Қосылу сұлбалары
Биполяр транзистор: анықтамасы және құрылысы
Биполяр транзистор — үш электродты шалаөткізгіш құрылғы, транзистордың кең тараған түрлерінің бірі. Ол кезектесіп орналасқан қоспаланған шалаөткізгіш қабаттардан тұрады, соған байланысты екі негізгі түрі бар: npn және pnp (мұнда n — электрондық өткізгіштік, p — кемтіктік өткізгіштік).
Орталық қабатқа жалғанған электрод. Басқарушы электрод ретінде қызмет етеді.
Тасымалдаушыларды (электрондар/кемтіктер) база аймағына «инжекциялайтын» электрод.
Тасымалдаушыларды жинайды; әдетте p-n өткелінің аумағы үлкенірек болады.
Неліктен «биполяр»?
Басқа транзистор түрлерімен салыстырғанда, биполяр транзисторда токты тасымалдауға екі түрлі тасымалдаушы қатысады: электрондар және кемтіктер (атауы да осыдан: bi — «екі»).
Жұмыс істеу принципі (активті режим)
Активті режимде эмиттер–база өткелі тура бағытта ығыстырылып (ашық), ал коллектор–база өткелі кері бағытта ығыстырылады (жабық). Түсіндіру үшін n-p-n транзисторын қарастырайық. p-n-p үшін үдерістер ұқсас, тек электрондар мен кемтіктердің рөлі орын ауыстырады және кернеулер таңбалары өзгереді.
n-p-n үшін токтардың қалыптасуы
- 1 Эмиттерден шыққан негізгі тасымалдаушылар — электрондар — ашық эмиттер–база өткелі арқылы базаға өтеді.
- 2 Электрондардың бір бөлігі базадағы кемтіктермен рекомбинацияланады — бұл база тогын қалыптастырады.
- 3 База өте жіңішке және салыстырмалы түрде әлсіз қоспаланған болғандықтан, электрондардың едәуір бөлігі коллектор аймағына өтеді.
- 4 Коллектор өткеліндегі кері ығыстыру тудыратын күшті электр өрісі электрондарды «тартып алып», коллекторға өткізеді.
Токтардың балансы
Рекомбинация шығындарын ескерсек, токтар арасында:
Күшейту мәні
Кең кернеу диапазонында коллектор тогы база тогына пропорционал:
Демек, базадағы аз ғана ток арқылы коллектордағы үлкен токты басқаруға болады.
Тарихи ескерту
Биполяр нүктелік транзистор 1947 жылы ойлап табылды. Кейінгі жылдары ол түрлі логикалық элементтерге негізделген микросұлбаларды құруда негізгі құрылғылардың бірі ретінде кең қолданылды.
Биполяр транзистордың жұмыс режимдері
Қалыпты активті режим
Эмиттер–база өткелі тура бағытта (ашық), ал коллектор–база өткелі кері бағытта (жабық).
Инверсті активті режим
Эмиттер–база өткелі кері бағытта, ал коллектор–база өткелі тура бағытта қосылады.
Толығу режимі
Екі p-n өткел де тура бағытта ығыстырылған (екеуі де ашық).
Сұрыптау (кесу) режимі
Екі p-n өткел де кері бағытта ығыстырылған (екеуі де жабық).
Бөгеуілді режим
Бұл режимде транзистордың базасы коллекторымен тұрақты ток бойынша қысқа байланысады немесе шағын кедергі арқылы қосылады. Ал коллектор немесе эмиттер тізбегіне транзистор арқылы ток беретін резистор жалғанады. Мұндай қосылыста транзистор резистормен тізбектей жалғанған диод сияқты жұмыс істей алады.
- Сұлбада элементтер саны аз болады.
- Жоғары жиілікте жақсы жұмыс істейді.
- Жұмыс температурасының диапазоны кең.
- Транзистор параметрлерінің шашырауына салыстырмалы түрде төзімді.
Қосылу сұлбалары
Транзистордың кез келген қосылу сұлбасы әдетте екі негізгі көрсеткішпен сипатталады: ток бойынша күшейту коэффициенті және кіріс кедергісі.
Ортақ базамен (ОБ) қосылу
Кіріс тізбек — ашық эмиттер–база өткелі болғандықтан, аз қуатты транзисторларда кіріс кедергісі әдетте өте төмен және 100 Ом-нан аспайды.
- α < 1 болғандықтан, ток бойынша күшейту аз.
- Кіріс кедергісі төмен; қорек көзін таңдауға талап жоғары.
- Температуралық және жиіліктік қасиеттері жақсы.
- Рұқсат етілетін кернеу жоғары.
Ортақ эмиттермен (ОЭ) қосылу
- Ток бойынша күшейту коэффициенті үлкен.
- Кернеу бойынша күшейтуі жоғары.
- Қуат бойынша күшейтуі үлкен.
- Шығыс сигналы кіріс сигналына қатысты инверсияланады.
- Ортақ база сұлбасымен салыстырғанда температуралық және жиіліктік қасиеттері нашарырақ.
Ортақ коллектормен (ОК) қосылу
- Кіріс кедергісі үлкен.
- Шығыс кедергісі аз.
- Кернеу бойынша күшейту коэффициенті 1-ден төмен.
Ортақ коллекторлы қосылуы бар каскад эмиттерлі қайталағыш деп аталады: ол кернеуді аса күшейтпейді, бірақ кіріс кедергісін үлкейтеді және жүктемені «жеңілдетеді».