De eerste bipolaire junctie-transistor werd in 1947 uitgevonden in Bell Laboratories. "Twee polariteiten" wordt afgekort als bipolair, vandaar de naam Bipolaire junctie-transistor. BJT is een apparaat met drie aansluitingen met Collector (C), Base (B) en Emitter (E). Voor het identificeren van de aansluitingen van een transistor is het pin-diagram van een bepaald BJT-onderdeel vereist, dit zal beschikbaar zijn in de datasheet. Er zijn twee soorten BJT - NPN- en PNP-transistors. In deze tutorial zullen we praten over de NPN-transistors. Laten we eens kijken naar de twee voorbeelden van NPN-transistors - BC547A en PN2222A, weergegeven in de bovenstaande afbeeldingen.
Op basis van het fabricageproces zal de pinconfiguratie veranderen en de details zullen beschikbaar zijn in de bijbehorende datasheet. Naarmate het vermogen van de transistor toeneemt, moet het benodigde koellichaam aan het lichaam van de transistor worden bevestigd. Een onbevooroordeelde transistor of een transistor zonder potentiaal die op de klemmen wordt toegepast, is vergelijkbaar met twee diodes die back-to-back zijn verbonden, zoals weergegeven in onderstaande afbeelding.
De diode D1 heeft een omgekeerde geleidende eigenschap gebaseerd op de voorwaartse geleiding van diode D2. Wanneer een stroom door de diode D2 vloeit, neemt de diode D1 de stroom waar en kan een evenredige stroom in de omgekeerde richting stromen van de collectorterminal naar de emitterterminal, op voorwaarde dat een hoger potentiaal wordt aangelegd aan de collectorterminal. De proportionele constante is de winst (β).
Werking van NPN-transistors:
Zoals hierboven besproken, is de transistor een stroomgestuurd apparaat dat twee uitputtingslagen heeft met een specifieke barrièrepotentiaal die nodig is om de uitputtingslaag te diffunderen. De barrièrepotentiaal voor een siliciumtransistor is 0,7 V bij 25 ° C en 0,3 V bij 25 ° C voor een germaniumtransistor. Meestal is het type transistor dat wordt gebruikt van het siliciumtype, omdat silicium na zuurstof het meest voorkomende element op aarde is.
Interne werking:
De constructie van de npn-transistor is dat de collector- en emittergebieden zijn gedoteerd met n-type materiaal en het basisgebied is gedoteerd met een kleine laag p-type materiaal. Het emittergebied is zwaar gedoteerd in vergelijking met het collectorgebied. Deze drie regio's vormen twee knooppunten. Het zijn collector-basisovergang (CB) en basis-emitterovergang.
Wanneer een potentiële VBE wordt toegepast over de basis-emitterovergang die toeneemt vanaf 0V, beginnen de elektronen en gaten zich op te hopen in het uitputtingsgebied. Wanneer het potentiaal boven 0,7 V stijgt, wordt de spanningsbarrière bereikt en treedt de diffusie op. Daarom stromen de elektronen naar de positieve pool en is de basisstroom (IB) tegengesteld aan de elektronenstroom. Bovendien begint de stroom van collector naar emitter te stromen, op voorwaarde dat de spanning VCE wordt toegepast op de collectoraansluiting. De transistor kan als schakelaar en versterker fungeren.
Werkgebied versus werkwijze:
1. Actief gebied, IC = β × IB - Versterkerwerking
2. Verzadigingsgebied, IC = Verzadigingsstroom - Schakelwerking (volledig AAN)
3. Cut-off regio, IC = 0 - Schakelwerking (volledig UIT)
Transistor als schakelaar:
Om uit te leggen met een PSPICE is gekozen voor model BC547A. Het eerste belangrijke om in gedachten te houden om een stroombegrenzende weerstand aan de basis te gebruiken. Hogere basisstromen zullen een BJT beschadigen. Op het gegevensblad is de maximale collectorstroom 100mA en wordt de bijbehorende versterking (hFE of β) gegeven.
Stappen om componenten te selecteren, 1. Zoek de stroom van de collector door de stroom te zien die door uw belasting wordt verbruikt. In dit geval is het 60mA (relaisspoel of parallelle LED's) en weerstand = 200 Ohm.
2. Om de transistor in verzadigingstoestand te brengen, moet voldoende basisstroom worden geleverd zodat de transistor volledig AAN is. Berekening van de basisstroom en de bijbehorende te gebruiken weerstand.
