Was ist ein Bipolartransistor und welche Schaltkreise gibt es?

Die Verwendung von Halbleiterbauelementen (SS) ist in der Funkelektronik weit verbreitet. Aus diesem Grund haben sich die Abmessungen verschiedener Geräte verringert. Der Bipolartransistor hat eine breite Anwendung gefunden, da seine Funktionalität aufgrund einiger Merkmale breiter ist als die eines einfachen Feldeffekttransistors. Um zu verstehen, warum es benötigt wird und unter welchen Bedingungen es verwendet wird, müssen das Funktionsprinzip, die Anschlussmethoden und die Klassifizierung berücksichtigt werden.

Gerät und Funktionsprinzip

Ein Transistor ist ein elektronischer Halbleiter, der aus 3 Elektroden besteht, von denen eine eine Steuerelektrode ist. Ein bipolarer Transistor unterscheidet sich von einem polaren durch das Vorhandensein von 2 Arten von Ladungsträgern (negativ und positiv).

Negative Ladungen sind Elektronen, die von der äußeren Hülle des Kristallgitters freigesetzt werden. Anstelle des freigesetzten Elektrons wird eine positive Ladungsart oder Löcher gebildet.

Das Gerät eines Bipolartransistors (BT) ist trotz seiner Vielseitigkeit recht einfach. Es besteht aus 3 leitfähigen Schichten: Emitter (E), Basis (B) und Kollektor (K).

Ein Emitter (vom lateinischen „freigeben“) ist eine Art Halbleiterübergang, dessen Hauptfunktion darin besteht, Ladungen in die Basis zu injizieren. Der Kollektor (vom lateinischen "Kollektor") dient dazu, die Ladungen des Senders zu empfangen. Die Basis ist die Steuerelektrode.

Die Emitter- und Kollektorschichten sind fast gleich, unterscheiden sich jedoch im Grad der Zugabe von Verunreinigungen, um die Eigenschaften der Leiterplatte zu verbessern. Das Hinzufügen von Verunreinigungen wird als Dotieren bezeichnet. Für die Kollektorschicht (CL) wird die Dotierung schwach ausgedrückt, um die Kollektorspannung (Uk) zu erhöhen. Die Emitterhalbleiterschicht ist stark dotiert, um den zulässigen Rückwärtsdurchbruch U zu erhöhen und die Injektion von Ladungsträgern in die Basisschicht zu verbessern (der Stromübertragungskoeffizient steigt – Kt). Die Basisschicht ist leicht dotiert, um mehr Widerstand (R) bereitzustellen.

Der Übergang zwischen der Basis und dem Emitter ist flächenmäßig kleiner als der K-B. Aufgrund des Flächenunterschieds tritt die Verbesserung von Kt auf. Während des Betriebs der PCB wird der K-B-Übergang mit einer umgekehrten Vorspannung eingeschaltet, um den Hauptanteil der Wärmemenge Q freizusetzen, die dissipiert wird und für eine bessere Kühlung des Kristalls sorgt.

Die Geschwindigkeit von BT hängt von der Dicke der Basisschicht (BS) ab. Diese Abhängigkeit ist ein Wert, der umgekehrt proportional variiert. Mit weniger Dicke - mehr Geschwindigkeit. Diese Abhängigkeit hängt mit der Flugzeit von Ladungsträgern zusammen.Gleichzeitig nimmt Uk jedoch ab.

Zwischen dem Emitter und K fließt ein starker Strom, der als Strom K (Ik) bezeichnet wird. Zwischen E und B fließt ein kleiner Strom - Strom B (Ib), der zur Steuerung verwendet wird. Wenn sich Ib ändert, ändert sich Ik.

Der Transistor hat zwei p-n-Übergänge: E-B und K-B. Wenn der Modus aktiv ist, ist E-B mit einer Vorspannung vom Vorwärtstyp verbunden, und CB ist mit einer Vorspannung in Sperrrichtung verbunden. Da der E-B-Übergang im offenen Zustand ist, fließen negative Ladungen (Elektronen) in das B. Danach rekombinieren sie teilweise mit Löchern. Die meisten Elektronen erreichen jedoch K-B aufgrund der geringen Legitimität und Dicke von B.

Bei BS sind Elektronen kleinere Ladungsträger, und das elektromagnetische Feld hilft ihnen, den K-B-Übergang zu überwinden. Mit einer Erhöhung von Ib erweitert sich die E-B-Öffnung und mehr Elektronen laufen zwischen E und K. In diesem Fall tritt eine signifikante Verstärkung des Signals mit niedriger Amplitude auf, da Ik größer als Ib ist.

