Pavienių tranzistorių pritaikymo schemos
5 (100%) 1 vote

Pavienių tranzistorių pritaikymo schemos

Turinys

1.1. Mažos galios žemo dažnio vienos pakopos dvipolių tranzistorių schemos 3

1.1.1 Tranzistorių veikimo principai 3

1.1.2 Maitinimo įtampos 6

1.1.3 Npn ir pnp struktūros tranzistoriai 7

1.1.4 Dvipoliai tranzistoriai 7

1.1.5 Dvipolių tranzistorių sandara ir veikimas 8

1.1.6 Tranzistorių veikla 11

1.1.7 Dvipolių tranzistorių jungimo schemos 11

1.1.8 Žemo dažnio tranzistoriai 13

1.1.9 Tranzistorių klasifikacija 14

1.1.10 Keturių elementų žymėjimo sistema 14

1.1.11 Pnp struktūros tranzistoriai MP39Б, MP40A, MP41A 15

1.1.12 Dvipolių tranzistorių mažų signalų modeliai 16

1.1.13 Dvipolių tranzistorių schemų projektavimo ypatumai 17

1.1.14 Tranzistoriaus parametrų analizė 22

1.1.15 Nuolatinės srovės parametrai 22

1.1.16 Silpnųjų signalų parametrai 23

1.1.17 Dažniai parametrai 25

1.1.18 Stipriųjų signalų parametrai 25

1.1.19 Ribinių režimų parametrai 26

1.1.20 Tranzistoriaus jungimo ir veikos variantai 26

1.1.21 Tranzistoriaus ekvivalentinių schemų analizė 28

1.1.22 Principinių schemų sudarymas 28

1.1.23 Principinių schemų parametrų skaičiavimas 28

1.1.24 Schemos dinamikos įvertinimas 32

1.1.25 Praktinės schemos konstravimo principai 32

1.1.26 Schemos parametrų matavimo būdai 32

1.1. Sąvokų žodynėlis 32

1.1. Literatūra: 33

1.1. Mažos galios žemo dažnio vienos pakopos dvipolių tranzistorių schemos

1.1.1 Tranzistorių veikimo principai

Išnagrinėsime dipolio tranzistoriaus veikimo principą, pasinaudoję 1.2.1. paveiksle pateikta schema. Paveiksle matyti, kad tranzistorius yra du puslaidininkiai diodai, turintys vieną bendrą bazę (pagrindą); be to, prie emiterinės pn sandūros prijungta įtampa E1 tiesiogine (laidžia) kryptimi, o prie kolektorinės sandūros prijungta įtampa E2 atgaline kryptimi. Paprastai lE2l»lE1l. sujungus jungiklius J1 ir J2, iš emiterio į bazės sritį pro emiterinę pn sandūrą vyksta skylių injekcija. Kartu bazės elektronai juda į emiterio sritį. Vadinasi, pro emiterinę sandūrą teka srovė šiuo keliu: +E1, miliampermetras mA1, emiteris, bazė, miliampermetras mA2, jungikliai J2 ir J1, -E1.

Jei išjungtume jungiklį J1, o jungiklius J2 ir J3 įjungtume, kolektoriaus grandinėje tekėtų tik nestipri atgalinė srovė, sukurta kryptingai judančių nepagrindinių krūvininkų – bazės skylių ir kolektoriaus elektronų. Srovės kelias: +E2, jungikliai J3 ir J2, miliampermetras mA2, bazė, kolektorius, miliampermetras mA3, -E2.

Dabar išnagrinėsime, kaip teka srovės tranzistoriaus grandinėse, kai įjungti visi jungikliai. Prijungus tranzistorių prie išorinių maitinimo šaltinių, pakinta pn sandūrų potencialinių barjerų aukštis. Emiterinės sandūros potencialinis barjeras pažemėja, o kolektorinės – paaukštėja.

Pro emiterinę sandūrą tekanti srovė vadinama emiterio srove (Ie). Ši srovė lygi skylinės ir elektroninės dedamųjų sumai: Ie = Iep + Ien.

