Транзистор биполярный: Биполярный транзистор

Биполярный транзистор

Биполярный транзистор — электронный полупроводниковый прибор, один из типов транзисторов, предназначенный для усиления,
генерирования и преобразования электрических сигналов. Транзистор называется биполярный,
поскольку в работе прибора одновременно участвуют два типа носителей заряда – электроны и дырки.
Этим он отличается от униполярного (полевого) транзистора, в работе которого участвует только один тип носителей заряда.

Принцип работы обоих типов транзисторов похож на работу водяного крана, который регулирует водяной поток,
только через транзистор проходит поток электронов. У биполярных транзисторов через прибор проходят два тока —
основной «большой» ток, и управляющий «маленький» ток. Мощность основного тока зависит от мощности управляющего.
У полевых транзисторов через прибор проходит только один ток, мощность которого зависит от электромагнитного поля.
В данной статье рассмотрим подробнее работу биполярного транзистора.

Устройство биполярного транзистора.

Биполярный транзистор состоит из трех слоев полупроводника и двух PN-переходов.
Различают PNP и NPN транзисторы по типу чередования дырочной и электронной проводимостей.
Это похоже на два диода, соединенных лицом к лицу или наоборот.

У биполярного транзистора три контакта (электрода). Контакт, выходящий из центрального слоя, называется база (base).
Крайние электроды носят названия коллектор и эмиттер (collector и emitter).
Прослойка базы очень тонкая относительно коллектора и эмиттера. В
дополнение к этому, области полупроводников по краям транзистора
несимметричны. Слой полупроводника со стороны коллектора немного толще,
чем со стороны эмиттера. Это необходимо для правильной работы транзистора.

Работа биполярного транзистора.

Рассмотрим физические процессы, происходящие во время работы биполярного
транзистора. Для примера возьмем
модель NPN. Принцип работы транзистора PNP аналогичен, только
полярность напряжения между коллектором и эмиттером будет
противоположной.

Как уже говорилось в статье о типах проводимости в полупроводниках,
в веществе P-типа находятся положительно заряженные ионы —
дырки. Вещество N-типа насыщено отрицательно заряженными электронами. В
транзисторе концентрация электронов в области N значительно превышает
концентрацию дырок в области P.

Подключим источник напряжения между коллектором и эмиттером V_КЭ (V_CE).
Под его действием, электроны из верхней N части начнут притягиваться к плюсу и собираться возле коллектора.
Однако ток не сможет идти, потому что электрическое поле источника напряжения не достигает эмиттера.
Этому мешает толстая прослойка полупроводника коллектора плюс прослойка полупроводника базы.

Теперь подключим напряжение между базой и эмиттером V_BE, но значительно ниже чем V_CE
(для кремниевых транзисторов минимальное необходимое V_BE
— 0.6V). Поскольку прослойка P очень тонкая, плюс источника напряжения
подключенного к базе, сможет «дотянуться» своим электрическим полем до
N области эмиттера. Под его действием электроны направятся к базе.
Часть из них начнет заполнять находящиеся там дырки (рекомбинировать).
Другая часть не найдет себе свободную дырку, потому что концентрация
дырок в базе гораздо ниже концентрации электронов в эмиттере.

В результате центральный слой базы обогащается свободными электронами.
Большинство из них направится в сторону коллектора, поскольку там напряжение намного выше.
Так же этому способствует очень маленькая толщина центрального слоя. Какая-то часть электронов, хоть гораздо меньшая,
все равно потечет в сторону плюса базы.

В итоге мы получаем два тока: маленький — от базы к эмиттеру I_BE,
и большой — от коллектора к эмиттеру I_CE.

Если увеличить напряжение на базе, то в прослойке P соберется еще
больше электронов. В результате немного усилится ток базы, и
значительно усилится ток коллектора. Таким образом, при небольшом
изменении тока базы I_B,
сильно меняется ток коллектора I_С.
Так и происходит усиление сигнала в биполярном транзисторе.
Cоотношение тока коллектора I_С к току базы I_B называется коэффициентом усиления по току.
Обозначается β, hfe или h31e, в зависимости от специфики расчетов, проводимых с транзистором.

β = I_C / I_B

Простейший усилитель на биполярном транзисторе

Рассмотрим детальнее принцип усиления сигнала в электрической плоскости на примере схемы.
Заранее оговорюсь, что такая схема не совсем правильная. Никто не подключает источник постоянного
напряжения напрямую к источнику переменного. Но в данном случае, так будет проще и нагляднее для
понимания самого механизма усиления с помощью биполярного транзистора. Так же, сама техника расчетов
в приведенном ниже примере носит несколько упрощенный характер.

1.Описание основных элементов цепи

Итак, допустим в нашем распоряжении транзистор с коэффициентом усиления 200 (β = 200).
Со стороны коллектора подключим относительно мощный источник питания в 20V,
за счет энергии которого будет происходить усиление. Со стороны базы транзистора
подсоединим слабый источник питания в 2V. К нему последовательно подсоединим источник переменного
напряжения в форме синуса, с амплитудой колебаний в 0.1V. Это будет сигнал, который нужно усилить.
Резистор Rb возле базы необходим для того, чтобы ограничить ток, идущий от источника сигнала,
обычно обладающего слабой мощностью.

2. Расчет входного тока базы I

_b

Теперь посчитаем ток базы I_b. Поскольку мы имеем дело с переменным напряжением,
нужно посчитать два значения тока – при максимальном напряжении (V_max) и минимальном (V_min).
Назовем эти значения тока соответственно — I_bmax и I_bmin.

Также, для того чтобы посчитать ток базы, необходимо знать напряжение база-эмиттер V_BE. Между базой и эмиттером располагается
один PN-переход. Получается, что ток базы «встречает» на своем пути полупроводниковый диод. Напряжение,
при котором полупроводниковый диод начинает проводить — около 0.6V. Не будем вдаваться в подробности
вольт-амперных характеристик диода, и для простоты расчетов возьмем приближенную модель,
согласно которой напряжение на проводящем ток диоде всегда 0.6V. Значит, напряжение между
базой и эмиттером V_BE = 0. 6V. А поскольку эмиттер подключен к земле (V_E = 0),
то напряжение от базы до земли тоже 0.6V (V_B = 0.6V).

Посчитаем I_bmax и I_bmin с помощью закона Ома:

2. Расчет выходного тока коллектора I

_С

Теперь, зная коэффициент усиления (β = 200),
можно с легкостью посчитать максимальное и
минимальное значения тока коллектора ( I_cmax и I_cmin).

3. Расчет выходного напряжения V

_out

Осталось посчитать напряжение на выходе нашего усилителя V_out.
В данной цепи — это напряжение на коллекторе V_C.

