Τρανζίστορ Npn

Το πρώτο τρανζίστορ διπολικής διασταύρωσης εφευρέθηκε το 1947 στα εργαστήρια Bell. Το "Two polarities" συντομογραφείται ως διπολικό, εξ ου και το όνομα Bipolar junction transistor. Το BJT είναι μια συσκευή τριών τερματικών με Συλλέκτη (C), Βάση (B) και Πομπό (E). Η αναγνώριση των ακροδεκτών ενός τρανζίστορ απαιτεί το διάγραμμα ακίδων ενός συγκεκριμένου μέρους BJT, θα είναι διαθέσιμο στο φύλλο δεδομένων. Υπάρχουν δύο τύποι τρανζίστορ BJT - NPN και PNP. Σε αυτό το σεμινάριο θα μιλήσουμε για τα τρανζίστορ NPN. Ας εξετάσουμε τα δύο παραδείγματα τρανζίστορ NPN - BC547A και PN2222A, που φαίνονται στις παραπάνω εικόνες.

Με βάση τη διαδικασία κατασκευής, η διαμόρφωση του πείρου θα αλλάξει και οι λεπτομέρειες θα είναι διαθέσιμες στο αντίστοιχο φύλλο δεδομένων. Καθώς η ισχύς του τρανζίστορ αυξάνεται, πρέπει να συνδέεται η ψύκτρα στο σώμα του τρανζίστορ. Ένα αμερόληπτο τρανζίστορ ή ένα τρανζίστορ χωρίς δυναμικό που εφαρμόζεται στους ακροδέκτες είναι παρόμοιο με δύο διόδους συνδεδεμένες πλάτη με πλάτη, όπως φαίνεται στο παρακάτω σχήμα.

Η δίοδος D1 έχει μια αντίστροφη αγώγιμη ιδιότητα βασισμένη στην αγωγιμότητα προς τα εμπρός της διόδου D2. Όταν ένα ρεύμα ρέει μέσω της διόδου D2, η δίοδος D1 ανιχνεύει το ρεύμα και ένα αναλογικό ρεύμα θα επιτρέπεται να ρέει προς την αντίστροφη κατεύθυνση από το τερματικό συλλέκτη στο τερματικό εκπομπής, υπό την προϋπόθεση ότι εφαρμόζεται υψηλότερο δυναμικό στο τερματικό συλλέκτη. Η αναλογική σταθερά είναι το κέρδος (β).

Λειτουργία τρανζίστορ NPN:

Όπως συζητήθηκε παραπάνω, το τρανζίστορ είναι μια τρέχουσα ελεγχόμενη συσκευή η οποία έχει δύο στρώματα εξάντλησης με ειδικό δυναμικό φραγής που απαιτείται για τη διάχυση του στρώματος μείωσης. Το δυναμικό φραγμού για ένα τρανζίστορ πυριτίου είναι 0,7V στους 25 ° C και 0,3V στους 25 ° C για ένα τρανζίστορ γερμανίου. Κυρίως ο κοινός τύπος τρανζίστορ που χρησιμοποιείται είναι τύπος πυριτίου επειδή το πυρίτιο είναι το πιο άφθονο στοιχείο στη γη μετά το οξυγόνο.

Εσωτερική λειτουργία:

Η κατασκευή του τρανζίστορ npn είναι ότι οι περιοχές συλλέκτη και εκπομπού εμπλουτίζονται με υλικό τύπου η και η περιοχή βάσης εμπλουτίζεται με μικρό στρώμα υλικού τύπου ρ. Η περιοχή του εκπομπού είναι πολύ ντοπαρισμένη σε σύγκριση με την περιοχή συλλεκτών. Αυτές οι τρεις περιοχές σχηματίζουν δύο κόμβους. Είναι διασταύρωση συλλογής-βάσης (CB) και διασταύρωση βάσης-εκπομπής.

Όταν ένα πιθανό VBE εφαρμόζεται σε διασταύρωση Base-Emitter που αυξάνεται από 0V, τα ηλεκτρόνια και οι οπές αρχίζουν να συσσωρεύονται στην περιοχή εξάντλησης. Όταν το δυναμικό αυξάνεται πάνω από 0,7V, επιτυγχάνεται η τάση φραγμού και συμβαίνει η διάχυση. Ως εκ τούτου, τα ηλεκτρόνια ρέουν προς το θετικό τερματικό και οι ροές ρεύματος βάσης (ΙΒ) είναι αντίθετα από τη ροή ηλεκτρονίων. Εκτός αυτού, το ρεύμα από συλλέκτη σε πομπό αρχίζει να ρέει, υπό την προϋπόθεση ότι η τάση VCE εφαρμόζεται στον ακροδέκτη συλλέκτη. Το τρανζίστορ μπορεί να λειτουργήσει ως διακόπτης και ενισχυτής.

