دائرة الباعث المشترك

يظهر في الشكل مخطط الدائرة لتوصيل الترانزستور بباعث مشترك (CE). 5.1. قطب الإدخال هو القاعدة (بتعبير أدق، إشارة الإدخال شعند x يتم توصيل الوصلة الأساسية للباعث بالوصلة، أي شفي س = ش BE = f B – f E، حيث f B و f E هما جهد القاعدة وجهد الباعث، على التوالي). قطب الخرج هو المجمع، أي جهد الخرج شأنت x يساوي انخفاض الجهد بين المجمع والباعث شك ه: شأنت س = ش KE = f K – f E، حيث f K هو جهد المجمع.

وبالتالي، فإن الباعث هو "قطب كهربائي مشترك" لكليهما شفي x، و شأنت x، وهو ما يفسر اسم المخطط. لنفترض أن الباعث مؤرض وأن f E = 0. في معظم الحالات، نادرًا ما يتم استخدام التوصيل المباشر للباعث بالأرض، لكننا هنا نفكر في دائرة بها باعث مؤرض، نظرًا لوجود عناصر إضافية ره و جهذا لا يغير المبدأ الأساسي لتشغيل الدائرة مع OE، لكنه يعقد التفسير بشكل كبير.

القدرات جص 1 و معسيتم اعتبار p 2 دوائر قصيرة في نطاق تردد الإشارة، وبالنسبة لجهود الإمداد الثابتة فإنها تمثل انقطاعًا بشكل طبيعي. وبعد ذلك المساهمة معص 1 و معسيتم تحديد ع 2 في خصائص الدائرة والغرض منها.

لشرح عمل الدائرة، نستخدم ظاهرة معروفة من فيزياء أشباه الموصلات: ص–ن-الانتقال عند التقديم على ر-أشباه الموصلات إيجابية

إمكانات الجسم (نسبة إلى الإمكانات ن-أشباه الموصلات) يفتح ويتدفق التيار عبر الوصلة؛ علاوة على ذلك، ضمن حدود معينة، يتناسب التيار بشكل مباشر مع فرق الجهد عبر الوصلة. يتم تطبيق جهد إيجابي ثابت على قاعدة الترانزستور، والذي تحدده قيمة الجهد لمصدر الطاقة هونسبة المقاومة رب 1 و رب2 ( رب 1 و ريُسمى B2 مقسم القاعدة)، وبالتالي فإن f B دائمًا يتجاوز f E ويكون الوصل بين قاعدة الباعث مفتوحًا.

إذا أخذنا في الاعتبار الآن أنه بالإضافة إلى الجهد الموجب الثابت عند قاعدة الترانزستور شفي س = = ه(رب2 / (رب1+ ر B2)) يتم أيضًا استقبال إشارة متناوبة شعند x ≈ (للبساطة نفترض ذلك شعند x ≈ – إشارة توافقية)، ثم في اللحظات عندما شعند x ≈ له قطبية موجبة، ص–ن- ينفتح التقاطع أكثر ويزداد التيار من خلاله وفي لحظات شعند x ≈ لها قطبية سالبة (لكنها تظل شعند س = + شعند x ≈ >0)، يُغلق الوصل جزئيًا ويتناقص التيار. الحالي من خلال ص–ن- يسمى انتقال قاعدة الباعث بتيار الباعث أنا E. داخل الترانزستور ينقسم إلى تيار أساسي صغير أناب<< أنا E والتيار المجمع أناك ≈ أنا E. بدوره، جامع الحالي أنايتدفق K من خلال المقاومة ر K ويخلق الجهد D عليه يو آر = أناك رك. من هنا يتضح أن جهد المجمع f K = ه-د يو آر= ه–أناك ريعتمد K على مدى فتح تقاطع قاعدة الباعث، أي قيد التشغيل شفي العاشر.