Через резистор Rc течет ток коллектора, который мы уже посчитали. Осталось подставить значения:

4. Анализ результатов

Как видно из результатов, V_Cmax получился меньше чем V_Cmin. Это произошло из-за того,
что напряжение на резисторе V_Rc отнимается от напряжения питания VCC. Однако в большинстве
случаев это не имеет значения, поскольку нас интересует переменная составляющая сигнала – амплитуда,
которая увеличилась c 0.1V до 1V. Частота и синусоидальная форма сигнала не изменились. Конечно же,
соотношение V_out/V_in в десять раз — далеко на самый лучший показатель для усилителя,
однако для иллюстрации процесса усиления вполне подойдет.

Итак, подытожим принцип работы усилителя на биполярном транзисторе.
Через базу течет ток I_b, несущий в себе постоянную и переменную составляющие.
Постоянная составляющая нужна для того чтобы PN-переход между базой и эмиттером начал проводить – «открылся».
Переменная составляющая – это, собственно, сам сигнал (полезная информация).
Сила тока коллектор-эмиттер внутри транзистора – это результат умножения тока базы на коэффициент усиления β.
В свою очередь, напряжение на резисторе Rc над коллектором – результат умножения усиленного тока коллектора на значение резистора.

Таким образом, на вывод V_out поступает сигнал с увеличенной амплитудой колебаний,
но с сохранившейся формой и частотой. Важно подчеркнуть, что энергию для усиления транзистор
берет у источника питания VCC. Если напряжения питания будет недостаточно,
транзистор не сможет полноценно работать, и выходной сигнал может получится с искажениями.

Режимы работы биполярного транзистора

В соответствии уровням напряжения на электродах транзистора, различают четыре режима его работы:

• Режим отсечки (cut off mode).
• Активный режим (active mode).
• Режим насыщения (saturation mode).
• Инверсный ражим (reverse mode ).

Режим отсечки

Когда напряжение база-эмиттер ниже, чем 0.6V — 0.7V, PN-переход между базой и эмиттером закрыт.
В таком состоянии у транзистора отсутствует ток базы. В результате тока коллектора тоже не будет,
поскольку в базе нет свободных электронов, готовых двигаться в сторону напряжения на коллекторе.
Получается, что транзистор как бы заперт, и говорят, что он находится в режиме отсечки.

Активный режим

В активном режиме напряжение на базе достаточное, для того чтобы PN-переход между базой и эмиттером открылся.
В этом состоянии у транзистора присутствуют токи базы и коллектора. Ток коллектора равняется току базы,
умноженном на коэффициент усиления. Т.е активным режимом называют нормальный рабочий режим транзистора,
который используют для усиления.

Режим насыщения

Иногда ток базы может оказаться слишком большим. В результате мощности питания просто не хватит для обеспечения такой величины тока коллектора,
которая бы соответствовала коэффициенту усиления транзистора. В режиме насыщения ток коллектора будет максимальным,
который может обеспечить источник питания, и не будет зависеть от тока базы. В таком состоянии транзистор не способен усиливать сигнал,
поскольку ток коллектора не реагирует на изменения тока базы.

В режиме насыщения проводимость транзистора максимальна, и он больше подходит для функции переключателя (ключа) в состоянии «включен».
Аналогично, в режиме отсечки проводимость транзистора минимальна, и это соответствует переключателю в состоянии «выключен».

Инверсный режим

В данном режиме коллектор и эмиттер меняются ролями: коллекторный PN-переход смещен в прямом направлении, а эмиттерный – в обратном.
В результате ток из базы течет в коллектор. Область полупроводника коллектора несимметрична эмиттеру,
и коэффициент усиления в инверсном режиме получается ниже, чем в нормальном активном режиме.
Конструкция транзистора выполнена таким образом, чтобы он максимально эффективно работал в активном режиме.
Поэтому в инверсном режиме транзистор практически не используют.

Основные параметры биполярного транзистора.

Коэффициент усиления по току – соотношение тока коллектора I_С к току базы I_B.
Обозначается β, hfe или h31e, в зависимости от специфики расчетов, проводимых с транзисторов.

β — величина постоянная для одного транзистора, и зависит от физического строения прибора.
Высокий коэффициент усиления исчисляется в сотнях единиц, низкий — в десятках. Для двух отдельных транзисторов одного типа,
даже если во время производства они были “соседями по конвейеру”, β может немного отличаться. Эта характеристика биполярного
транзистора является, пожалуй, самой важной. Если другими параметрами прибора довольно часто можно пренебречь в расчетах,
то коэффициентом усиления по току практически невозможно.

Входное сопротивление – сопротивление в транзисторе, которое «встречает» ток базы. Обозначается R_in (R_вх).
Чем оно больше — тем лучше для усилительных характеристик прибора, поскольку со стороны базы обычно находиться
источник слабого сигнала, у которого нужно потреблять как можно меньше тока.
Идеальный вариант – это когда входное сопротивление равняется бесконечность.

R_вх для среднестатистического биполярного транзистора составляет несколько сотен КΩ (килоом).
Здесь биполярный транзистор очень сильно проигрывает полевому транзистору,
где входное сопротивление доходит до сотен ГΩ (гигаом).

Выходная проводимость — проводимость транзистора между коллектором и эмиттером.
Чем больше выходная проводимость, тем больше тока коллектор-эмиттер
сможет проходить через транзистор при меньшей мощности.

Также с увеличением выходной проводимости (или уменьшением выходного сопротивления)
увеличивается максимальная нагрузка, которую может выдержать усилитель при незначительных
потерях общего коэффициента усиления. Например, если транзистор с низкой выходной проводимостью
усиливает сигнал в 100 раз без нагрузки, то при подсоединении нагрузки в 1 КΩ,
он уже будет усиливать всего в 50 раз. У транзистора, с таким же коэффициентом усиления,
но с большей выходной проводимостью, падение усиления будет меньше.
Идеальный вариант – это когда выходная проводимость равняется бесконечность
(или выходное сопротивление R_out = 0 (R_вых = 0)).

Частотная характеристика – зависимость коэффициента усиления транзистора от частоты входящего сигнала.
С повышением частоты, способность транзистора усиливать сигнал постепенно падает.
Причиной тому являются паразитные емкости, образовавшиеся в PN-переходах.
На изменения входного сигнала в базе транзистор реагирует не мгновенно,
а с определенным замедлением, обусловленным затратой времени на наполнение зарядом этих емкостей.
Поэтому, при очень высоких частотах, транзистор просто не успевает среагировать и полностью усилить сигнал.

Биполярный транзистор: принцип работы, характеристики, схемы

Биполярный транзистор — трёхэлектродный полупроводниковый прибор, один из типов транзисторов. В полупроводниковой структуре сформированы два p-n-перехода, перенос заряда через которые осуществляется носителями двух полярностей — электронами и дырками. Именно поэтому прибор получил название «биполярный» (от англ. bipolar), в отличие от полевого (униполярного) транзистора.

