Den første bipolare krysstransistoren ble oppfunnet i 1947 ved Bell-laboratorier. "To polariteter" forkortes som bipolar, derav navnet Bipolar junction transistor. BJT er en tre terminal enhet med Collector (C), Base (B) og Emitter (E). Å identifisere terminalene til en transistor krever pin-diagrammet til en bestemt BJT-del, den vil være tilgjengelig i databladet. Det er to typer BJT - NPN- og PNP-transistorer. I denne opplæringen vil vi snakke om NPN-transistorer. La oss se på de to eksemplene på NPN-transistorer - BC547A og PN2222A, vist i bildene ovenfor.
Basert på fabrikasjonsprosessen vil pin-konfigurasjonen endres, og detaljene vil være tilgjengelige i tilsvarende datablad. Ettersom effekten på transistoren øker, må nødvendig kjøleribbe festes til transistorens kropp. En upartisk transistor eller en transistor uten potensial påført på terminalene ligner på to dioder som er koblet rygg mot rygg som vist i figuren nedenfor.
Dioden D1 har en omvendt ledende egenskap basert på fremoverledningen av dioden D2. Når en strøm strømmer gjennom dioden D2, registrerer dioden Dl strømmen og en proporsjonal strøm vil få strøm i motsatt retning fra kollektorterminal til emitterterminal forutsatt at et høyere potensial påføres kollektorterminalen. Den proporsjonale konstanten er forsterkningen (β).
Arbeid med NPN-transistorer:
Som diskutert ovenfor er transistoren en strømstyrt innretning som har to utarmingslag med spesifikt barrierepotensial som kreves for å diffundere utarmingslaget. Barrierepotensialet for en silisiumtransistor er 0,7V ved 25 ° C og 0,3V ved 25 ° C for en germaniumtransistor. For det meste er den vanlige typen transistor som brukes, av silisium, fordi silisium er det mest vanlige elementet på jorden etter oksygen.
Intern drift:
Den konstruksjon av npn-transistor er at kollektor og emitter regionene er dopet med N-type materiale og basisområdet er dopet med lite lag av p-type materiale. Emitterregionen er sterkt dopet sammenlignet med samlerregionen. Disse tre regionene danner to kryss. De er kollektor-base kryss (CB) og base-emitter kryss.
Når en potensiell VBE påføres over Base-Emitter-krysset som øker fra 0V, begynner elektronene og hullene å akkumuleres ved uttømmingsområdet. Når potensialet øker over 0,7V, oppnås barrierespenningen og diffusjonen oppstår. Derfor strømmer elektronene mot den positive terminalen, og basestrømmen (IB) er motsatt av elektronstrømmen. Dessuten begynner strømmen fra kollektor til emitter å strømme, forutsatt at spenningen VCE tilføres på kollektorterminalen. Transistoren kan fungere som en bryter og en forsterker.
Driftsregion versus driftsmåte:
1. Aktiv region, IC = β × IB - Forsterkeroperasjon
2. Metningsregion, IC = Metningsstrøm - Bryteroperasjon (helt PÅ)
3. Avskjæringsområde, IC = 0 - Bryterbetjening (helt AV)
Transistor som bryter:
For å forklare med en PSPICE-modell BC547A er valgt. Den første viktige tingen å huske på å bruke en strømbegrensende motstand i basen. Høyere basestrømmer vil skade en BJT. Fra databladet er maksimal kollektorstrøm 100mA og tilsvarende forsterkning (hFE eller β) er gitt.
Fremgangsmåte for å velge komponenter, 1. Finn kollektorstrømmen med strømmen du bruker. I dette tilfellet vil det være 60mA (reléspole eller parallelle lysdioder) og motstand = 200 ohm.
2. For å drive transistoren i metningstilstand, må det tilføres tilstrekkelig basestrøm slik at transistoren er helt PÅ. Beregning av grunnstrømmen og den tilsvarende motstanden som skal brukes.