Jei skylių ir elektronų koncentracijos bazėje ir emiteryje būtų vienodos, pro emiterinę sandūrą tekančią tiesioginę srovę kurtų vienodas skaičius skylių ir elektronų, judančių priešingomis kryptimis. Tačiau krūvininkų koncentracija bazėje yra daug mažesnė nei emiteryje. Todėl iš emiterio į bazę injektuotų skylių yra daug kartų daugiau nei priešinga kryptimi judančių elektronų. Vadinasi, beveik visą pro emiterinę pn sandūrą tekančią srovę nulemia skylės. Emiterio efektyvumas įvertinamas injekcijos koeficientu (γ), kuris pnp tipo tranzistoriams lygus emiterio srovės skylinės dedamosios ir visos emiterio srovės santykiui:Šiuolaikinių tranzistorių koeficientas γ paprastai mažai skiriasi nuo vieneto (γ ≈ 0,999).

Pro emiterinę pn sandūrą injektuotos skylės prasiskverbia į bazės gilumą. Atsižvelgiant į krūvininkų judėjimo bazės srityje mechanizmą, skiriami dreifiniai ir difuziniai tranzistoriai. Difuziniuose tranzistoriuose nepagrindiniai krūvininkai pro bazės sritį prasiskverbia daugiausia difuzijos būdu. Tokie tranzistoriai paprastai gaminami įlydimo būdu. Dreifinių tranzistorių bazės srityje tinkamai paskirsčius priemaišas, sukuriamas vidinis elektrinis laukas ir nepagrindiniai krūvininkai pro bazę prasiskverbia daugiausia dreifo būdu.

Nors ir skirtingai pro bazę prasiskverbia krūvininkai, ir dreifiniuose, ir difuziniuose tranzistoriuose skylės, patekusios į bazę, kurioje jos yra nepagrindiniai krūvininkai, rekombinuoja, bet rekombinacija – ne staigus procesas. Todėl beveik visos skylės spėja praeiti labai ploną bazės sluoksnį ir pasiekti kolektorinę pn sandūrą anksčiau, nei įvyksta rekombinacija. Kolektorių pasiekusias skyles pradeda veikti kolektorinės sandūros elektrinis laukas. Šis laukas greitina skyles, ir jos greitai įtraukiamos iš bazės į kolektorių (įvyksta ekstrakcija) ir kuria kolektoriaus srovę. Kolektoriaus srovė teka grandine: +E2, jungikliai J3 ir J1, miliampermetras mA1, emiteris, bazė, kolektorius, miliampermetras mA3, -E2 (žr. 1.2.1. pav.).

Kadangi bazės srityje mažai skylių rekombinuoja, galima laikyti, kad kolektoriaus srovė Ik maždaug lygi emiterio srovei Ie:

Ik  Ie (15.1)

Skylės, vis dėlto rekombinavusios bazės srityje, sukuria bazės srovę Ib, kuri teka grandine:+E1, miliampermetras mA1, emiteris, bazė, miliampermetras mA2, jungikliai J2 ir J1, -E1.vadinasi, bazės srovė lygi emiterio ir
kolektoriaus srovių skirtumui:

Ib = Ie – Ik (15.2)

Nesunku pastebėti, kad emiterio srovė, matuojama miliampermetru mA1, lygi sumai bazės ir kolektoriaus srovių, kurios matuojamos atitinkamai prietaisais mA2 ir mA3, t. y.:

Ie = Ib+Ik (15.3)

Būtina atkreipti dėmesį į tai, kad, nors elektronai ir skylės juda priešingomis kryptimis, tranzistoriaus grandinėse srovės teka tam tikra kryptimi, sutampančia su teigiamo ženklo krūvių – skylių judėjimo kryptimi. Mat priešingas elektronų ir skylių judėjimo kryptis kompensuoja jų priešingi krūviai. Vadinasi, nagrinėjant, kaip susidaro srovės tranzistoriaus grandinėse, kalbama ne apie elektroninės ir skylinės srovių dedamųjų skirtumą, o kaip tik apie jų sumą.

Krūvininkų rekombinacijos bazėje įtaka tranzistoriaus stiprinimo savybėms įvertinama krūvininkų pernešimo koeficientu, kuris rodo, kokia iš emiterio injektuotų skylių dalis pasiekia kolektorinę sandūrą. Šį koeficientą galima apskaičiuoti iš formulės:

  Ikp / Iep (15.4)

Pernešimo koeficientas  būna tuo artimesnis vienetui, kuo plonesnis bazės sluoksnis ir kuo mažesnė elektronų koncentracija bazėje, lyginant su skylių koncentracija emiteryje.