Применяется в электронных устройствах для усиления или генерации электрических колебаний, а также в качестве коммутирующего элемента (например, в схемах ТТЛ).

Внешний вид биполярного транзистора средней мощности и его цоколевка

Содержание статьи

• 1 Устройство
• 2 Принцип работы
• 3 Режимы работы
  • 3.1 Нормальный активный режим
  • 3.2 Инверсный активный режим
  • 3.3 Режим насыщения
  • 3.4 Режим отсечки
  • 3.5 Барьерный режим
• 4 Схемы включения
  • 4.1 Схема включения с общей базой
    • 4.1.1 Достоинства
    • 4.1.2 Недостатки
  • 4.2 Схема включения с общим эмиттером
    • 4.2.1 Достоинства
    • 4.2.2 Недостатки
  • 4. 3 Схема с общим коллектором
    • 4.3.1 Достоинства
    • 4.3.2 Недостатки
• 5 Основные параметры
• 6 Биполярный СВЧ-транзистор
• 7 Технологии изготовления транзисторов
• 8 Применение транзисторов

Устройство

Биполярный транзистор состоит из трёх полупроводниковых слоёв с чередующимся типом примесной проводимости: эмиттера (обозначается «Э», англ. E), базы («Б», англ. B) и коллектора («К», англ. C). В зависимости от порядка чередования слоёв различают n-p-n (эмиттер — n-полупроводник, база — p-полупроводник, коллектор — n-полупроводник) и p-n-p транзисторы. К каждому из слоёв подключены проводящие невыпрямляющие контакты.

Обозначение биполярных транзисторов на схемах и их структура. Направление стрелки показывает направление тока через эмиттерный переход, и служит для идентификации n-p-n и p-n-p транзисторов. Наличие окружности символизирует транзистор в индивидуальном корпусе, отсутствие — транзистор в составе микросхемы.

PNP — транзистор прямой проводимости.

NPN — транзистор обратной проводимости.

Определить структура транзистора и проверить его исправность можно при помощи мультиметра.

С точки зрения типов проводимостей эмиттерный и коллекторный слои не различимы, но при изготовлении они существенно различаются степенью легирования для улучшения электрических параметров прибора. Коллекторный слой легируется слабо, что повышает допустимое коллекторное напряжение. Эмиттерный слой — сильно легированный: величина пробойного обратного напряжения эмиттерного перехода не критична, так как обычно в электронных схемах транзисторы работают с прямосмещённым эмиттерным переходом. Кроме того, сильное легирование эмиттерного слоя обеспечивает лучшую инжекцию неосновных носителей в базовый слой, что увеличивает коэффициент передачи по току в схемах с общей базой. Слой базы легируется слабо, так как располагается между эмиттерным и коллекторным слоями и должен иметь большое электрическое сопротивление.

Упрощенная схема поперечного разреза планарного биполярного n-p-n транзистора

Общая площадь перехода база-эмиттер выполняется значительно меньше площади перехода коллектор-база, что увеличивает вероятность захвата неосновных носителей из базового слоя и улучшает коэффициент передачи. Так как в рабочем режиме переход коллектор-база обычно включён с обратным смещением, в нём выделяется основная доля тепла, рассеиваемого прибором, и повышение его площади способствует лучшему охлаждению кристалла. Поэтому на практике биполярный транзистор общего применения является несимметричным устройством (то есть инверсное включение, когда меняют местами эмиттер и коллектор, нецелесообразно).

Для повышения частотных параметров (быстродействия) толщину базового слоя делают меньше, так как этим, в том числе, определяется время «пролёта» (диффузии в бездрейфовых приборах) неосновных носителей. Но при снижении толщины базы снижается предельное коллекторное напряжение, поэтому толщину базового слоя выбирают исходя из разумного компромисса.

В первых транзисторах в качестве полупроводникового материала использовался металлический германий. Полупроводниковые приборы на его основе имеют ряд недостатков, и в настоящее время биполярные транзисторы изготавливают в основном из монокристаллического кремния и монокристаллического арсенида галлия. Благодаря очень высокой подвижности носителей в арсениде галлия приборы на его основе обладают высоким быстродействием и используются в сверхбыстродействующих логических схемах и в схемах СВЧ-усилителей.

Принцип работы

В активном усилительном режиме работы транзистор включён так, что его эмиттерный переход смещён в прямом направлении (открыт), а коллекторный переход смещён в обратном направлении (закрыт).

В транзисторе типа n-p-n основные носители заряда в эмиттере (электроны) проходят через открытый переход эмиттер-база (инжектируются) в область базы. Часть этих электронов рекомбинирует с основными носителями заряда в базе (дырками). Однако, из-за того, что базу делают очень тонкой и сравнительно слабо легированной, бо́льшая часть электронов, инжектированных из эмиттера, диффундирует в область коллектора, так как время рекомбинации относительно велико. Сильное электрическое поле обратносмещённого коллекторного перехода захватывает неосновные носители из базы (электроны) и переносит их в коллекторный слой. Ток коллектора, таким образом, практически равен току эмиттера, за исключением небольшой потери на рекомбинацию в базе, которая и образует ток базы (Iэ=Iб + Iк).

Коэффициент α, связывающий ток эмиттера и ток коллектора (Iк = α Iэ), называется коэффициентом передачи тока эмиттера. Численное значение коэффициента α = 0,9—0,999. Чем больше коэффициент, тем эффективней транзистор передаёт ток. Этот коэффициент мало зависит от напряжения коллектор-база и база-эмиттер. Поэтому в широком диапазоне рабочих напряжений ток коллектора пропорционален току базы, коэффициент пропорциональности равен β = α/(1 − α), от 10 до 1000. Таким образом, малый ток базы управляет значительно большим током коллектора.

Режимы работы

Нормальный активный режим

Переход эмиттер-база включен в прямом направлении[2] (открыт), а переход коллектор-база — в обратном (закрыт):

UЭБ>0; UКБ<0 (для транзистора n-p-n типа), для транзистора p-n-p типа условие будет иметь вид UЭБ<0; UКБ>0.

Инверсный активный режим

Эмиттерный переход имеет обратное смещение, а коллекторный переход — прямое: UКБ>0; UЭБ<0 (для транзистора n-p-n типа).

Режим насыщения

Оба p-n перехода смещены в прямом направлении (оба открыты). Если эмиттерный и коллекторный р-n-переходы подключить к внешним источникам в прямом направлении, транзистор будет находиться в режиме насыщения. Диффузионное электрическое поле эмиттерного и коллекторного переходов будет частично ослабляться электрическим полем, создаваемым внешними источниками Uэб и Uкб. В результате уменьшится потенциальный барьер, ограничивавший диффузию основных носителей заряда, и начнётся проникновение (инжекция) дырок из эмиттера и коллектора в базу, то есть через эмиттер и коллектор транзистора потекут токи, называемые токами насыщения эмиттера (IЭ. нас) и коллектора (IК. нас).

