazana na gornjim slikama.
Na temelju postupka izrade konfiguracija pin-a promijenit će se, a detalji će biti dostupni u odgovarajućem listu podataka. Kako se snaga snage tranzistora povećava, potrebno je da hladnjak bude pričvršćen na tijelo tranzistora. Nepristrani tranzistor ili tranzistor bez potencijala primijenjenog na stezaljkama sličan je dvjema diodama koje su povezane leđima, kao što je prikazano na donjoj slici.
Dioda D1 ima svojstvo obrnutog vođenja temeljeno na prednjem vođenju diode D2. Kada struja prolazi kroz diodu D2, dioda D1 osjeti struju i proporcionalnoj će struji dopustiti da teče u obrnutom smjeru od kolektorskog terminala do terminala emitora pod uvjetom da se na kolektorskom terminalu primijeni veći potencijal. Proporcionalna konstanta je dobitak (β).
Rad NPN tranzistora:
Kao što je gore spomenuto, tranzistor je strujom upravljani uređaj koji ima dva sloja iscrpljivanja sa specifičnim potencijalom barijere potrebna za difuziju sloja iscrpljivanja. Potencijal barijere za silicijski tranzistor je 0,7 V na 25 ° C i 0,3 V na 25 ° C za germanijev tranzistor. Uobičajeni tip tranzistora koji se koristi je silicijski, jer je silicij najzastupljeniji element na zemlji nakon kisika.
Interni rad:
Konstrukcija NPN tranzistora je da su kolektora i emitera regije dopiran n-tipa materijala, a baza je područje dopiran s malim slojem p-tipa materijala. Regija emitera je jako dopirana u usporedbi s regijom kolektora. Te tri regije tvore dva spoja. Oni su spoj kolektor-baza (CB) i spoj baza-emiter.
Kada se potencijalni VBE primijeni preko spoja baza-emiter povećavajući se od 0V, elektroni i rupe počinju se akumulirati na području iscrpljivanja. Kada se potencijal poveća iznad 0,7 V, postiže se napon barijere i dolazi do difuzije. Dakle, elektroni teku prema pozitivnom priključku, a osnovni strujni tokovi (IB) suprotni su protoku elektrona. Osim toga, struja od kolektora do emitora počinje teći, pod uvjetom da se na priključku kolektora primijeni napon VCE. Tranzistor može djelovati kao sklopka i pojačalo.
Područje rada u odnosu na način rada:
1. Aktivno područje, IC = β × IB - Rad pojačala
2. Regija zasićenja, IC = Struja zasićenja - Prekidač (potpuno UKLJUČEN)
3. Rezna granica, IC = 0 - Prekidač (potpuno isključen)
Tranzistor kao prekidač:
Za objašnjenje s PSPICE odabran je model BC547A. Prva važna stvar koju treba imati na umu upotreba ograničavajućih struja na bazi. Jače struje baze oštetit će BJT. Iz tehničkog lista maksimalna struja kolektora je 100mA i dato je odgovarajuće pojačanje (hFE ili β).
Koraci za odabir komponenata, 1. Pronađite čarobnjak za struju kolektora koji struja troši vaše opterećenje. U ovom slučaju to će biti 60mA (relejna zavojnica ili paralelne LED), a otpor = 200 Ohma.
2. Da bi tranzistor ušao u stanje zasićenja, mora se dostaviti dovoljna struja baze da tranzistor bude potpuno UKLJUČEN. Izračunavanje struje baze i odgovarajućeg otpora koji će se koristiti.
Za potpuno zasićenje osnovna struja približna je na 0,6 mA (ne previsoka ili preniska). Tako je dolje krug s 0 V na bazi tijekom kojeg je prekidač u stanju ISKLJUČENO.
a) PSPICE simulacija BJT-a kao prekidača i b) ekvivalentni uvjet prekidača
Teoretski je sklopka potpuno otvorena, ali praktički se može primijetiti protok struje curenja. Ova je struja zanemariva jer su u pA ili nA. Za bolje razumijevanje upravljanja strujom, tranzistor se može smatrati promjenjivim otpornikom na kolektoru (C) i emiteru (E) čiji otpor varira ovisno o struji kroz bazu (B).