Vienas iš pagrindinių tranzistoriaus parametrų yra emiterio srovės perdavimo koeficientas, kuris lygus kolektoriaus srovės ir emiterio srovės pokyčių santykiui, esant pastoviai kolektorinės sandūros įtampai:

  Ik / Ie (15.5)

Šį koeficientą galima išreikšti per  ir  šia priklausomybe:

   (15.6)

Kadangi  ir  mažesni už vienetą, tai ir emiterio srovės perdavimo koeficientas  taip pat ne didesnis už vienetą. Paprastai = 0,95 0,99. Juo didesnis koeficientas , juo mažiau viena nuo kitos skiriasi emiterio ir kolektoriaus srovės ir juo efektyviau galima panaudoti tranzistoriaus stiprinimo savybes.

Kadangi kolektoriaus grandinėje teka ne tik skylių iš bazės į kolektorių ekstrakcijos nulemta srovė, bet ir savoji atgalinė kolektorinės sandūros srovė Ikb0, tai bendroji kolektoriaus srovė:

Ik  Ie+Ikb0 (15.7)

Tačiau, kadangi srovė Ikb0 nestipri, tai galima laikyti, kad:

Ik  Ie (15.8)

Iš (15.8) išraiškos išplaukia, kad tranzistorius yra valdomas prietaisas, jo kolektoriaus srovė priklauso nuo emiterio srovės stiprumo.

Atsižvelgiant į įtampų, prijungtų prie tranzistoriaus emiterinės ir kolektorinės sandūrų, poliarumą, skiriami keturi jo darbo režimai:

Aktyvinis režimas. Prie emiterinės sandūros prijungta tiesioginė įtampa, o prie kolektorinės – atgalinė. Šis režimas yra pagrindinis tranzistoriaus darbo režimas. Kadangi kolektoriaus grandinės įtampa gerokai didesnė nei prie emiterinės sandūros prijungta įtampa, o srovės emiterio ir kolektoriaus grandinėse praktiškai lygios, tai reikia tikėtis, kad naudingo signalo galia schemos išėjime (kolektoriaus) grandinėje bus daug didesnė nei tranzistoriaus įėjimo (emiterio) grandinėje. Kaip tik šią hipotezę reikia laikyti pagrindu, toliau nagrinėjant tranzistoriaus stiprinimo savybes.

Nukirtimo režimas. Prie abiejų sandūrų prijungtos atgalinės įtampos. Todėl pro jas teka tik nestiprios nepagrindinių krūvininkų judėjimo nulemtos srovės. Praktiškai nukirtimo režime tranzistorius yra uždarytas.

Soties režimas. Prie abiejų sandūrų prijungtos tiesioginės įtampos. Srovė išėjimo grandinėje maksimali ir praktiškai nereguliuojama įėjimo grandinės srove. Tranzistorius yra visiškai atviras.

Inversinis režimas. Prie emiterinės sandūros prijungta atgalinė įtampa, o prie kolektorinės – tiesioginė. Emiteris ir kolektorius pasikeičia vaidmenimis: emiteris atlieka kolektoriaus, o kolektorius – emiterio funkcijas. Paprastai šis režimas neatitinka normalių tranzistoriaus eksploatacijos sąlygų.

1.1.2 Maitinimo įtampos

Kadangi tranzistoriai, lyginant su elektroninėmis lempomis, turi daug privalumų tai jie plačiai naudojami šiuolaikinėje elektroninėje aparatūroje. Vienas iš pagrindinių tranzistorių privalumų yra tai, kad jie labai ekonomiški. Tranzistorių maitinimo įtampos (elektrinio lauko darbas, reikalingas krūviui pernešti) yra dešimtis kartų mažesnės nei elektroninių lempų. Be to, tranzistoriuose nereikia eikvoti energijos kaitinimo grandinėse, ir, suprantama, nereikalingi kaitinimo įtampų šaltiniai. Apskaičiuota, kad tranzistorinei stiprinimo schemai maitinti reikia šimtus kartų mažesnės galios nei analogiškai schemai su elektroninėmis lempomis.

1.1.3 Npn ir pnp struktūros tranzistoriai

Pagrindinis dvipolio tranzistoriaus elementas yra puslaidininkio kristalas, kuriame, panaudojant priemaišas, sudarytos trys skirtingo laidumo zonos. Jei vidurinė zona yra n (elektroninio) laidumo, o dvi kraštinės – p (skylinio) laidumo, tai prietaisas vadinamas pnp struktūros tranzistoriumi. Npn struktūros tranzistorių vidurinė zona yra skylinio, o kraštinės – elektroninio laidumo.