للحصول على وصف تحليلي للاعتماد أناقطة شغالبًا ما يستخدم BEs المعلمة س=د أناك/د ش BE، وهو ما يسمى المنحدر. وحدة قياس الموصلية المنقولة هي أمبير لكل فولت [A/V]، ويرتبط اسمها بخصائص جهد التيار "من طرف إلى طرف" للترانزستورات، والتي نادرًا ما توجد في الكتب المرجعية. لذا،

شأنت س = و ك - و ه = ه–أناك رك = ه–إس يويكون رك = ه–ريال سعودىك ( شعند س = + شفي س ≈) =

= ه–ريال سعودىك شفي س = - ريال سعودىك شفي س ≈ .

يمثل المصطلحان الأولان الجهد المستمر شالإخراج =، وإشارة الإخراج المتغيرة تساوي شأنت س ≈ = - ريال سعودىك شفي س ≈ .

وهكذا، في دائرة ذات باعث مشترك، عندما يتم تغذية إشارة متناوبة إلى قاعدة الترانزستور، يتم إنشاء نفس الإشارة المتناوبة في المجمع، والتي تختلف عن المدخلات في السعة والإشارة. عندما تمر إشارة عبر الدائرة، يكون هناك تحول طور بمقدار 180 درجة). كسب جهد الدائرة

ك يو= |شأنت س ≈ / شفي س ≈ | = ريال سعودىك.

لاحظ أن استخدام معلمة مثل الميل مناسب فقط لشرح العمليات في الدائرة. في الكتب المرجعية القيمة سلا يتم إعطاء، ولكن عادة ما تكون هناك خصائص الجهد الحالي المدخلات والمخرجات (التبعيات أناب من شكن و أناقطة شم على التوالي).

دعونا نتناول المزيد من النقاط.

أولا، ينبغي مناقشة الغرض الوظيفي للحاويات جص 1 و معص2. هذه المكثفات عبارة عن مرشحات أولية عالية التمرير توفر فصل الدوائر المتصلة بالسلسلة باستخدام إشارة ثابتة. لنفترض أن مكبر الصوت مبني وفق دائرة ذات مرحلتين، أي أنه يتكون من دائرتين مع باعث مشترك (خرج الدائرة الأولى متصل بمدخل الثانية). في هذه الحالة، من الواضح أنه من الضروري إرسال الإشارة المتناوبة من مجمع ترانزستور الدائرة الأولى إلى قاعدة ترانزستور الدائرة الثانية دون خسارة. أسهل طريقة للقيام بذلك هي عمل دائرة قصر لأقطاب ترانزستورين. لكن كلا من الجهد عند القاعدة والجهد عند المجمع لا يحتويان على مكونات متغيرة فحسب، بل أيضًا مكونات ثابتة ومكونات مختلفة:

و ب = = شفي س = = ه(رب2 / (رب1+ رب2))؛

و ك = = شأنت س = = ه–ريال سعودىك شفي س = .

العنصر الذي يسمح للتيار المتردد بالمرور، وليس للتيار المباشر، هو السعة. إنها القدرة على "الانفصال". مع p، المثبت بين الشلالتين، يضمن مرور إشارة متناوبة و "عزل" الشلالات بالتيار المباشر.

في الرسم البياني للشكل. 5.1 يتم تأريض الباعث. هذا ليس هو الحال عادة: تحتوي دائرة الباعث المشتركة على مقاومة في دائرة الباعث ر E وحظر مكثف مع E. الغرض من المقاوم هو توفير الاستقرار الحراري لمعلمات الدائرة. والحقيقة هي أنه مع زيادة درجة الحرارة في أشباه الموصلات، تزداد حركة حاملات الشحنة وتركيزها، ونتيجة لذلك يزداد تيار الباعث، وبالتالي تيار المجمع. لإعادة التيارات إلى حالتها الأصلية (قبل التسخين)، من الضروري إغلاق تقاطع قاعدة الباعث جزئيًا، وللقيام بذلك، قم بزيادة f E بينما يظل f B دون تغيير. إذا تم تأريض الباعث، فمن المستحيل ذلك تغيير f E، وإذا كان هناك مقاومة رهـ - يتم حل المشكلة بسهولة شديدة: f E = أناه راه، هكذا مع النمو أناوهذا يوفر التأثير المطلوب لزيادة إمكانات الباعث. للأسف التوفر رسوف يتسبب E في تقليل التغييرات الحالية أناليس فقط عند الترددات تحت الحمراء المنخفضة لانجراف درجة الحرارة، ولكن أيضًا عند ترددات الإشارة، سينخفض ​​كسب الدائرة بشكل حاد. ولذلك فمن الضروري تجاوز ر E عند ترددات الإشارة، باستخدام مكثف مانع لهذا الغرض. في ترددات الانجراف درجة الحرارة معتمثل E مقاومة كبيرة ولا تؤثر على آلية التثبيت الحراري؛ مع زيادة Fيتحول إلى ماس كهربائى.