Περιοχή λειτουργίας έναντι τρόπου λειτουργίας:

1. Ενεργή περιοχή, IC = β × IB - Λειτουργία ενισχυτή

2. Περιοχή κορεσμού, IC = Ρεύμα κορεσμού - Λειτουργία διακόπτη (Εντελώς ενεργοποιημένο)

3. Περιοχή αποκοπής, IC = 0 - Λειτουργία διακόπτη (εντελώς OFF)

Τρανζίστορ ως διακόπτης:

Για να εξηγήσετε με ένα μοντέλο PSPICE BC547A έχει επιλεγεί Το πρώτο σημαντικό πράγμα που πρέπει να θυμάστε να χρησιμοποιήσετε μια τρέχουσα περιοριστική αντίσταση στη βάση. Τα υψηλότερα ρεύματα βάσης θα καταστρέψουν ένα BJT. Από το φύλλο δεδομένων το μέγιστο ρεύμα συλλέκτη είναι 100mA και δίνεται το αντίστοιχο κέρδος (hFE ή β).

Βήματα για την επιλογή συστατικών, 1. Βρείτε το ρεύμα συλλέκτη, δηλαδή το ρεύμα που καταναλώνεται από το φορτίο σας. Σε αυτήν την περίπτωση θα είναι 60mA (πηνίο ρελέ ή παράλληλες λυχνίες LED) και αντίσταση = 200 Ohms.

2. Για να οδηγήσετε το τρανζίστορ σε κατάσταση κορεσμού πρέπει να παρέχεται επαρκές ρεύμα βάσης έτσι ώστε το τρανζίστορ να είναι εντελώς ΕΝΕΡΓΟΠΟΙΗΜΕΝΟ. Υπολογισμός του ρεύματος βάσης και της αντίστοιχης αντίστασης που θα χρησιμοποιηθεί.

Για πλήρη κορεσμό το ρεύμα βάσης προσεγγίζεται στα 0,6mA (Όχι πολύ υψηλό ή πολύ χαμηλό). Επομένως παρακάτω είναι το κύκλωμα με 0V στη βάση κατά την οποία ο διακόπτης είναι κατάσταση OFF.

α) Προσομοίωση PSPICE του BJT ως Διακόπτης και β) ισοδύναμη Κατάσταση Διακόπτη

Θεωρητικά ο διακόπτης είναι εντελώς ανοιχτός αλλά πρακτικά μπορεί να παρατηρηθεί ροή ρεύματος διαρροής. Αυτό το ρεύμα είναι αμελητέο, δεδομένου ότι είναι σε pA ή nA. Για καλύτερη κατανόηση του τρέχοντος ελέγχου, ένα τρανζίστορ μπορεί να θεωρηθεί ως μια μεταβλητή αντίσταση μεταξύ του συλλέκτη (C) και του εκπομπού (E) των οποίων η αντίσταση ποικίλλει με βάση το ρεύμα μέσω της βάσης (B).

Αρχικά όταν κανένα ρεύμα δεν ρέει μέσω της βάσης, η αντίσταση σε όλη τη CE είναι πολύ υψηλή που δεν ρέει ρεύμα μέσω αυτής. Όταν εφαρμόζεται δυναμικότητα 0,7V και άνω στο τερματικό βάσης, η διασταύρωση BE διαχέεται και προκαλεί τη διάχυση της διασταύρωσης CB. Τώρα το ρεύμα ρέει από τον συλλέκτη στον πομπό με βάση το κέρδος.

α) Προσομοίωση PSPICE του BJT ως Διακόπτης και β) ισοδύναμη Κατάσταση Διακόπτη

Τώρα ας δούμε πώς να ελέγξουμε το ρεύμα εξόδου ελέγχοντας το ρεύμα βάσης. Λαμβάνοντας υπόψη το IC = 42mA και ακολουθώντας τον ίδιο τύπο παραπάνω παίρνουμε IB = 0,35mA. RB = 14,28kOhms ≈ 15kOhms.

α) Προσομοίωση PSPICE του BJT ως Διακόπτης και β) ισοδύναμη Κατάσταση Διακόπτη

Η διακύμανση της πρακτικής τιμής από την υπολογισμένη τιμή οφείλεται στην πτώση τάσης στο τρανζίστορ και στο φορτίο αντίστασης που χρησιμοποιείται.