1.1.4 Dvipoliai tranzistoriai

Dvipolis tranzistorius  tai puslaidininkio monokristale suformuota trijų skirtingo laidumo sričių struktūra, susidedanti iš dviejų pn sandūrų. Viena kraštinės sritis vadinama emiteriu, vidurinė sritis  baze, kita kraštinė sritis  kolektoriumi. Sandūra tarp emiterio ir bazės vadinama emiterine, tarp bazės ir kolektoriaus  kolektorine. Prie atitinkamų sričių yra prijungti bazės B,
K ir emiterio E išvadai. Tranzistoriaus korpusas gali būti metalinis, plastmasinis arba keramikinis. Priklausomai nuo to, kokio laidumo emiterio, bazės ir kolektoriaus sritys, tranzistoriai būna pnp arba npn Abiejų tipų tranzistorių veikimas analogiškas. Jie skiriasi tik įtampų poliškumu ir srovių kryptimis: pnp ir npn

Tranzistoriais vadinami puslaidininkiniai prietaisai su viena ar keliomis pn sandūromis, tinkantys galiai stiprinti ir turintys tris (ar daugiau) išorinius išvadus. Labiausiai paplitę tranzistoriai turi dvi pn sandūras. Dviejų sandūrų tranzistoriuose panaudojami dviejų rūšių krūvininkai (elektronai ir skylės), todėl jie ir vadinami dvipoliais.

Pagrindinis dvipolio tranzistoriaus elementas yra puslaidininkio kristalas, kuriame, panaudojant priemaišas, sudarytos trys skirtingo laidumo zonos. Jei vidurinė zona yra n (elektroninio) laidumo, o dvi kraštinės – p (skylinio) laidumo, tai prietaisas vadinamas pnp struktūros tranzistoriumi. Npn struktūros tranzistorių vidurinė zona yra skylinio, o kraštinės – elektroninio laidumo.

1pav. Dvipolio tranzistoriaus schema:Vidurinė puslaidininkio kristalo sritis. 1. kurioje sudaromos pn sandūros, vadinama baze, kraštinė sritis, 2. kuri injektuoja krūvininkus , – emiteriu, o sritis 3. surenkanti injektuotus krūvininkus, – kolektoriumi. Prie kiekvienos šių kristalo sričių prilituoti išoriniai išvadai – emiterio E, bazės B ir kolektoriaus K, – kuriais tranzistorius įjungiamas į schemą. Kristalas įtvirtintas specialiame laikiklyje ir hermetizuojamas metaliniu, plastmasiniu ar stikliniu korpusu. Išoriniai išvadai išvesti į korpuso išorę per izoliatorius.

Elektroninio ir skylinio laidumo sričių sandūra tarp emiterio ir bazės vadinama emiterine, o tarp bazės ir kolektoriaus – kolektorine sandūra. Tranzistoriaus bazės sritis daroma labai plona (nuo 1 iki 20m). Įvairios tranzistoriaus sritys yra legiruotos nevienodai. Paprastai emiterio srities legiravimo laipsnis yra 2 – 3 eilėmis aukštesnis negu bazės srities. Bazės ir kolektoriaus sričių legiravimo laipsnis priklauso nuo prietaiso tipo.

1.1.5 Dvipolių tranzistorių sandara ir veikimas

Dvipolis tranzistorius sudarytas iš trijų puslaidininkio monokristalo skirtingo laidumo sričių, tarp kurių yra dvi sąveikaujančios pn sandūros. Kaip minėta, dvipoliai tranzistoriai būna pnp ir npn struktūros (1 pav.). Vidurinė pnp ir npn darinių sritis vadinama baze (angl. – base). Likusios dvi kitokio laidumo sritys vadinamos emiteriu (emitter) ir kolektoriumi (collector). Sandūra tarp emiterio ir bazės vadinama emiterio sandūra, sandūra tarp bazės ir kolektoriaus – kolektoriaus sandūra.