الآن دعونا نحدد المعلمات التي تحتوي عليها الدائرة مع OE.

1. معامل نقل الجهد (الكسب). ك يو= ريال سعودى.تصل K عادةً إلى عدة إلى عشرات المرات.

أرز. 5.2

2. خاصية السعة (AX) – الاعتماد شأنت x ≈ من شفي x ≈ (الشكل 5.2). يحتوي القسم الخطي AX على ميل α مرتبط بمعامل النقل بالعلاقة ك يو= تان α. عند مستويات إشارة الإدخال المنخفضة شيتم تحديد x ≈ بواسطة مستوى الضوضاء شث، لكبيرة جدا ( شفي س>> ش lin m ax) - يساوي تقريبًا مستوى إمداد المجمع.

3. معامل التحويل الحالي كييساوي نسبة تيار الإخراج إلى الإدخال. قطب الخرج هو المجمع، وقطب الإدخال هو القاعدة ك أنا = أناك/ أناب. ولكن أناب<< أنااه اه أناك = أنااه من هنا كي >> 1.

4. معامل نقل الطاقة ك.ب= كي يو كي آيونتيجة لذلك، فهو أمر مهم للغاية.

5. إزاحة الطور في الدائرة هي 180 درجة.

6. مقاومة الإدخال رفي x للدائرة يتم تحديده من خلال التوصيل الموازي للمقاومات رب1، ر B2 والمقاومة المكافئة ر–ن-انتقال قاعدة الباعث: صكن = أناب/ ش BE. القيم عادة رب1 و ر B2 الضروري لتشغيل الدائرة كذلك ص BE هي كيلو أوم - عشرات كيلو أوم، وبالتالي فإن مقاومة الإدخال تساوي كيلو أوم.

7. مقاومة الخرج لدائرة مفرغة ريتم تحديد x بشكل أساسي من خلال قيمة المقاومة ر K (مئات الأوم - وحدات الكيلو أوم)، وكذلك مقاومة الترانزستور المكافئة صم = أنال / ش CE (عادة الأمر ص KE - كيلو أوم).

8. استجابة تردد السعة ك يو= ك يو(F)، أين F- التردد (الشكل 3.5). الاستجابة الترددية لها مقطع موحد عند الترددات المتوسطة، موازيا لمحور التردد. في الترددات المنخفضة، حيث السعات جص 1 و مع p 2 لم تكن دوائر قصيرة بعد وسقط جزء من الإشارة عليها، وتناقصت استجابة التردد. سبب إضافي لانخفاض استجابة التردد عند الترددات المنخفضة هو وجود رأوه،

يتم إجراء تصحيح التردد المنخفض (LFC) عن طريق تقسيم مقاومة المجمع (الشكل 5.4) إلى قسمين: رك 1 و رك2. نقطة منتصف المقسم عبر الحاوية ج f يتصل بالأرض. على الترددات المنخفضة جتمثل φ مقاومة كبيرة ويمكن تجاهلها عند تحديد كسب الدائرة، والتي يتم تعريفها على أنها ك يو= س(رك1 + رك2). على الترددات المتوسطة والعالية ج f يتحول إلى ماس كهربائى ويتحول ر K 2 ، وبالتالي فإن الكسب يتناقص ويساوي ك يو= ريال سعودى.ك1.

جيؤدي f أيضًا وظيفة مرشح لا يسمح بدخول إشارة متناوبة إلى مصدر الطاقة (ولهذا السبب تم تمييزه بالمؤشر "f").

