O que é um transistor bipolar e quais circuitos de comutação existem

O uso de dispositivos semicondutores (SS) é difundido na eletrônica de rádio. Devido a isso, as dimensões de vários dispositivos diminuíram. O transistor bipolar tem recebido ampla aplicação, devido a algumas características sua funcionalidade ser mais ampla que a de um simples transistor de efeito de campo. Para entender por que é necessário e em que condições é usado, é necessário considerar seu princípio de funcionamento, métodos de conexão e classificação.

Dispositivo e princípio de operação

Um transistor é um semicondutor eletrônico composto por 3 eletrodos, um dos quais é um de controle. Um transistor do tipo bipolar difere de um polar na presença de 2 tipos de portadores de carga (negativo e positivo).

Cargas negativas são elétrons que são liberados da camada externa da rede cristalina. Um tipo positivo de carga, ou buracos, são formados no lugar do elétron liberado.

O dispositivo de um transistor bipolar (BT) é bastante simples, apesar de sua versatilidade. É composto por 3 camadas do tipo condutor: emissor (E), base (B) e coletor (K).

Um emissor (do latim "liberar") é um tipo de junção semicondutora cuja principal função é injetar cargas na base. O coletor (do latim "coletor") é usado para receber as cargas do emissor. A base é o eletrodo de controle.

As camadas do emissor e do coletor são quase as mesmas, mas diferem no grau de adição de impurezas para melhorar as características do PCB. A adição de impurezas é chamada de dopagem. Para a camada coletora (CL), a dopagem é fracamente expressa para aumentar a tensão do coletor (Uk). A camada semicondutora do emissor é fortemente dopada para aumentar a quebra reversa permitida U e melhorar a injeção de portadores na camada de base (o coeficiente de transferência de corrente aumenta - Kt). A camada de base é levemente dopada para fornecer mais resistência (R).

A transição entre a base e o emissor é menor em área do que o K-B. Devido à diferença de áreas, ocorre a melhora do Kt. Durante a operação do PCB, a transição K-B é acionada com polarização reversa para liberar a fração principal da quantidade de calor Q, que é dissipada e proporciona melhor resfriamento do cristal.

A velocidade do BT depende da espessura da camada de base (BS). Essa dependência é um valor que varia em proporção inversa. Com menos espessura - mais velocidade. Essa dependência está relacionada ao tempo de voo dos carregadores.No entanto, ao mesmo tempo, o Reino Unido diminui.

Uma forte corrente flui entre o emissor e K, chamada de corrente K (Ik). Uma pequena corrente flui entre E e B - corrente B (Ib), que é usada para controle. Quando Ib muda, Ik muda.

O transistor tem duas junções p-n: E-B e K-B. Quando o modo está ativo, E-B é conectado com uma polarização direta e CB é conectado com uma polarização reversa. Como a transição E-B está no estado aberto, cargas negativas (elétrons) fluem para o B. Depois disso, elas se recombinam parcialmente com buracos. No entanto, a maioria dos elétrons atinge K-B devido à baixa legitimidade e espessura de B.

Em BS, os elétrons são portadores de carga menores e o campo eletromagnético os ajuda a superar a transição K-B. Com um aumento em Ib, a abertura E-B se expandirá e mais elétrons correrão entre E e K. Neste caso, ocorrerá uma amplificação significativa do sinal de baixa amplitude, pois Ik é maior que Ib.

Para entender mais facilmente o significado físico do funcionamento de um transistor do tipo bipolar, é necessário associá-lo a um bom exemplo. Deve-se supor que a bomba para bombear água é uma fonte de energia, a torneira da água é um transistor, a água é Ik, o grau de rotação da alça da torneira é Ib. Para aumentar a pressão, você precisa girar levemente a torneira - para realizar uma ação de controle. Com base no exemplo, podemos concluir um princípio simples de funcionamento do software.

No entanto, com um aumento significativo de U na transição K-B, pode ocorrer ionização de impacto, o que resulta na multiplicação de carga em avalanche.Quando combinado com o efeito túnel, este processo dá uma ruptura elétrica e, com o aumento do tempo, uma ruptura térmica, que desativa o PP. Às vezes, a ruptura térmica ocorre sem ruptura elétrica como resultado de um aumento significativo na corrente através da saída do coletor.

Além disso, quando U muda para K-B e E-B, a espessura dessas camadas muda, se B é fino, ocorre um efeito de fechamento (também chamado de punção B), no qual as transições K-B e E-B estão conectadas. Em decorrência desse fenômeno, o PP deixa de exercer suas funções.

Modos de operação

O transistor tipo bipolar pode operar em 4 modos:

1. Ativo.
2. Cortes (RO).
3. Saturação (PH).
4. Barreira (RB).

O modo ativo de BT é normal (NAR) e inverso (IAR).

Modo ativo normal

Neste modo, U flui na junção E-B, que é direta e é chamada de tensão E-B (Ue-b). O modo é considerado ótimo e é usado na maioria dos esquemas. A transição E injeta cargas na região de base, que se movem em direção ao coletor. Este último acelera as cargas, criando um efeito boost.