Напряжение насыщения коллектор-эмиттер (UКЭ. нас) — это падение напряжения на открытом транзисторе (смысловой аналог RСИ. отк у полевых транзисторов). Аналогично напряжение насыщения база-эмиттер (UБЭ. нас) — это падение напряжения между базой и эмиттером на открытом транзисторе.

Режим отсечки

В данном режиме коллекторный p-n переход смещён в обратном направлении, а на эмиттерный переход может быть подано как обратное, так и прямое смещение, не превышающее порогового значения, при котором начинается эмиссия неосновных носителей заряда в область базы из эмиттера (для кремниевых транзисторов приблизительно 0,6—0,7 В).

Режим отсечки соответствует условию UЭБ<0,6—0,7 В, или IБ=0[5][6].

Барьерный режим

В данном режиме база транзистора по постоянному току соединена накоротко или через небольшой резистор с его коллектором, а в коллекторную или в эмиттерную цепь транзистора включается резистор, задающий ток через транзистор. В таком включении транзистор представляет собой своеобразный диод, включенный последовательно с токозадающим резистором. Подобные схемы каскадов отличаются малым количеством комплектующих, хорошей развязкой по высокой частоте, большим рабочим диапазоном температур, нечувствительностью к параметрам транзисторов.

Схемы включения

Любая схема включения транзистора характеризуется двумя основными показателями:

• Коэффициент усиления по току Iвых/Iвх.
• Входное сопротивление Rвх = Uвх/Iвх.

Схема включения с общей базой

Входное сопротивление (входной импеданс) усилительного каскада с общей базой мало зависит от тока эмиттера, при увеличении тока — снижается и не превышает единиц — сотен Ом для маломощных каскадов, так как входная цепь каскада при этом представляет собой открытый эмиттерный переход транзистора.

Достоинства

• Хорошие температурные и широкий частотный диапазон, так как в этой схеме подавлен эффект Миллера.
• Высокое допустимое коллекторное напряжение.

Недостатки

• Малое усиление по току, равное α, так как α всегда немного менее 1.
• Малое входное сопротивление.

Схема включения с общим эмиттером

Достоинства

Большой коэффициент усиления по току.

• Большой коэффициент усиления по напряжению.
• Наибольшее усиление мощности.
• Можно обойтись одним источником питания.
• Выходное переменное напряжение инвертируется относительно входного.

Недостатки

Имеет меньшую температурную стабильность. Частотные свойства такого включения по сравнению со схемой с общей базой существенно хуже, что обусловлено эффектом Миллера.

Схема с общим коллектором

Достоинства

• Большое входное сопротивление.
• Малое выходное сопротивление.

Недостатки

• Коэффициент усиления по напряжению немного меньше 1.

Схему с таким включением часто называют «эмиттерным повторителем».

Основные параметры

• Коэффициент передачи по току.
• Входное сопротивление.
• Выходная проводимость.
• Обратный ток коллектор-эмиттер.
• Время включения.
• Предельная частота коэффициента передачи тока базы.
• Обратный ток коллектора.
• Максимально допустимый ток.
• Граничная частота коэффициента передачи тока в схеме с общим эмиттером.

Параметры транзистора делятся на собственные (первичные) и вторичные. Собственные параметры характеризуют свойства транзистора, независимо от схемы его включения. В качестве основных собственных параметров принимают:

• коэффициент усиления по току α;
• сопротивления эмиттера, коллектора и базы переменному току r_э, r_к, r_б, которые представляют собой:
  • r_э — сумму сопротивлений эмиттерной области и эмиттерного перехода;
  • r_к — сумму сопротивлений коллекторной области и коллекторного перехода;
  • r_б — поперечное сопротивление базы.

Вторичные параметры различны для различных схем включения транзистора и, вследствие его нелинейности, справедливы только для низких частот и малых амплитуд сигналов. Для вторичных параметров предложено несколько систем параметров и соответствующих им эквивалентных схем. Основными считаются смешанные (гибридные) параметры, обозначаемые буквой «h».

Входное сопротивление — сопротивление транзистора входному переменному току при коротком замыкании на выходе. Изменение входного тока является результатом изменения входного напряжения, без влияния обратной связи от выходного напряжения.

h₁₁ = U_m1/I_m1, при U_m2 = 0

Коэффициент обратной связи по напряжению показывает, какая доля выходного переменного напряжения передаётся на вход транзистора вследствие обратной связи в нём. Во входной цепи транзистора нет переменного тока, и изменение напряжения на входе происходит только в результате изменения выходного напряжения.

h₁₂ = U_m1/U_m2, при I_m1 = 0.

Коэффициент передачи тока (коэффициент усиления по току) показывает усиление переменного тока при нулевом сопротивлении нагрузки. Выходной ток зависит только от входного тока без влияния выходного напряжения.

h₂₁ = I_m2/I_m1, при U_m2 = 0.

Выходная проводимость — внутренняя проводимость для переменного тока между выходными зажимами. Выходной ток изменяется под влиянием выходного напряжения.

h₂₂ = I_m2/U_m2, при I_m1 = 0.

Зависимость между переменными токами и напряжениями транзистора выражается уравнениями:

U_m1 = h₁₁I_m1 + h₁₂U_m2;

I_m2 = h₂₁I_m1 + h₂₂U_m2.

В зависимости от схемы включения транзистора к цифровым индексам h-параметров добавляются буквы: «э» — для схемы ОЭ, «б» — для схемы ОБ, «к» — для схемы ОК.

Для схемы ОЭ: I_m1 = I_mб, I_m2 = I_mк, U_m1 = U_mб-э, U_m2 = U_mк-э. Например, для данной схемы:

h_21э = I_mк/I_mб = β.

Для схемы ОБ: I_m1 = I_mэ, I_m2 = I_mк, U_m1 = U_mэ-б, U_m2 = U_mк-б.

Собственные параметры транзистора связаны с h-параметрами, например для схемы ОЭ:

;

;

;

.

С повышением частоты заметное влияние на работу транзистора начинает оказывать ёмкость коллекторного перехода C_к. Его реактивное сопротивление уменьшается, шунтируя нагрузку и, следовательно, уменьшая коэффициенты усиления α и β. Сопротивление эмиттерного перехода C_э также снижается, однако он шунтируется малым сопротивлением перехода r_э и в большинстве случаев может не учитываться. Кроме того, при повышении частоты происходит дополнительное снижение коэффициента β в результате отставания фазы тока коллектора от фазы тока эмиттера, которое вызвано инерционностью процесса перемещения носителей через базу от эммитерного перехода к коллекторному и инерционностью процессов накопления и рассасывания заряда в базе. Частоты, на которых происходит снижение коэффициентов α и β на 3 дБ, называются граничными частотами коэффициента передачи тока для схем ОБ и ОЭ соответственно.