يتم إجراء التصحيح عالي التردد بطريقتين مختلفتين. أولا، باستمرار مع رمجموعة K الحث ل(الشكل 5.5) - تسمى هذه الطريقة التصحيح الاستقرائي عالي التردد (IHC). في هذه الحالة، لأي قيمة للمحاثة، يزداد كسب الدائرة مع زيادة التردد، منذ ذلك الحين

ك يو= س =

= س .

أرز. 5.5

أرز. 5.6

الطريقة الثانية للتصحيح عالي التردد - تصحيح الباعث (EVCHK) لا تنص على إدخال عناصر إضافية في الدائرة، ولكن فقط انخفاض كبير في قيمة السعة ج E. بغض النظر عن قيمتها، فإن هذه السعة لا تتجاوز ر E عند الترددات تحت الحمراء المنخفضة لانجراف درجة الحرارة، وبالتالي لا يتم تعطيل آلية التثبيت الحراري. لكن صغيرة ج E (في القيم الصغيرة لم يعد من المعتاد أن نسميها حظرًا) لا يتم تحويلها ر E وعلى الترددات المنخفضة والمتوسطة للإشارة، بينما ك يويتناقص.

فقط على الترددات العالية ج E تقلل من مقاومة الباعث ويبدأ الكسب في الزيادة - فقط عندما تنخفض لأسباب أخرى. نظرًا لنقص الحث، فإن مركبات الكربون الهيدروفلورية (HFCS) تجد استخدامًا واسع النطاق أكثر فأكثر، على الرغم من أن لها عيبًا كبيرًا - وهو انخفاض في ك يومكبر للصوت على الترددات المنخفضة والمتوسطة.

إذن الجزء الثالث والأخير من قصة الترانزستورات ثنائية القطب على موقعنا =) سنتحدث اليوم عن استخدام هذه الأجهزة الرائعة كمكبرات صوت، اعتبرها ممكنة دوائر تبديل الترانزستور ثنائي القطبوأهم مميزاتها وعيوبها. هيا بنا نبدأ!

هذه الدائرة جيدة جدًا عند استخدام الإشارات عالية التردد. من حيث المبدأ، هذا هو سبب تشغيل الترانزستور في المقام الأول. العيوب الكبيرة جدًا هي مقاومة الإدخال المنخفضة وبالطبع عدم وجود تضخيم تيار. انظر بنفسك، عند الإدخال لدينا تيار الباعث، عند الإخراج.

أي أن تيار الباعث أكبر من تيار المجمع بمقدار صغير من تيار القاعدة. وهذا يعني أنه لا يوجد كسب للتيار فحسب، بل إن تيار الإخراج أقل قليلاً من تيار الإدخال. على الرغم من أنه من ناحية أخرى، تتمتع هذه الدائرة بمعامل نقل جهد كبير إلى حد ما) هذه هي المزايا والعيوب، دعنا نواصل...

مخطط اتصال لترانزستور ثنائي القطب مع مجمع مشترك

هذا هو ما يبدو عليه مخطط الأسلاك للترانزستور ثنائي القطب مع المجمع المشترك. هل يذكرك بأي شيء؟) إذا نظرنا إلى الدائرة من زاوية مختلفة قليلاً، فسنتعرف على صديقنا القديم هنا - تابع الباعث. كان هناك مقال كامل تقريبًا حول هذا الموضوع ()، لذلك قمنا بالفعل بتغطية كل ما يتعلق بهذا المخطط. وفي الوقت نفسه، نحن في انتظار الدائرة الأكثر استخدامًا - ذات الباعث المشترك.

دائرة توصيل لترانزستور ثنائي القطب مع باعث مشترك.

اكتسبت هذه الدائرة شعبية بسبب خصائصها التضخيمية. من بين جميع الدوائر، فإنه يعطي أكبر مكاسب في التيار والجهد، وبالتالي فإن الزيادة في قوة الإشارة كبيرة أيضًا. عيب الدائرة هو أن خصائص التضخيم تتأثر بشدة بزيادة درجة الحرارة وتردد الإشارة.