Um die physikalische Bedeutung des Betriebs eines bipolaren Transistors leichter zu verstehen, ist es notwendig, ihn mit einem guten Beispiel in Verbindung zu bringen. Es muss davon ausgegangen werden, dass die Pumpe zum Pumpen von Wasser eine Stromquelle ist, der Wasserhahn ein Transistor ist, Wasser Ik ist, der Drehgrad des Hahngriffs Ib ist. Um den Druck zu erhöhen, müssen Sie den Hahn leicht drehen, um eine Steueraktion auszuführen. Anhand des Beispiels können wir auf ein einfaches Funktionsprinzip der Software schließen.

Bei einem signifikanten Anstieg von U am K-B-Übergang kann jedoch eine Stoßionisation auftreten, die zu einer Lawinenladungsvervielfachung führt.In Kombination mit dem Tunneleffekt führt dieser Vorgang zu einem elektrischen und mit zunehmender Zeit zu einem thermischen Zusammenbruch, der das PP deaktiviert. Manchmal tritt ein thermischer Durchbruch ohne elektrischen Durchbruch auf, wenn der Strom durch den Kollektorausgang stark ansteigt.

Wenn sich U zu K-B und E-B ändert, ändert sich außerdem die Dicke dieser Schichten, wenn B dünn ist, tritt ein Verschlusseffekt auf (dies wird auch als Punktion B bezeichnet), bei dem die Übergänge K-B und E-B verbunden sind. Infolge dieses Phänomens erfüllt das PP seine Funktionen nicht mehr.

Betriebsarten

Der bipolare Transistor kann in 4 Modi betrieben werden:

1. Aktiv.
2. Unterbrechungen (RO).
3. Sättigung (PH).
4. Schranke (RB).

Der aktive Modus von BT ist normal (NAR) und invers (IAR).

Normaler aktiver Modus

In diesem Modus fließt U am E-B-Übergang, der direkt ist und als E-B-Spannung (Ue-b) bezeichnet wird. Der Modus gilt als optimal und wird in den meisten Schemata verwendet. Der Übergang E injiziert Ladungen in die Basisregion, die sich zum Kollektor hin bewegen. Letzteres beschleunigt die Ladungen und erzeugt einen Boost-Effekt.

Inverser aktiver Modus

In diesem Modus ist der K-B-Übergang offen. Das BT arbeitet in die entgegengesetzte Richtung, d.h. Lochladungsträger werden von K injiziert und passieren das B. Sie werden vom Übergang E gesammelt. Die Verstärkungseigenschaften des PP sind schwach, und BTs werden in diesem Modus selten verwendet.

Sättigungsmodus

Bei PH sind beide Übergänge offen. Wenn E-B und K-B in Vorwärtsrichtung mit externen Quellen verbunden sind, funktioniert das BT in der Trägerrakete. Das elektromagnetische Diffusionsfeld der E- und K-Übergänge wird durch das elektrische Feld geschwächt, das durch externe Quellen erzeugt wird.Dadurch kommt es zu einer Abnahme der Barrierefähigkeit und einer Begrenzung der Diffusionsfähigkeit der Hauptladungsträger. Es beginnt die Injektion von Löchern von E und K nach B. Dieser Modus wird hauptsächlich in der Analogtechnik verwendet, aber in einigen Fällen kann es Ausnahmen geben.

Cutoff-Modus

In diesem Modus schließt der BT vollständig und kann keinen Strom leiten. Im BT gibt es jedoch unbedeutende Flüsse kleiner Ladungsträger, die thermische Ströme mit kleinen Werten erzeugen. Dieser Modus wird in verschiedenen Arten des Schutzes gegen Überlast und Kurzschluss verwendet.

Barriereregime

Die BT-Basis ist über einen Widerstand mit K verbunden. Ein Widerstand ist in der K- oder E-Schaltung enthalten, die den Stromwert (I) durch den BT einstellt. BR wird häufig in Schaltungen verwendet, da es dem BT ermöglicht, bei jeder Frequenz und über einen größeren Temperaturbereich zu arbeiten.