1 pav. pnp (a) ir npn (b) tranzistorių dariniai ir žymenys schemose

2 pav. pnp tranzistoriaus jungimo schema, tekančios srovės (a) ir energijos lygmenų diagrama (b)

Aptariami tranzistoriai vadinami dvipoliais, dvikrūviais arba bipoliariaisias, todėl, kad juose teka abiejų tipų krūvininkų (elektroninės ir skylinės) srovės. Nagrinėkime pnp tranzistorių, įjungtą pagal bendrosios bazės schemą (2 pav.). Grandinėje panaudoti du maitinimo šaltiniai. Bazės ir emiterio grandinėje įjungtas šaltinis, kurio įtampa emiterio sandūrai yra tiesioginė. Kolektoriaus ir bazės grandinėje įjungtas šaltinis, kurio įtampa kolektoriaus sandūrai yra atgalinė. Tokiose sąlygose tranzistorius gali stiprinti elektrinius virpesius. Veikiant emiterio sandūroje tiesioginei įtampai UBE, emiterio sandūroje potencialo barjero aukštis tampa q( UkE – UEB) ; čia UkE – kontaktinis potencialų skirtumas emiterio sandūroje. Sumažėjus potencialo barjero aukščiui, per emiterio sandūrą teka tiesioginė srovė IE . Ją sudaro skylinė ir elektroninė dedamosios: IE = IEp +IEn (7.1) Elektroninę srovę IEn sukuria iš bazės į emiterį difunduojantys elektronai, skylinę srovę IEp – iš emiterio į bazę difunduojančios skylės (2 pav., a). Injektuotos iš emiterio į bazę skylės tampa šalutiniais krūvininkais ir difunduoja koncentracijos mažėjimo kryptimi link kolektoriaus sandūros (2 pav., b). Priartėjusias prie kolektoriaus sandūros skyles pagauna šios sandūros elektrinis laukas ir permeta į kolektoriaus sritį. Taip atsiranda per kolektoriaus sandūrą tekanti pagrindinė tranzistoriaus srovė IKp. Ne visos skylės pasiekia kolektoriaus sandūrą. Dalis skylių bazėje susitinka su pagrindiniais bazės krūvininkais – elektronais ir rekombinuoja. Dėl to atsiranda skylių rekombinacinė srovė IEpr . Įveikusios emiterio sandūrą skylės pasiekia kolektoriaus sandūrą arba rekombinuoja, todėl IEp = IKp+ IEpr (2) Kai kolektoriaus sandūroje veikia atgalinė įtampa UKB , potencialo barjero aukštis kolektoriaus sandūroje yra q(UkK + UKB) ; čia UkK – kontaktinis potencialų skirtumas kolektoriaus sandūroje. Aukšto barjero negali įveikti bazės ir kolektoriaus sričių pagrindiniai krūvininkai, todėl per kolektoriaus sandūrą teka pagrindinė tranzistoriaus srovė IKp ir dreifinė srovė IK0 . Taigi IK = IKp + IK0. Srovę IK0 sukuria kolektoriaus sandūros aplinkoje generuojami savieji puslaidininkio krūvininkai. Šie krūvininkai ir atgalinė kolektoriaus sandūros srovė IK0 atsiranda dėl šiluminių kristalinės gardelės virpesių. Todėl srovė IK0 kartais vadinama šilumine srove. Kai IE = 0, tai IKp = 0, ir IK = IK0. Taigi IK0 yra
kolektoriaus sandūros soties srovė, kai emiterio grandinė nutraukta. Iš tranzistoriaus srovių aptarimo ir 2 paveikslo, a, aišku, kad ryšys tarp tranzistoriaus išvadų srovių ir išvardytų tranzistoriaus srovių dedamųjų išreiškiamas formulėmis:

IE = IEn + IEp = IEn + IKp + IEpr (3)

Šiuo metu Jūs matote 31% šio straipsnio.
Matomi 2249 žodžiai iš 7238 žodžių.
Peržiūrėkite iki 100 straipsnių per 24 val. Pasirinkite apmokėjimo būdą:
El. bankininkyste - 1,45 Eur.
Įveskite savo el. paštą (juo išsiųsime atrakinimo kodą) ir spauskite Tęsti.
SMS žinute - 2,90 Eur.
Siųskite sms numeriu 1337 su tekstu INFO MEDIA ir įveskite gautą atrakinimo kodą.
Turite atrakinimo kodą?
Po mokėjimo iškart gausite atrakinimo kodą, kurį įveskite į laukelį žemiau:
Kodas suteikia galimybę atrakinti iki 100 straispnių svetainėje ir galioja 24 val.