لقد تعرفنا على جميع الدوائر، والآن دعونا نلقي نظرة فاحصة على دائرة مكبر الصوت الأخيرة (ولكن ليس الأقل أهمية) القائمة على ترانزستور ثنائي القطب (مع باعث مشترك). أولاً، دعونا نصور الأمر بشكل مختلف قليلاً:

هناك ناقص واحد هنا - الباعث المؤرض. عند تشغيل الترانزستور بهذه الطريقة، تحدث تشوهات غير خطية عند الخرج، والتي يجب بالطبع مكافحتها. تحدث اللاخطية بسبب تأثير جهد الدخل على جهد الوصلة بقاعدة الباعث. في الواقع، لا يوجد شيء "إضافي" في دائرة الباعث؛ حيث يتم تطبيق جهد الدخل بأكمله بدقة على تقاطع الباعث الأساسي. للتعامل مع هذه الظاهرة، نقوم بإضافة مقاوم إلى دائرة الباعث. حتى نحصل على ردود فعل سلبية.

ما هذا؟

بعبارة مختصرة إذن المبدأ العكسي السلبيذ مجال الاتصالاتيكمن في حقيقة أن جزءًا من جهد الخرج يتم نقله إلى الإدخال وطرحه من إشارة الإدخال. وبطبيعة الحال، يؤدي هذا إلى انخفاض في الكسب، حيث أن مدخلات الترانزستور، بسبب تأثير ردود الفعل، سوف تتلقى قيمة الجهد أقل مما كانت عليه في غياب ردود الفعل.

ومع ذلك، ردود الفعل السلبية مفيدة جدا بالنسبة لنا. دعونا نرى كيف سيساعد ذلك في تقليل تأثير جهد الدخل على الجهد بين القاعدة والباعث.

لذلك، حتى لو لم يكن هناك ردود فعل، فإن الزيادة في إشارة الدخل بمقدار 0.5 فولت تؤدي إلى نفس الزيادة. كل شيء واضح هنا 😉 والآن دعونا نضيف تعليقاتك! وبنفس الطريقة تمامًا نقوم بزيادة جهد الدخل بمقدار 0.5 فولت. وبعد ذلك يزداد مما يؤدي إلى زيادة تيار الباعث. وتؤدي الزيادة إلى زيادة الجهد عبر مقاومة التغذية المرتدة. يبدو أن ما هو الخطأ في هذا؟ ولكن يتم طرح هذا الجهد من المدخلات! انظر ماذا حدث:

زاد جهد الدخل - زاد تيار الباعث - زاد الجهد عبر مقاومة التغذية المرتدة السلبية - انخفض جهد الدخل (بسبب الطرح) - انخفض الجهد.

أي أن ردود الفعل السلبية تمنع تغير جهد الباعث الأساسي عندما تتغير إشارة الدخل.

ونتيجة لذلك، تم استكمال دائرة مكبر الصوت ذات الباعث المشترك بمقاوم في دائرة الباعث:

هناك مشكلة أخرى مع مكبر الصوت لدينا. إذا ظهرت قيمة جهد سالبة عند الإدخال، فسيتم إغلاق الترانزستور على الفور (سيصبح جهد القاعدة أقل من جهد الباعث وسيغلق الصمام الثنائي الباعث الأساسي)، ولن يحدث شيء عند الخرج. هذا ليس جيدًا إلى حد ما) لذلك، من الضروري إنشاءه تحيز. ويمكن القيام بذلك باستخدام المقسوم على النحو التالي:

لقد حصلنا على مثل هذا الجمال 😉 إذا كانت المقاومات متساوية فإن الجهد على كل منها سيكون 6 فولت (12 فولت / 2). وبالتالي، في حالة عدم وجود إشارة عند الإدخال، فإن الجهد الأساسي سيكون +6V. إذا وصلت قيمة سالبة، على سبيل المثال -4V، إلى الإدخال، فإن الإمكانات الأساسية ستكون مساوية لـ +2V، أي أن القيمة موجبة ولا تتداخل مع التشغيل العادي للترانزستور. هذا هو مدى فائدة إنشاء إزاحة في الدائرة الأساسية)

وإلا كيف يمكننا تحسين مخططنا ...