Schaltschemata

Für die korrekte Verwendung und Verbindung von BTs müssen Sie deren Klassifizierung und Typ kennen. Klassifizierung von Bipolartransistoren:

1. Produktionsmaterial: Germanium, Silizium und Arsenidogallium.
2. Fertigungsmerkmale.
3. Verlustleistung: leistungsschwach (bis 0,25 W), mittel (0,25-1,6 W), stark (über 1,6 W).
4. Grenzfrequenz: Niederfrequenz (bis 2,7 MHz), Mittelfrequenz (2,7-32 MHz), Hochfrequenz (32-310 MHz), Mikrowelle (über 310 MHz).
5. Funktionaler Zweck.

Der funktionale Zweck von BT ist in folgende Typen unterteilt:

1. Verstärken von Niederfrequenzen mit normalisierter und nicht normalisierter Rauschzahl (NiNNKSh).
2. Hochfrequenzverstärkung mit NiNNKSh.
3. Verstärkende Mikrowelle mit NiNNKSh.
4. Verstärken von leistungsstarker Hochspannung.
5. Generator mit hohen und ultrahohen Frequenzen.
6. Low-Power- und High-Power-Hochspannungsschaltgeräte.
7. Leistungsstark gepulst für hohe U-Werte.

Darüber hinaus gibt es solche Arten von Bipolartransistoren:

1. P-n-p.
2. N-p-n.

Es gibt 3 Schaltungen zum Einschalten eines Bipolartransistors, von denen jede ihre eigenen Vor- und Nachteile hat:

1. General B.
2. General E.
3. General K..

Einschalten mit gemeinsamer Basis (OB)

Die Schaltung wird bei hohen Frequenzen angewendet, was eine optimale Nutzung des Frequenzgangs ermöglicht. Wenn ein BT gemäß dem Schema mit OE und dann mit OB verbunden wird, erhöht sich seine Betriebsfrequenz. Dieses Verbindungsschema wird in Verstärkern vom Antennentyp verwendet. Der Geräuschpegel bei hohen Frequenzen wird reduziert.

Vorteile:

1. Optimale Temperaturen und breiter Frequenzbereich (f).
2. Hochwertiges Großbritannien.

Mängel:

1. Niedrig gewinne ich.
2. Niedriger Eingang R.

Schaltung in Emitterschaltung (CE)

Bei Anschluss nach diesem Schema erfolgt eine Verstärkung in U und I. Die Schaltung kann aus einer einzigen Quelle gespeist werden. Wird häufig in Leistungsverstärkern (P) verwendet.

Vorteile:

1. Hohe Gewinne für I, U, P.
2. Ein Netzteil.
3. Die Ausgangsgröße U ist gegenüber dem Eingang invertiert.

Es hat erhebliche Nachteile: Die niedrigste Temperaturstabilität und die Frequenzeigenschaften sind schlechter als bei Anschluss an Ü-W.

Einschalten mit gemeinsamem Kollektor (OK)

Der Eingang U wird vollständig zurück zum Eingang übertragen, und Ki ist ähnlich, wenn er mit einem OE verbunden ist, aber er ist niedrig in U.

Diese Art des Schaltens wird verwendet, um Kaskaden anzupassen, die auf Transistoren oder mit einer Eingangssignalquelle mit hohem Ausgang R (Kondensatormikrofon oder Tonabnehmer) hergestellt wurden. Zu den Vorteilen gehören: ein großer Wert der Eingabe und ein kleiner Ausgang R.Der Nachteil ist die geringe U-Verstärkung.

Hauptmerkmale von Bipolartransistoren

Die Hauptmerkmale von BT:

1. Ich gewinne.
2. Eingang und Ausgang R.
3. Umgekehrtes Ik-e.
4. Einschaltzeit.
5. Sendefrequenz Ib.
6. Umgekehrte Ik.
7. Maximaler I-Wert.

Anwendungen

Die Verwendung von Bipolartransistoren ist in allen Bereichen der menschlichen Tätigkeit weit verbreitet. Die Hauptanwendung des Geräts wurde in Geräten zur Verstärkung, Erzeugung elektrischer Signale und auch als Schaltelement erhalten. Sie werden in verschiedenen Leistungsverstärkern, in gewöhnlichen und Schaltnetzteilen mit der Möglichkeit, die Werte von U und I einzustellen, in der Computertechnologie verwendet.

Darüber hinaus werden sie häufig zum Aufbau verschiedener Verbraucherschutz gegen Überlast, U-Überspannung und Kurzschluss verwendet. Sie werden häufig in der Bergbau- und Hüttenindustrie eingesetzt.

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