Ensimmäinen kaksisuuntainen liitostransistori keksittiin vuonna 1947 Bell-laboratorioissa. "Kaksi polariteettia" lyhennetään bipolaariseksi, tästä syystä nimi bipolaarinen liitostransistori. BJT on kolmen päätelaitteen laite, jossa on Collector (C), Base (B) ja Emitter (E). Transistorin liittimien tunnistaminen vaatii tietyn BJT-osan pin-kaavion, se on saatavana lomakkeessa. BJT- transistoreita on kahta tyyppiä - NPN- ja PNP-transistorit. Tässä opetusohjelmassa puhumme NPN-transistoreista. Tarkastellaan kahta esimerkkiä NPN-transistoreista - BC547A ja PN2222A, jotka on esitetty yllä olevissa kuvissa.
Valmistusprosessin perusteella tapin kokoonpano muuttuu ja yksityiskohdat ovat saatavilla vastaavassa lomakkeessa. Kun transistorin teho kasvaa, tarvittava jäähdytyselementti on kiinnitettävä transistorin runkoon. Puolueeton transistori tai transistori, jossa ei ole potentiaalia liittimiin, on samanlainen kuin kaksi edestakaisin kytkettyä diodia, kuten alla olevassa kuvassa on esitetty.
Diodilla D1 on käänteinen johtava ominaisuus, joka perustuu diodin D2 eteenpäin johtamiseen. Kun virta virtaa diodin D2 läpi, diodi D1 havaitsee virran ja suhteellisen virran annetaan kulkea vastakkaiseen suuntaan kollektoriliittimestä emitteriliittimeen edellyttäen, että kollektorinapaan kohdistetaan suurempi potentiaali. Suhteellinen vakio on vahvistus (β).
NPN-transistoreiden toiminta:
Kuten edellä on käsitelty, transistori on virralla ohjattu laite, jossa on kaksi ehtymiskerrosta, joilla on erityinen estopotentiaali, jota tarvitaan ehtokerroksen hajauttamiseen. Piitransistorin estopotentiaali on 0,7 V lämpötilassa 25 ° C ja 0,3 V lämpötilassa 25 ° C germaniumtransistorille. Suurimmaksi osaksi käytetty transistorityyppi on piityyppi, koska pii on maapallon runsain alkuaine hapen jälkeen.
Sisäinen toiminta:
Rakentaminen npn-transistorin on, että kollektorin ja emitterin alueet on seostettu n-tyyppinen materiaali ja pohja-alue on seostettu pieni kerros p-tyypin materiaalin. Lähettäjäalue on voimakkaasti seostettu keräilyalueeseen verrattuna. Nämä kolme aluetta muodostavat kaksi risteystä. Ne ovat keräin-pohja risteys (CB) ja emäs-emitteri risteys.
Kun potentiaalista VBE: tä käytetään Base-Emitter-risteyksessä, joka kasvaa 0 V: sta, elektronit ja reiät alkavat kerääntyä tyhjennysalueelle. Kun potentiaali nousee yli 0,7 V: n, estojännite saavutetaan ja diffuusio tapahtuu. Siksi elektronit virtaavat kohti positiivista napaa ja kantavirta (IB) on vastakkainen elektronivirralle. Lisäksi virta kollektorista emitteriin alkaa virrata edellyttäen, että jännite VCE syötetään kollektorin napaan. Transistori voi toimia kytkimenä ja vahvistimena.
Toiminta-alue vs. käyttötapa:
1. Aktiivinen alue, IC = β × IB - Vahvistimen toiminta
2. Värikylläisyysalue, IC = Kylläisyysvirta - Kytkimen toiminta (täysin päällä)
3. Katkaisualue, IC = 0 - Kytkimen toiminta (täysin pois päältä)
Transistori kytkimenä:
BC547A on valittu selittämään PSPICE-mallilla. Ensimmäinen tärkeä asia, joka on pidettävä mielessä, kun käytät virtaa rajoittavaa vastusta tyvessä. Suuremmat perusvirrat vahingoittavat BJT: tä. Datalehdestä suurin kollektorivirta on 100 mA ja vastaava vahvistus (hFE tai β) annetaan.
Vaiheet komponenttien valitsemiseksi, 1. Etsi keräysvirta wiz kuormasi kuluttama virta. Tässä tapauksessa se on 60mA (relekäämi tai rinnakkaisvalot) ja vastus = 200 ohmia.
2. Transistorin ajamiseksi kyllästystilaan on syötettävä riittävä kantavirta siten, että transistori on täysin PÄÄLLÄ. Lasketaan kantavirta ja vastaava käytettävä vastus.