В импульсном режиме ток коллектора изменяется с запаздыванием на время задержки τ_з относительно импульса входного тока, что вызвано конечным временем пробега носителей через базу. По мере накопления носителей в базе ток коллектора нарастает в течение длительности фронта τ_ф. Временем включения транзистора называется τ_вкл = τ_з + τ_ф.

Биполярный СВЧ-транзистор

Биполярные СВЧ-транзисторы (БТ СВЧ) служат для усиления колебаний с частотой свыше 0,3 ГГЦ. Верхняя граница частот БТ СВЧ с выходной мощностью более 1 Вт составляет около 10 ГГц. Большинство мощных БТ СВЧ по структуре относится к n-p-n типу. По методу формирования переходов БТ СВЧ являются эпитакcиально-планарными. Все БТ СВЧ, кроме самых маломощных, имеют многоэмиттерную структуру (гребёнчатую, сетчатую). По мощности БТ СВЧ разделяются на маломощные (рассеиваемая мощность до 0,3 Вт), средней мощности (от 0,3 до 1,5 Вт) и мощные (свыше 1,5 Вт). Выпускается большое число узкоспециализированных типов БТ СВЧ.

Биполярный СВЧ-транзистор КТ3109А (PNP)

Технологии изготовления транзисторов

• Эпитаксиально-планарная.
• Диффузионно-сплавная.

Применение транзисторов

• Усилители, каскады усиления
• Генератор сигналов
• Модулятор
• Демодулятор (детектор)
• Инвертор (лог. элемент)
• Микросхемы на транзисторной логике (см. транзисторно-транзисторная логика, диодно-транзисторная логика, резисторно-транзисторная логика)

Как работает биполярный транзистор?

BJT

Содержание

Транзистор биполярный — трехтактный (три электрода), управляемый током   полупроводниковый электронный компонент, обладающий способностью усиливать сигналы постоянного и переменного тока, т. е. каждый транзистор принадлежит к семейству усилителей . Усилитель — это устройство, которое может управлять большей мощностью при меньшем потреблении.

Существует два типа биполярных транзисторов: транзисторы N-P-N и транзисторы P-N-P . Электроды биполярного транзистора имеют следующие названия: – С – коллектор, В – база, Е – эмиттер. Чаще всего используются кремниевые транзисторы Si (Threshold Voltage V _T = 0,6 – 0,7 В), реже германиевые Ge (V _T = 0,2 – 0,3 В). Транзисторы используются практически везде: от усилителей, генераторов, систем коммутации питания до компьютеров и более совершенных систем.

Биполярный транзистор – Задания для школьников

Если вы учитесь или просто хотите научиться решать задачи на биполярный транзистор, посетите этот раздел нашего веб-сайта, где вы найдете большое разнообразие электронных задач.

Биполярный транзистор — конструкция

Биполярный транзистор состоит из трех полупроводниковых областей с различными типами проводимости: N-P-N или P-N-P. В этом примере образуются два p-n перехода ( диоды ): База-Эмиттер (ВЕ) и База-Коллектор (ВС).

Рис. 1. Условное обозначение биполярного транзистора NPN и конструкция его переходов Рис. 2. Обозначение биполярного транзистора PNP и конструкция его переходов. Рис. 3. Модель замены диода NPN-транзистораРис. 4. Модель замены диода PNP-транзистораРис. 5. Распределение токов в транзисторе NPN

Биполярный транзистор – принцип работы

Основная особенность биполярных транзисторов – возможность управления большим током при использовании малого . В зависимости от рабочей точки транзистор может находиться в четырех режимах работы:

• Режим отсечки – переход база-эмиттер вообще не смещен или смещен в обратном направлении. Значения тока коллектора очень маленькие,
• Прямой активный режим  (чаще всего называется активным режимом ) — переход база-эмиттер смещен в прямом направлении, а переход база-коллектор смещен в обратном направлении. Здесь стоит отметить, что нельзя превышать напряжение перехода (кремниевых или германиевых диодов), что может привести к протеканию большого тока базы и возможному повреждению транзистора. Ток коллектора принимает значение, в β раз превышающее базовое значение тока. Напряжение база-эмиттер инжектирует основные носители от эмиттера через переход к базе (в электронах N-P-N и в дырках P-N-P). Носители инжектируются из эмиттера в область базы (всплывают) (явление диффузии) в область перехода база-коллектор, где их концентрация ниже). Здесь под воздействием электрического поля в области обеднения они притягиваются к коллектору. В результате этих операций между базой и эмиттером должен протекать небольшой ток, что позволяет большему току протекать между электродами коллектора и эмиттера.
• Обратно-активный режим (инвертированный режим) – Переход база-эмиттер смещен в обратном направлении, а переход база-коллектор смещен в прямом направлении. Усиление тока маленькое,
• Режим насыщения – Напряжение коллектор-эмиттер падает до небольшой величины. Базовый ток настолько велик, что коллекторная цепь не может усилить его в β раз больше.

Биполярный транзистор – вольт-амперные характеристики

Рис. 6. Семейство вольт-амперных характеристик биполярного транзистора (OE)Рис. 7. Семейство вольт-амперных характеристик биполярного транзистора (ОБ)

Эти области транзистора обычно используются по необходимости, например:

• Транзистор в качестве усилителя — транзистор, работающий в области прямого действия, может быть использован для построения системы, которая будет усиливать электрический ток.
• В качестве переключателя (клапана) – здесь используется переход между областью насыщения (вкл. ) и отсечкой (выкл.). Используется в цифровых и импульсных схемах.

Биполярный транзистор – Предельные параметры

• В _{EB0max –} максимально допустимое обратное смещение база-эмиттер,
• В _CB0max – максимально допустимое обратное смещение База-Коллектор,
• В _CE0max – максимально допустимое прямое смещение база-эмиттер,
• I _Cmax – максимальное значение тока коллектора,
• I _Bmax – максимальный базовый ток.

Биполярный транзистор – Операционные системы

Система с общим коллектором

Усиленное напряжение входного сигнала подается между базой и коллектором транзистора, а сигнал после усиления принимается между коллектором и эмиттером. Усиление напряжения этой схемы близко к единице, поэтому на выход усилителя поступает «повторяющееся» напряжение со входа, отсюда и второе употребительное название этого усилителя – эмиттер.