Modo ativo inverso

Neste modo, a transição K-B está aberta. O BT funciona na direção oposta, ou seja, os portadores de carga do buraco são injetados de K, passando pelo B. Eles são coletados pela transição E. As propriedades de amplificação do PP são fracas, e os BTs raramente são usados ​​nesse modo.

Modo de saturação

Em PH, ambas as transições estão abertas. Quando E-B e K-B estiverem conectados a fontes externas na direção direta, o BT funcionará no veículo lançador. O campo eletromagnético de difusão das junções E e K é enfraquecido pelo campo elétrico, que é criado por fontes externas.Como resultado disso, haverá uma diminuição da capacidade de barreira e uma limitação da capacidade de difusão dos principais portadores de carga. Começará a injeção de furos de E e K para B. Este modo é usado principalmente na tecnologia analógica, mas em alguns casos pode haver exceções.

Modo de corte

Neste modo, o BT fecha completamente e não é capaz de conduzir corrente. No entanto, no BT existem fluxos insignificantes de portadores de carga menores, que criam correntes térmicas com valores pequenos. Este modo é utilizado em diversos tipos de proteção contra sobrecargas e curtos-circuitos.

regime de barreira

A base BT é conectada através de um resistor a K. Um resistor é incluído no circuito K ou E, que define o valor da corrente (I) através do BT. O BR é frequentemente usado em circuitos, pois permite que o BT opere em qualquer frequência e em uma faixa de temperatura maior.

Esquemas de comutação

Para a correta utilização e conexão dos BTs, é necessário conhecer sua classificação e tipo. Classificação dos transistores bipolares:

1. Material de produção: germânio, silício e arsenidogálio.
2. Características de fabricação.
3. Potência dissipada: baixa potência (até 0,25 W), média (0,25-1,6 W), potente (acima de 1,6 W).
4. Frequência limite: baixa frequência (até 2,7 MHz), frequência média (2,7-32 MHz), alta frequência (32-310 MHz), micro-ondas (mais de 310 MHz).
5. Finalidade funcional.

A finalidade funcional da BT é dividida nos seguintes tipos:

1. Amplificadores de baixa frequência com figura de ruído normalizada e não normalizada (NiNNKSh).
2. Ampliação de alta frequência com NiNNKSh.
3. Amplificador de microondas com NiNNKSh.
4. Amplificador de alta tensão potente.
5. Gerador com frequências altas e ultra-altas.
6. Dispositivos de comutação de alta tensão de baixa potência e alta potência.
7. Potente pulsado para altos valores U.

Além disso, existem esses tipos de transistores bipolares:

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

Existem 3 circuitos para ligar um transistor bipolar, cada um com suas próprias vantagens e desvantagens:

1. Geral B.
2. Geral E.
3. Geral K.

Ligar com base comum (OB)

O circuito é aplicado em altas frequências, permitindo o uso ideal da resposta de frequência. Ao conectar um BT de acordo com o esquema com OE e depois com OB, sua frequência de operação aumentará. Este esquema de conexão é usado em amplificadores do tipo antena. O nível de ruído em altas frequências é reduzido.

Vantagens:

1. Temperaturas ideais e ampla faixa de frequência (f).
2. Alto valor Reino Unido.

Imperfeições:

1. Baixo ganho.
2. Entrada baixa R.

Comutação de emissor comum (CE)

Quando conectado de acordo com este esquema, a amplificação ocorre em U e I. O circuito pode ser alimentado por uma única fonte. Frequentemente usado em amplificadores de potência (P).

Vantagens:

1. Altos ganhos para I, U, P.
2. Uma fonte de alimentação.
3. A variável de saída U é invertida em relação à entrada.

Tem desvantagens significativas: a estabilidade de temperatura e as características de frequência mais baixas são piores do que quando conectadas ao OB.

Ligar com um coletor comum (OK)

A entrada U é totalmente transferida de volta para a entrada, e Ki é semelhante quando conectado a um OE, mas é baixo em U.

Este tipo de comutação é usado para combinar cascatas feitas em transistores, ou com uma fonte de sinal de entrada que tenha uma saída R alta (microfone ou captador tipo condensador). As vantagens incluem o seguinte: um grande valor da entrada e uma pequena saída R.A desvantagem é o baixo ganho U.

Principais características dos transistores bipolares

As principais características do BT:

1. Eu ganho.
2. Entrada e saída R.
3. Reverso Ik-e.
4. Hora de ligar.
5. Frequência de transmissão Ib.
6. Reverso Ik.
7. Valor máximo de I.

Formulários

O uso de transistores bipolares é difundido em todas as áreas da atividade humana. A principal aplicação do dispositivo foi recebida em dispositivos para amplificação, geração de sinais elétricos, e também servir como elemento chaveado. Eles são usados ​​em vários amplificadores de potência, em fontes de alimentação comuns e chaveadas com a capacidade de ajustar os valores de U e I, em tecnologia de computadores.

Além disso, eles são frequentemente usados ​​para construir várias proteções ao consumidor contra sobrecargas, surtos de U e curtos-circuitos. Eles são amplamente utilizados nas indústrias de mineração e metalurgia.

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