Voor volledige verzadiging wordt de basisstroom geschat op 0,6 mA (niet te hoog of te laag). Dus hieronder is het circuit met 0V naar de basis waarin de schakelaar UIT staat.
a) PSPICE-simulatie van BJT als schakelaar, en b) gelijkwaardige schakelaarvoorwaarde
Theoretisch is de schakelaar volledig open, maar praktisch kan een lekstroom worden waargenomen. Deze stroom is verwaarloosbaar omdat ze in pA of nA zijn. Voor een beter begrip van de stroomregeling kan een transistor worden beschouwd als een variabele weerstand over collector (C) en emitter (E) waarvan de weerstand varieert op basis van de stroom door de basis (B).
In eerste instantie als er geen stroom door de basis loopt, is de weerstand over CE erg hoog dat er geen stroom doorheen stroomt. Wanneer een potentiaal van 0,7V en hoger wordt toegepast op de basisterminal, diffundeert de BE-junctie en zorgt ervoor dat de CB-junctie diffuus wordt. Nu stroomt de stroom van collector naar emitter op basis van de versterking.
a) PSPICE-simulatie van BJT als schakelaar, en b) gelijkwaardige schakelaarvoorwaarde
Laten we nu eens kijken hoe we de uitgangsstroom kunnen regelen door de basisstroom te regelen. Als we IC = 42mA beschouwen en dezelfde formule hierboven volgen, krijgen we IB = 0.35mA; RB = 14,28 kOhms ≈ 15 kOhms.
a) PSPICE-simulatie van BJT als schakelaar, en b) gelijkwaardige schakelaarvoorwaarde
De variatie van praktische waarde van berekende waarde is vanwege de spanningsval over de transistor en de resistieve belasting die wordt gebruikt.
Transistor als versterker:
Versterking is het omzetten van een zwak signaal in een bruikbare vorm. Het proces van versterking is een belangrijke stap geweest in veel toepassingen, zoals draadloos verzonden signalen, draadloos ontvangen signalen, mp3-spelers, mobiele telefoons, enz. De transistor kan vermogen, spanning en stroom versterken in verschillende configuraties.
Enkele van de configuraties die in versterkerschakelingen worden gebruikt, zijn
- Gemeenschappelijke emitterversterker
- Gemeenschappelijke collectorversterker
- Gemeenschappelijke basisversterker
Van de bovenstaande typen is het gebruikelijke emittertype de populaire en meest gebruikte configuratie. De bewerking vindt plaats in het actieve gebied, eentraps gemeenschappelijke emitterversterkerschakeling is er een voorbeeld van. Een stabiel DC-instelpunt en een stabiele AC-versterking zijn belangrijk bij het ontwerpen van een versterker. De naam enkeltraps versterker als er maar één transistor wordt gebruikt.
Hierboven ziet u een enkeltraps versterkerschakeling waarbij een zwak signaal dat op de basisaansluiting wordt aangelegd, wordt omgezet in β maal het werkelijke signaal op de collectorterminal.
Deel doel:
CIN is de koppelcondensator die het ingangssignaal koppelt aan de basis van de transistor. Deze condensator isoleert dus de bron van de transistor en laat alleen een wisselstroomsignaal door. CE is de bypass-condensator die fungeert als het pad met lage weerstand voor een versterkt signaal. COUT is de koppelcondensator die het uitgangssignaal van de collector van de transistor koppelt. Deze condensator isoleert dus de output van de transistor en laat alleen AC-signaal door. R2 en RE bieden de stabiliteit aan de versterker, terwijl de R1 en R2 samen zorgen voor de stabiliteit in het DC-instelpunt door als potentiaalverdeler te fungeren.
Operatie:
Het circuit werkt ogenblikkelijk voor elk tijdsinterval. Eenvoudig te begrijpen, wanneer de wisselspanning op de basisaansluiting toeneemt, vloeit de overeenkomstige toename van de stroom door de emitterweerstand. Deze toename in emitterstroom verhoogt dus de hogere collectorstroom die door de transistor vloeit, waardoor de VCE-collectoremitterval afneemt. Evenzo wanneer de ingangswisselspanning exponentieel afneemt, begint de VCE-spanning toe te nemen als gevolg van de afname van de emitterstroom. Al deze veranderingen in spanningen reflecteren ogenblikkelijk aan de uitgang, die een omgekeerde golfvorm van de ingang zal zijn, maar versterkt.
|
Kenmerken |
Gemeenschappelijke basis |
Veel voorkomende Emitter |
Gemeenschappelijke Collector |
|
Spanningsversterking |
Hoog |
Medium |
Laag |
|
Huidige winst |
Laag |
Medium |
Hoog |
|
Vermogenswinst |
Laag |
Heel hoog |
Medium |
Tabel: winstvergelijkingstabel
Op basis van de bovenstaande tabel kan de bijbehorende configuratie worden gebruikt.