Τρανζίστορ ως ενισχυτής:

Η ενίσχυση είναι η μετατροπή ενός αδύναμου σήματος σε χρησιμοποιήσιμη μορφή. Η διαδικασία ενίσχυσης υπήρξε ένα σημαντικό βήμα σε πολλές εφαρμογές όπως ασύρματα μεταδιδόμενα σήματα, ασύρματα λαμβανόμενα σήματα, συσκευές αναπαραγωγής Mp3, κινητά τηλέφωνα κ.λπ., Το τρανζίστορ μπορεί να ενισχύσει την ισχύ, την τάση και το ρεύμα σε διαφορετικές διαμορφώσεις.

Ορισμένες από τις διαμορφώσεις που χρησιμοποιούνται στα κυκλώματα ενισχυτή είναι

1. Κοινός ενισχυτής εκπομπών
2. Κοινός ενισχυτής συλλεκτών
3. Κοινός ενισχυτής βάσης

Από τους παραπάνω τύπους κοινός τύπος εκπομπής είναι η δημοφιλής και ως επί το πλείστον χρησιμοποιούμενη διαμόρφωση. Η λειτουργία λαμβάνει χώρα σε ενεργή περιοχή, ένα κύκλωμα ενισχυτή εκπομπής κοινού σταδίου είναι ένα παράδειγμα για αυτό. Ένα σταθερό σημείο πόλωσης DC και ένα σταθερό κέρδος AC είναι σημαντικά στο σχεδιασμό ενός ενισχυτή. Το όνομα ενός σταδίου ενισχυτή όταν χρησιμοποιείται μόνο ένα τρανζίστορ.

Πάνω είναι ένα κύκλωμα ενισχυτή μονού σταδίου όπου ένα ασθενές σήμα που εφαρμόζεται στο τερματικό βάσης μετατρέπεται σε β φορές το πραγματικό σήμα στο τερματικό συλλέκτη.

Μέρος σκοπός:

Ο CIN είναι ο πυκνωτής ζεύξης που συνδέει το σήμα εισόδου με τη βάση του τρανζίστορ. Έτσι, αυτός ο πυκνωτής απομονώνει την πηγή από το τρανζίστορ και επιτρέπει τη διέλευση μόνο σήματος εναλλασσόμενου ρεύματος. Το CE είναι ο πυκνωτής παράκαμψης που λειτουργεί ως διαδρομή χαμηλής αντίστασης για ενισχυμένο σήμα. COUT είναι ο πυκνωτής ζεύξης που συνδέει το σήμα εξόδου από τον συλλέκτη του τρανζίστορ. Έτσι, αυτός ο πυκνωτής απομονώνει την έξοδο από το τρανζίστορ και επιτρέπει τη διέλευση μόνο σήματος εναλλασσόμενου ρεύματος. Τα R2 και RE παρέχουν τη σταθερότητα στον ενισχυτή ενώ τα R1 και R2 μαζί εξασφαλίζουν τη σταθερότητα στο σημείο πόλωσης DC ενεργώντας ως δυνητικός διαχωριστής.

Λειτουργία:

Το κύκλωμα λειτουργεί στιγμιαία για κάθε χρονικό διάστημα. Με απλά λόγια, όταν η τάση εναλλασσόμενου ρεύματος στο τερματικό βάσης αυξάνει την αντίστοιχη αύξηση του ρεύματος που ρέει μέσω της αντίστασης του εκπομπού. Έτσι, αυτή η αύξηση του ρεύματος του εκπομπού αυξάνει το υψηλότερο ρεύμα συλλέκτη να ρέει μέσω του τρανζίστορ που μειώνει την πτώση του εκπομπού συλλεκτών VCE. Ομοίως, όταν η τάση εναλλασσόμενου ρεύματος μειώνεται εκθετικά, η τάση VCE αρχίζει να αυξάνεται λόγω της μείωσης του ρεύματος εκπομπού. Όλες αυτές οι αλλαγές στις τάσεις αντανακλούν στιγμιαία στην έξοδο που θα είναι ανεστραμμένη κυματομορφή της εισόδου, αλλά ενισχυμένη.

Χαρακτηριστικά	Κοινή βάση	Κοινή εκπομπή	Κοινή Συλλέκτης
Αύξηση τάσης	Υψηλός	Μεσαίο	Χαμηλός
Τρέχον κέρδος	Χαμηλός	Μεσαίο	Υψηλός
Κέρδος ισχύος	Χαμηλός	Πολύ ψηλά	Μεσαίο

Πίνακας: Πίνακας σύγκρισης κέρδους

Με βάση τον παραπάνω πίνακα, μπορεί να χρησιμοποιηθεί η αντίστοιχη διαμόρφωση.