For full metning er basestrømmen tilnærmet 0,6 mA (ikke for høy eller for lav). Dermed er kretsen med 0V til basen der bryteren er AV-tilstand.
a) PSPICE-simulering av BJT som bryter, og b) tilsvarende brytertilstand
Teoretisk er bryteren helt åpen, men praktisk talt kan det observeres en lekkasjestrøm. Denne strømmen er ubetydelig siden de er i pA eller nA. For bedre forståelse av strømstyring, kan en transistor betraktes som en variabel motstand over kollektor (C) og emitter (E) hvis motstand varierer basert på strømmen gjennom basen (B).
Opprinnelig når ingen strøm strømmer gjennom basen, er motstanden over CE veldig høy at ingen strøm strømmer gjennom den. Når et potensial på 0,7 V og over påføres ved baseterminalen, diffunderer BE-krysset og får CB-krysset til å diffundere. Nå strømmer strøm fra kollektor til emitter basert på gevinsten.
a) PSPICE-simulering av BJT som bryter, og b) tilsvarende brytertilstand
La oss nå se hvordan vi kan kontrollere utgangsstrømmen ved å kontrollere basestrømmen. Med tanke på IC = 42mA og etter samme formel ovenfor får vi IB = 0,35mA; RB = 14,28kOhms ≈ 15kOhms.
a) PSPICE-simulering av BJT som bryter, og b) tilsvarende brytertilstand
Variasjonen av praktisk verdi fra beregnet verdi er på grunn av spenningsfallet over transistoren og den resistive belastningen som brukes.
Transistor som forsterker:
Forsterkning er å konvertere et svakt signal til brukbar form. Forsterkningsprosessen har vært et viktig skritt i mange applikasjoner som trådløse sendte signaler, trådløse mottatte signaler, Mp3-spillere, mobiltelefoner og så videre. Transistoren kan forsterke kraft, spenning og strøm i forskjellige konfigurasjoner.
Noen av konfigurasjonene som brukes i forsterkerkretser er
- Vanlig emitterforsterker
- Vanlig samlerforsterker
- Felles forsterker
Av de ovennevnte typene er vanlig emittertype den populære og mest brukte konfigurasjonen. Operasjonen skjer i aktiv region. Enkelt trinns vanlig emitterforsterkerkrets er et eksempel på det. Et stabilt DC-bias-punkt og en stabil AC-forsterkning er viktig i utformingen av en forsterker. Navnet en-trinns forsterker når bare en transistor brukes.
Ovenfor er en-trinns forsterkerkrets der et svakt signal som påføres ved baseterminalen konverteres til β ganger det faktiske signalet ved kollektorterminalen.
Delformål:
CIN er koblingskondensatoren som kobler inngangssignalet til transistorens base. Dermed isolerer denne kondensatoren kilden fra transistoren og lar bare vekselsignal passere gjennom. CE er bypass-kondensatoren som fungerer som lav motstandsbane for forsterket signal. COUT er koblingskondensatoren som kobler utgangssignalet fra transistorens kollektor. Dermed isolerer denne kondensatoren utgangen fra transistoren og lar bare vekselstrømssignal passere. R2 og RE gir stabiliteten til forsterkeren, mens R1 og R2 sammen sikrer stabiliteten i DC-forspenningspunktet ved å fungere som en potensiell skillelinje.
Operasjon:
Kretsen fungerer øyeblikkelig for hvert tidsintervall. Bare for å forstå, når vekselspenningen ved baseterminalen øker den tilsvarende økningen i strømmen gjennom emittermotstanden. Dermed øker denne økningen i emitterstrøm den høyere kollektorstrømmen som strømmer gjennom transistoren som reduserer VCE-kollektoremitterfallet. Tilsvarende når inngangsstrømmen reduseres eksponentielt, begynner VCE-spenningen å øke på grunn av reduksjonen i emitterstrømmen. Alle disse spenningsendringene reflekteres øyeblikkelig ved utgangen som vil være invertert bølgeform av inngangen, men forsterket.
|
Kjennetegn |
Felles base |
Vanlig sender |
Felles samler |
|
Spenningsforsterkning |
Høy |
Medium |
Lav |
|
Nåværende gevinst |
Lav |
Medium |
Høy |
|
Kraftgevinst |
Lav |
Veldig høy |
Medium |
Tabell: Sammenligningstabell for gevinst
Basert på tabellen ovenfor kan den tilsvarende konfigurasjonen brukes.