Рис. 8. Схема переменного тока напряжения системы усилителя с общим эмиттером (ОЭ)

Система с общей базой

Усиленное напряжение входного сигнала помещается между базой и эмиттером транзистора, а сигнал принимается между базой и коллектором после усиления.

Рис. 9. Схема переменного тока напряжения системы усилителя с общей базой (ОБ)

Система с общим коллектором

Усиленное напряжение входного сигнала помещается между базой и эмиттером транзистора, а сигнал после усиления поступает между коллектором и эмиттером. Таким образом, эмиттерный электрод является довольно «обычным» для входных и выходных сигналов — отсюда и название системы.

Рис. 10. Схема общего коллектора ОУ

Биполярный транзистор в качестве ключа

Биполярный транзистор предназначен для работы в качестве ключа. Принцип его работы основан на двух рабочих состояниях транзистора: отсечке и насыщении. Под действием сигнала (напряжения) транзистор активируется и переходит из состояния отсечки, через активное состояние, в насыщение. Когда управляющее напряжение исчезает, транзистор возвращается в состояние отсечки. В отключенном состоянии транзистор имеет очень высокое сопротивление, поэтому он не пропускает сигнал (это можно рассматривать как разрыв в цепи). Однако, когда транзистор насыщен, он имеет низкое сопротивление, и ситуация обратная.

Идеальный транзисторный ключ должен менять состояния почти мгновенно и иметь очень крутую (вертикальную) переходную характеристику, а время переключения должно быть равно нулю.

Существуют способы значительно ускорить работу процесса переключения транзистора:

• Уменьшить номинал базового резистора транзистора,
• Включите параллельную емкость с базовым резистором транзистора. Устраняет эффект интегрирования и сокращает время включения транзистора,
• Соединить базу и коллектор транзистора через германиевый диод (такой переключатель становится квазинасыщенным), который характеризуется более высоким значением насыщения и меньшим временем переключения. Недостатком этой системы является более высокое значение напряжения в низком состоянии, поскольку транзистор не насыщается.
• Подключение блока питания к базе транзистора.

Биполярный транзистор – Системы поляризации

Наиболее часто встречающиеся системы смещения транзисторов представлены ниже:

Рис. 11. Система с потенциометрической базовой мощностьюРис. 12. Система с форсированным базовым токомРис. 13. Система с муфтовым коллекторомРис. 14. Система с потенциометрическим базовым питанием и эмиттером связи

Bipolar Transistor Cookbook — Part 1

» Skip to the Extras

Биполярный транзистор является важнейшим «активным» схемным элементом, используемым в современной электронике, и формирует основа большинства линейных и цифровых ИС и операционных усилителей и т. д. В своей дискретной форме он может функционировать как цифровой переключатель или как линейный усилитель и доступен во многих формах малой, средней и высокой мощности. В этом вступительном эпизоде ​​основное внимание уделяется базовой теории транзисторов, их характеристикам и схемам. В оставшихся семи частях серии будет представлен широкий спектр практических схем применения биполярных транзисторов.

ОСНОВЫ БИПОЛЯРНОГО ТРАНЗИСТОРА

Биполярный транзистор (впервые изобретен в 1948 г.) представляет собой трехполюсное (база, эмиттер и коллектор) устройство усиления тока, в котором малый входной ток может управлять величиной значительно большего выходного тока. . Термин «биполярный» означает, что устройство изготовлено из полупроводниковых материалов, в которых проводимость зависит как от положительных, так и от отрицательных (основных и неосновных) носителей заряда.

Обычный транзистор состоит из трехслойного сэндвича из полупроводниковых материалов n-типа и p-типа, при этом базовый или «управляющий» вывод соединен с центральным слоем, а выводы коллектора и эмиттера подключены к внешним слоям. Если он использует сэндвич конструкции n-p-n, как в Рисунок 1(a) , он известен как транзистор npn и использует стандартный символ Рисунок 1(b) .

РИСУНОК 1. Базовая конструкция (a) и условное обозначение (b) транзистора npn.

Если в нем используется структура p-n-p, как в Рисунок 2(a) , он известен как pnp-транзистор и использует символ Рисунок 2(b) .

РИСУНОК 2. Базовая конструкция (a) и условное обозначение (b) транзистора p-n-p.

При использовании транзисторы npn и pnp нуждаются в источнике питания соответствующей полярности, как показано на рис. 3 .

РИСУНОК 3. Полярность подключения к транзисторам (a) npn и (b) pnp.

Устройству npn требуется источник питания, который подключает коллектор к эмиттеру положительно — его выходной или основной сигнальный ток (I _c ) течет от коллектора к эмиттеру, а его амплитуда контролируется входным «управляющим» током. (я _b ), который течет от базы к эмиттеру через внешний токоограничивающий резистор (R _b ) и положительное напряжение смещения. Транзистор pnp нуждается в отрицательном источнике питания — ток его основного вывода течет от эмиттера к коллектору и управляется входным током эмиттер-база, который течет к отрицательному напряжению смещения.

В первые годы использования биполярных транзисторов большинство транзисторов изготавливались из германиевых полупроводниковых материалов. У таких устройств было много практических недостатков: они были хрупкими, чрезмерно чувствительными к температуре, электронными шумами и имели очень низкую мощность. Германиевые транзисторы уже устарели. Практически все современные биполярные транзисторы изготавливаются из кремниевых полупроводниковых материалов. Такие устройства надежны, имеют хорошую мощность, не слишком чувствительны к температуре и генерируют незначительный электронный шум.

Сегодня доступно очень большое разнообразие отличных кремниевых биполярных транзисторов. На Рисунке 4 перечислены основные характеристики двух типичных маломощных типов общего назначения — 2N3904 (npn) и 2N3906 (pnp), каждый из которых помещен в пластиковый корпус TO-92 и имеет штифт на нижней стороне. соединения, показанные на схеме.

РИСУНОК 4. Общие характеристики и контуры маломощных кремниевых транзисторов 2N3904 и 2N3906.

Обратите внимание, при чтении списка Рисунок 4 , что V _CEO(max) – это максимальное напряжение, которое может быть приложено между коллектором и эмиттером, когда база разомкнута, а V _CBO(max) — максимальное напряжение, которое может быть приложено между коллектором и базой, когда эмиттер разомкнут. I _C(max) — максимальный средний ток, который может протекать через клемму коллектора устройства, а P _T(max) — максимальная средняя мощность, которую устройство может рассеять без использования внешний радиатор, при нормальной комнатной температуре.

Одним из наиболее важных параметров транзистора является его коэффициент передачи прямого тока, или h _fe — это коэффициент усиления по току или коэффициент выходного/входного тока устройства (обычно от 100 до 300 в двух перечисленных устройствах) . Наконец, цифра f _T указывает доступное произведение коэффициента усиления на полосу частот устройства, т. е. если транзистор используется в конфигурации с обратной связью по напряжению, обеспечивающей коэффициент усиления по напряжению x100, полоса пропускания составляет 1/100 9 /10 и т. д. должны понимать как его статические (постоянный ток), так и динамические (переменный ток) характеристики. На рис. 5 показаны статические эквивалентные схемы транзисторов npn и pnp.