اسمحوا لنا أن نعرف الإشارة التي سنقوم بتضخيمها، أي أننا نعرف معلماتها، ولا سيما التردد. سيكون أمرًا رائعًا لو لم يكن هناك شيء عند الإدخال باستثناء الإشارة المضخمة المفيدة. كيفية التأكد من ذلك؟ بالطبع، باستخدام مرشح التمرير العالي) دعنا نضيف مكثفًا، والذي يشكل، بالاشتراك مع المقاوم المتحيز، مرشح التمرير العالي:

هذه هي الطريقة التي تم بها تغطية الدائرة التي لم يكن فيها أي شيء تقريبًا باستثناء الترانزستور نفسه بعناصر إضافية 😉 ربما سنتوقف عند هذا الحد؛ قريبًا سيكون هناك مقال مخصص للحساب العملي لمكبر الصوت بناءً على ترانزستور ثنائي القطب. في ذلك لن نؤلف فقط مخطط دائرة مكبر للصوت، لكننا سنقوم أيضًا بحساب تصنيفات جميع العناصر، وفي نفس الوقت نختار الترانزستور المناسب لأغراضنا. اراك قريبا! =)

تنقسم الترانزستورات إلى ثنائية القطب وتأثير ميداني. كل من هذه الأنواع لها مبدأ التشغيل والتصميم الخاص بها، ولكن القاسم المشترك بينها هو وجود هياكل p-n لأشباه الموصلات.

تظهر رموز الترانزستورات في الجدول:

نوع الجهاز				رمز رسومي تقليدي (أوغو)
ثنائي القطب	نوع ثنائي القطب PNP
	نوع ثنائي القطب n-p-n
مجال	مع المدير السندات الإذنية تقاطع	مع قناة من النوع p
		مع قناة من النوع n
	مع عزل مصراع الترانزستورات موسفيت	مع المدمج في قناة	قناة مدمجة نوع ف
			قناة مدمجة نوع ن
		مع المستحث قناة	القناة المستحثة نوع ف
			القناة المستحثة نوع ن

الترانزستورات ثنائية القطب

يشير تعريف "ثنائي القطب" إلى أن عمل الترانزستور يرتبط بالعمليات التي تشارك فيها ناقلات الشحن من نوعين - الإلكترونات والثقوب.

الترانزستور هو جهاز شبه موصل مزود بفتحتين للإلكترون، مصمم لتضخيم وتوليد الإشارات الكهربائية. يستخدم الترانزستور كلا النوعين من الناقلات - الكبرى والثانوية، ولهذا يطلق عليه ثنائي القطب.

يتكون الترانزستور ثنائي القطب من ثلاث مناطق من شبه موصل أحادي البلورة مع أنواع مختلفة من الموصلية: الباعث والقاعدة والمجمع.

• ه - باعث،
• ب - القاعدة،
• ك - جامع،
• EP - تقاطع باعث،
• KP - تقاطع جامع،
• ث - سمك القاعدة.

يمكن تشغيل كل من انتقالات الترانزستور إما في الاتجاه الأمامي أو العكسي. اعتمادا على ذلك، هناك ثلاثة أوضاع تشغيل للترانزستور:

1. وضع القطع - يتم إغلاق كلا الوصلتين p-n، بينما يتدفق تيار صغير نسبيًا عبر الترانزستور عادةً
2. وضع التشبع - كلا الوصلتين p-n مفتوحتان
3. الوضع النشط - أحد تقاطعات p-n مفتوح والآخر مغلق

في وضع القطع ووضع التشبع، لا يمكن التحكم في الترانزستور. يتم التحكم الفعال في الترانزستور فقط في الوضع النشط. هذا الوضع هو الوضع الرئيسي. إذا كان الجهد عند تقاطع الباعث مباشرًا، وعند تقاطع المجمع يكون عكسيًا، فإن تشغيل الترانزستور يعتبر طبيعيًا، وإذا كانت القطبية معاكسة، فهي معكوسة.

في الوضع العادي، يتم إغلاق تقاطع المجمع p-n، ويكون تقاطع الباعث مفتوحًا. يتناسب تيار المجمع مع التيار الأساسي.