U početku kad struja ne prolazi kroz bazu, otpor preko CE je vrlo velik da kroz nju ne teče struja. Kada se na osnovni terminal primijeni potencijal od 0,7 V i više, BE spoj difuzira i uzrokuje difuziju CB spoja. Sada struja teče od kolektora do emitera na temelju pojačanja.
a) PSPICE simulacija BJT-a kao prekidača i b) ekvivalentni uvjet prekidača
Sada da vidimo kako upravljati izlaznom strujom upravljajući baznom strujom. Uzimajući u obzir IC = 42mA i slijedeći istu formulu gore, dobivamo IB = 0,35mA; RB = 14,28kOhms ≈ 15kOhms.
a) PSPICE simulacija BJT-a kao prekidača i b) ekvivalentni uvjet prekidača
Varijacija praktične vrijednosti od izračunate vrijednosti je zbog pada napona na tranzistoru i upotrijebljenog otpornog opterećenja.
Tranzistor kao pojačalo:
Pojačanje je pretvaranje slabog signala u upotrebljiv oblik. Proces pojačanja važan je korak u mnogim aplikacijama poput bežičnih signala koji se prenose, bežičnih signala, MP3 playera, mobilnih telefona itd., Tranzistor može pojačati snagu, napon i struju u različitim konfiguracijama.
Neke od konfiguracija koje se koriste u krugovima pojačala su
- Pojačalo s uobičajenim emiterima
- Zajedničko kolektorsko pojačalo
- Pojačalo sa zajedničkom bazom
Od gore navedenih tipova uobičajena vrsta odašiljača je popularna i najčešće korištena konfiguracija. Operacija se događa u aktivnom području, primjer je jednostepeni krug pojačavača zajedničkog emitora. Stabilna točka pristranosti istosmjerne struje i stabilno pojačanje izmjenične struje važni su u dizajniranju pojačala. Naziv jednostupanjsko pojačalo kada se koristi samo jedan tranzistor.
Iznad je jednostepeni krug pojačala gdje se slabi signal primijenjen na osnovnom terminalu pretvara u β puta stvarni signal na kolektorskom terminalu.
Svrha dijela:
CIN je spojni kondenzator koji spaja ulazni signal s bazom tranzistora. Stoga ovaj kondenzator izolira izvor od tranzistora i omogućava prolaz samo izmjeničnom signalu. CE je premosni kondenzator koji djeluje kao put niskog otpora za pojačani signal. COUT je spojni kondenzator koji spaja izlazni signal sa kolektora tranzistora. Stoga ovaj kondenzator izolira izlaz s tranzistora i omogućava prolaz samo izmjeničnom signalu. R2 i RE pružaju stabilnost pojačalu dok R1 i R2 zajedno osiguravaju stabilnost u istosmjernoj istosmjernoj točki djelujući kao potencijalni djelitelj.
Operacija:
Krug djeluje trenutno za svaki vremenski interval. Jednostavno razumjeti, kada izmjenični napon na osnovnom priključku poveća odgovarajuće povećanje struje kroz otpornik emitora. Dakle, ovo povećanje struje emitora povećava veću kolektorsku struju koja prolazi kroz tranzistor što smanjuje pad VCE kolektora. Slično tome, kada se ulazni izmjenični napon eksponencijalno smanji, VCE napon počinje rasti zbog smanjenja struje emitora. Sve ove promjene napona trenutno se odražavaju na izlazu koji će biti invertirani valni oblik ulaza, ali pojačani.
|
Karakteristike |
Zajednička baza |
Uobičajeni emiter |
Zajednički kolekcionar |
|
Pojačanje napona |
Visoko |
Srednji |
Niska |
|
Trenutni dobitak |
Niska |
Srednji |
Visoko |
|
Dobitak snage |
Niska |
Vrlo visoko |
Srednji |
Tablica: Tablica usporedbe dobitka
Na temelju gornje tablice može se koristiti odgovarajuća konfiguracija.