РИСУНОК 5. Статические эквивалентные схемы транзисторов npn и pnp.

Стабилитрон неизбежно образуется каждым из n-p или p-n переходов транзистора, и, таким образом, транзистор (в статическом выражении) равен паре обратных стабилитронов, включенных между клеммами коллектора и эмиттера, с базой клеммы, подключенные к их «общей» точке. В большинстве маломощных транзисторов общего назначения переход база-эмиттер имеет типичное значение стабилитрона в диапазоне от 5 до 10 В, а типичное значение стабилитрона перехода база-коллектор находится в диапазоне от 20 до 100 В.

Таким образом, переход база-эмиттер транзистора действует как обычный диод при прямом смещении и как стабилитрон при обратном смещении. В кремниевых транзисторах переход с прямым смещением пропускает небольшой ток до тех пор, пока напряжение смещения не поднимется примерно до 600 мВ, но после этого значения ток быстро возрастает. При прямом смещении фиксированным током прямое напряжение перехода имеет тепловой коэффициент около -2 мВ/ ⁰ C. Когда транзистор используется с разомкнутой цепью эмиттера, переход база-коллектор действует так же, как описан, но имеет большее значение стабилитрона. Если транзистор используется с разомкнутой базой, путь от коллектора к эмиттеру действует как стабилитрон, включенный последовательно с обычным диодом.

Динамические характеристики транзистора можно понять с помощью Рисунок 6 , на котором показаны типичные передаточные характеристики маломощного кремниевого транзистора npn с номинальным значением h _fe (коэффициент усиления по току), равным 100.

РИСУНОК 6. Типовые передаточные характеристики маломощных npn-транзисторов со значением h _fe , равным 100 номинально.

Таким образом, когда ток базы (I _b ) равен нулю, транзистор пропускает только небольшой ток утечки. Когда напряжение коллектора превышает несколько сотен милливольт, ток коллектора почти прямо пропорционален току базы и мало зависит от значения напряжения коллектора. Таким образом, устройство можно использовать как генератор постоянного тока, подавая фиксированный ток смещения на базу, или как линейный усилитель, накладывая входной сигнал на номинальный входной ток.

ПРАКТИЧЕСКОЕ ПРИМЕНЕНИЕ

Транзистор можно использовать в различных базовых схемах, и в оставшейся части этого вступительного эпизода представлен краткий обзор наиболее важных из них. Обратите внимание, что хотя все схемы показаны с использованием транзисторов типа npn, их можно использовать с типами pnp, просто изменив полярность схемы и т. д. используется как простой диод или выпрямитель, или как стабилитрон с соответствующей полярностью. На рис. 7 показаны два альтернативных способа использования npn-транзистора в качестве простого диодного ограничителя, который преобразует прямоугольную форму входного сигнала со связью по переменному току в прямоугольный выходной сигнал, который колеблется между нулем и положительным значением напряжения, т. е. который «фиксирует» выходной сигнал. к эталонной точке нулевого напряжения через внутренний диодный переход база-эмиттер или база-коллектор транзистора.

РИСУНОК 7. Цепь с фиксирующим диодом, использующая npn-транзистор в качестве диода.

На рис. 8 показан npn-транзистор, используемый в качестве стабилитрона, который преобразует нерегулируемое напряжение питания в фиксированное регулируемое выходное напряжение с типичным значением в диапазоне от 5 В до 10 В, в зависимости от конкретного транзистора. Только переход база-эмиттер транзистора с обратным смещением подходит для использования в этом приложении. Если используется переход база-коллектор с обратным смещением, значение стабилитрона обычно возрастает в диапазоне 30–100 В, и транзистор может саморазрушиться (из-за перегрева) при довольно низких уровнях тока стабилитрона.

РИСУНОК 8. Транзистор, используемый в качестве стабилитрона.

На рис. 9 показан транзистор, используемый в качестве простого электронного переключателя или цифрового инвертора. Его база управляется (через R _b ) цифровым входом, который имеет либо нулевое напряжение, либо положительное значение, а нагрузка R _L подключается между коллектором и положительной шиной питания. Когда входное напряжение равно нулю, транзистор закрывается и через нагрузку протекает нулевой ток, поэтому между коллектором и эмиттером возникает полное напряжение питания. Когда на входе высокий уровень, транзисторный ключ полностью открыт (насыщен), и в нагрузке протекает максимальный ток, а между коллектором и эмиттером возникает всего несколько сотен милливольт. Таким образом, выходное напряжение представляет собой инвертированную форму входного сигнала.

РИСУНОК 9. Транзисторный переключатель или цифровой инвертор.

Базовая схема Рисунок 9 Схема предназначена для использования в качестве простого цифрового переключателя или инвертора, управляющего чисто резистивной нагрузкой. Его можно использовать в качестве электронного переключателя, который управляет катушкой реле или другой высокоиндуктивной нагрузкой (например, двигателем постоянного тока), подключив его, как показано на рисунке 10 , в котором диоды D1 и D2 защищают транзистор от высокоомного переключения противо-ЭДС от индуктивной нагрузки в момент отключения питания.

РИСУНОК 10. Транзисторный переключатель (цифровой инвертор), управляющий катушкой реле (или другой индуктивной нагрузкой).

СХЕМЫ ЛИНЕЙНЫХ УСИЛИТЕЛЕЙ

Транзистор можно использовать в качестве линейного усилителя тока или напряжения, подав соответствующий ток смещения на его базу, а затем подав входной сигнал между соответствующей парой клемм. В этом случае транзистор можно использовать в любом из трех основных режимов работы, каждый из которых обеспечивает уникальный набор характеристик. Эти три режима известны как «общий эмиттер» (9).0007 Рисунок 11 ), «общая база» ( Рисунок 12 ) и «общий коллектор» ( Рисунок 13 и 14 ).

В схеме с общим эмиттером (которая показана в очень простой форме на рис. 11 ) резистивная нагрузка R _L подключается между коллектором транзистора и положительной линией питания, а ток смещения подается на базу через резистор R _b , номинал которого выбирается для установки коллектора на значение стационарного напряжения половинного питания (чтобы обеспечить максимально неискаженные размахи выходного сигнала). Входной сигнал подается между базой и эмиттером транзистора через конденсатор С, а выходной сигнал (инвертированный по фазе относительно входа) — между коллектором и эмиттером. Эта схема дает среднее значение входного сопротивления и довольно высокий общий коэффициент усиления по напряжению.