Täydellisen kylläisyyden saavuttamiseksi perusvirta arvioidaan arvoon 0,6 mA (ei liian korkea tai liian matala). Täten alla on piiri 0 V: n tukiasemasta, jonka aikana kytkin on OFF-tilassa.
a) BJT: n PSPICE-simulointi kytkimenä ja b) vastaava kytkinolosuhde
Teoriassa kytkin on täysin auki, mutta käytännössä voidaan havaita vuotovirta. Tämä virta on merkityksetön, koska ne ovat pA: ssa tai nA: ssa. Virtavirran hallinnan ymmärtämiseksi transistoria voidaan pitää vaihtelevana vastuksena kollektorin (C) ja emitterin (E) poikki, jonka vastus vaihtelee alustan (B) läpi kulkevan virran perusteella.
Aluksi kun virtaa ei virtaa alustan läpi, CE-vastus on erittäin suuri, ettei virtaa virtaa sen läpi. Kun tukiasemaan käytetään 0,7 V: n ja sitä suurempaa potentiaalia, BE-liitos diffundoituu ja saa CB-liitoksen diffundoitumaan. Nyt virta kulkee kerääjältä emitteriin vahvistuksen perusteella.
a) BJT: n PSPICE-simulointi kytkimenä ja b) vastaava kytkinolosuhde
Katsotaan nyt, kuinka ohjata lähtövirtaa ohjaamalla perusvirtaa. Kun otetaan huomioon IC = 42mA ja noudatetaan samaa kaavaa yllä, saadaan IB = 0,35mA; RB = 14,28 kOhm ≈ 15 kOhms.
a) BJT: n PSPICE-simulointi kytkimenä ja b) vastaava kytkinolosuhde
Käytännön arvon vaihtelu lasketusta arvosta johtuu transistorin jännitehäviöstä ja käytetystä resistiivisestä kuormasta.
Transistori vahvistimena:
Vahvistus on heikon signaalin muuntaminen käyttökelpoiseen muotoon. Vahvistusprosessi on ollut tärkeä vaihe monissa sovelluksissa, kuten langattomat lähetetyt signaalit, langattomat vastaanotetut signaalit, Mp3-soittimet, matkapuhelimet jne., Transistori voi vahvistaa tehoa, jännitettä ja virtaa eri kokoonpanoissa.
Jotkut vahvistinpiireissä käytetyistä kokoonpanoista ovat
- Yleinen emitterivahvistin
- Yhteinen keräilyvahvistin
- Yhteinen perusvahvistin
Edellä mainituista tyypeistä yleinen emitterityyppi on suosittu ja enimmäkseen käytetty kokoonpano. Toiminta tapahtuu aktiivisella alueella, yksivaiheinen yhteinen emitterivahvistinpiiri on esimerkki sille. Vakaa DC-esijännitepiste ja vakaa AC-vahvistus ovat tärkeitä vahvistimen suunnittelussa. Nimi yksivaiheinen vahvistin, kun käytetään vain yhtä transistoria.
Yläpuolella on yksivaiheinen vahvistinpiiri, jossa tukiasemaan syötetty heikko signaali muunnetaan β-kertoimeksi todelliselle signaalille kollektorinapassa.
Osa tarkoitus:
CIN on kytkentäkondensaattori, joka kytkee tulosignaalin transistorin pohjaan. Täten tämä kondensaattori eristää lähteen transistorista ja sallii vain vaihtosignaalin kulkemisen. CE on ohituskondensaattori, joka toimii vahvistetun signaalin matalaresistanssina. COUT on kytkentäkondensaattori, joka kytkee lähtösignaalin transistorin kollektorista. Täten tämä kondensaattori eristää lähdön transistorista ja sallii vain vaihtosignaalin kulkemisen. R2 ja RE tarjoavat vakauden vahvistimelle, kun taas R1 ja R2 takaavat yhdessä vakauden DC-esijännitepisteessä toimimalla potentiaalijakajana.
Operaatio:
Piiri toimii välittömästi jokaisella aikavälillä. Yksinkertaisesti ymmärrettäväksi, kun vaihtovirtajännite tukiasemassa lisää vastaavaa virran kasvua emitterivastuksen läpi. Siten tämä emitterivirran kasvu lisää suurempaa kollektorivirtaa virtaamaan transistorin läpi, mikä vähentää VCE-kollektorilähettimen pudotusta. Vastaavasti, kun vaihtovirran tulojännite pienenee eksponentiaalisesti, VCE-jännite alkaa kasvaa emitterivirran vähenemisen vuoksi. Kaikki nämä jännitteiden muutokset heijastuvat välittömästi lähdössä, joka on tulon käänteinen aaltomuoto, mutta vahvistettu.
|
Ominaisuudet |
Yhteinen tukikohta |
Yhteinen lähettäjä |
Yhteinen keräilijä |
|
Jännitevahvistus |
Korkea |
Keskitaso |
Matala |
|
Nykyinen voitto |
Matala |
Keskitaso |
Korkea |
|
Tehonlisäys |
Matala |
Erittäin korkea |
Keskitaso |
Taulukko: Gain-vertailutaulukko
Yllä olevan taulukon perusteella voidaan käyttää vastaavaa kokoonpanoa.