РИСУНОК 11. Линейный усилитель с общим эмиттером.

В схеме с общей базой в Рисунок 12 база смещена через R _b и развязана по переменному току (или заземлена по переменному току) через конденсатор C _b . Входной сигнал эффективно подается между эмиттером и базой через C1, а усиленный, но неинвертированный выходной сигнал эффективно берется между коллектором и базой. Эта схема имеет хороший коэффициент усиления по напряжению, близкий к единице коэффициент усиления по току и очень низкий входной импеданс.

РИСУНОК 12. Линейный усилитель с общей базой.

В цепи постоянного тока с общим коллектором в Рисунок 13 коллектор закорочен на низкоимпедансную положительную шину питания и, таким образом, находится на уровне импеданса «виртуальной земли». Входной сигнал подается между базой и землей (виртуальный коллектор), а неинвертированный выходной сигнал берется между эмиттером и землей (виртуальный коллектор). Эта схема дает близкое к единице общее усиление по напряжению, а ее выход «следует» за входным сигналом. Таким образом, он известен как повторитель постоянного напряжения (или эмиттерный повторитель) и имеет очень высокий входной импеданс (равный произведению R _L и значения h _fe ).

РИСУНОК 13. Линейный усилитель постоянного тока с общим коллектором или повторитель напряжения.

Обратите внимание, что вышеприведенная схема может быть модифицирована для использования переменного тока, просто сместив транзистор на половину напряжения питания и подключив входной сигнал по переменному току к базе, как показано в базовой схеме в Рисунок 14 , в котором потенциал Делитель R1-R2 обеспечивает смещение половинного напряжения питания.

РИСУНОК 14. Усилитель переменного тока с общим коллектором или повторитель напряжения.

В таблице На рис. 15 приведены характеристики трех основных конфигураций усилителя. Таким образом, усилитель с общим коллектором дает близкое к единице общее усиление по напряжению и высокое входное сопротивление, в то время как усилители с общим эмиттером и общей базой дают высокие значения усиления по напряжению, но имеют средние или низкие значения входного сопротивления.

РИСУНОК 15. Сравнительные характеристики трех основных схемных конфигураций.

ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫЙ УСИЛИТЕЛЬ

Рисунок 16 показывает — в основной форме — как пара усилителей основного типа Рисунок 11 может быть соединена вместе для получения «различного» усилителя или «длиннохвостой пары», которая производит выходной сигнал, который пропорционален разнице между двумя входными сигналами. В этом случае Q1 и Q2 имеют общий эмиттерный резистор («хвост»), а цепь смещена (через R1-R2 и R3-R4), так что два транзистора пропускают одинаковые токи коллектора (таким образом, давая нулевую разницу между два напряжения коллектора) в условиях нулевого входа в состоянии покоя.

РИСУНОК 16. Дифференциальный усилитель или пара с длинными хвостами.

Если в приведенной выше схеме возрастающее входное напряжение подается на вход только одного транзистора, это приводит к падению выходного напряжения этого транзистора и (в результате действия эмиттерной связи) к выходному напряжению транзистора. другого транзистора повышаются на аналогичную величину, что дает большую разницу выходного напряжения между двумя коллекторами. С другой стороны, если на входы обоих транзисторов подаются одинаковые сигналы, оба коллектора будут перемещаться на одинаковые величины, и, таким образом, схема выдаст нулевой дифференциальный выходной сигнал. Таким образом, схема выдает выходной сигнал, пропорциональный разнице между двумя входными сигналами.

СОЕДИНЕНИЕ ДАРЛИНГТОНА

Входное сопротивление схемы эмиттерного повторителя Рис. путем замены одного транзистора парой транзисторов, соединенных по схеме «Дарлингтон» или «Супер-Альфа», как показано на рис. 17 . Здесь ток эмиттера входного транзистора поступает непосредственно в базу выходного транзистора, и пара действует как один транзистор с общим значением h 9Значение 0027 fe равно произведению двух отдельных значений hfe, т. е. если каждый транзистор имеет значение h _fe , равное 100, пара действует как один транзистор с h _fe , равным 10 000, и вся схема имеет входное сопротивление 10 000 x R _L .

РИСУНОК 17. Darlington или эмиттерный повторитель постоянного тока Super-Alpha.

СХЕМЫ МУЛЬТИВИБРАТОРОВ

Мультивибратор, по сути, представляет собой цифровую схему с двумя состояниями, которая может переключаться из состояния высокого уровня в состояние низкого уровня или наоборот с помощью запускающего сигнала, который может быть получен из внешнего источника или через автоматический или триггерный механизм синхронизации. Транзисторы можно использовать в четырех основных типах схем мультивибраторов, как показано на рис. 9.0007 Цифры с 18 по 21 .

Схема Рисунок 18 Схема представляет собой простой бистабильный мультивибратор с перекрестной связью, запускаемый вручную, в котором базовое смещение каждого транзистора получается из коллектора другого, так что один транзистор автоматически выключается, когда включается другой. на, и наоборот.

РИСУНОК 18. Бистабильный мультивибратор с ручным запуском.

Таким образом, на выходе можно установить низкий уровень, кратковременно выключив Q2 через S2, тем самым закоротив путь база-эмиттер Q2. Когда Q2 отключает подачу базы R2-R4 на базу Q1, схема автоматически фиксируется в этом состоянии до тех пор, пока Q1 не будет аналогичным образом выключен через S1, после чего выход снова фиксируется в высоком состоянии, и так до бесконечности.

На рис. 19 показана в базовой форме схема моностабильного мультивибратора или генератора однократных импульсов. Его выход (от коллектора Q1) обычно имеет низкий уровень, так как Q1 обычно смещен через R5, но переключается на высокий уровень в течение заданного периода (определяемого значениями компонентов C1-R5), если Q1 кратковременно отключается мгновенным замыканием кнопки. Пуск» переключатель S1.

РИСУНОК 19. Моностабильный мультивибратор с ручным запуском.

Фактический моностабильный период времени начинается, когда кнопка «Пуск» отпускается, и имеет период (P) приблизительно равный 0,7 x C1 x R5, где P в мкСм, C в мкФ, а R в в килоомах.

На рис. 20 показан нестабильный мультивибратор или автономный генератор прямоугольных импульсов, в котором периоды включения и выключения прямоугольного сигнала определяются значениями компонентов C1-R4 и C2-R3. По сути, эта схема действует как пара моностабильных цепей с перекрестной связью, которые автоматически запускают друг друга последовательно. Если временные периоды C1-R4 и C2-R3 идентичны, схема генерирует прямоугольный выходной сигнал свободной формы. Если два периода синхронизации не идентичны, схема генерирует асимметричную форму выходного сигнала.

РИСУНОК 20. Нестабильный мультивибратор или автономный генератор прямоугольных импульсов.