تظهر حركة حاملات الشحنة في ترانزستور n-p-n في الشكل:

عندما يتم توصيل الباعث بالطرف السالب لمصدر الطاقة، يحدث تيار باعث. نظرًا لأنه يتم تطبيق جهد خارجي على وصلة الباعث في الاتجاه الأمامي، فإن الإلكترونات تعبر الوصلة وتدخل منطقة القاعدة. تتكون القاعدة من أشباه الموصلات p، لذا فإن الإلكترونات هي ناقلات شحنة أقلية لها.

تتحد الإلكترونات التي تدخل منطقة القاعدة جزئيًا مع الثقوب الموجودة في القاعدة. ومع ذلك، فإن القاعدة عادة ما تكون مصنوعة من موصل p رقيق للغاية ذو مقاومة عالية (محتوى شوائب منخفض)، وبالتالي فإن تركيز الثقوب في القاعدة منخفض ولا يتحد سوى عدد قليل من الإلكترونات التي تدخل القاعدة مع فتحاتها، وتشكل قاعدة إب الحالي. معظم الإلكترونات، بسبب الحركة الحرارية (الانتشار) وتحت تأثير مجال المجمع (الانجراف)، تصل إلى المجمع، وتشكل أحد مكونات تيار المجمع Ik.

تتميز العلاقة بين الزيادات في تيارات الباعث والمجمع بمعامل النقل الحالي

على النحو التالي من النظر النوعي للعمليات التي تحدث في الترانزستور ثنائي القطب، فإن معامل النقل الحالي يكون دائمًا أقل من الوحدة. للترانزستورات ثنائية القطب الحديثة α = 0.9 ÷ 0.95

عندما يكون Ie ≠ 0، فإن تيار مجمع الترانزستور يساوي:

في دائرة الاتصال المدروسة، يكون القطب الكهربائي الأساسي شائعًا في دوائر الباعث والمجمع. تسمى هذه الدائرة لتوصيل الترانزستور ثنائي القطب بدائرة ذات قاعدة مشتركة، بينما تسمى دائرة الباعث بدائرة الإدخال، وتسمى دائرة المجمع بدائرة الخرج. ومع ذلك، نادرا ما تستخدم مثل هذه الدائرة لتشغيل الترانزستور ثنائي القطب.

ثلاث دوائر لتشغيل الترانزستور ثنائي القطب

توجد دوائر تبديل ذات قاعدة مشتركة وباعث مشترك ومجمع مشترك. تظهر دوائر الترانزستور pnp في الأشكال أ، ب، ج:

في الدائرة ذات القاعدة المشتركة (الشكل أ)، يكون القطب الأساسي مشتركًا في دوائر الإدخال والإخراج؛ وفي الدائرة ذات الباعث المشترك (الشكل ب)، يكون الباعث شائعًا في الدائرة ذات المجمع المشترك؛ (الشكل ج)، الجامع شائع.

يوضح الشكل: E1 - مصدر الطاقة لدائرة الإدخال، E2 - مصدر الطاقة لدائرة الخرج، Uin - مصدر الإشارة المضخمة.

دائرة التبديل الرئيسية هي تلك التي يكون فيها القطب المشترك لدوائر الإدخال والإخراج هو الباعث (دائرة التبديل لترانزستور ثنائي القطب مع باعث مشترك). في مثل هذه الدائرة، تمر دائرة الإدخال عبر وصلة الباعث الأساسي وينشأ فيها تيار أساسي:

أدت القيمة المنخفضة للتيار الأساسي في دائرة الإدخال إلى الاستخدام الواسع النطاق لدائرة الباعث المشترك.

ترانزستور ثنائي القطب في دائرة باعث مشترك (CE).

في الترانزستور المتصل وفقًا لدائرة OE، تسمى العلاقة بين التيار والجهد في دائرة دخل الترانزستور Ib = f1 (Ube) بالمدخل أو خاصية جهد التيار الأساسي (VC) للترانزستور. إن اعتماد تيار المجمع على الجهد بين المجمع والباعث عند قيم ثابتة للتيار الأساسي Iк = f2 (Uke)، Ib – const يسمى عائلة خصائص الخرج (المجمع) للترانزستور.

يظهر الشكل خصائص الجهد الكهربي للإدخال والإخراج للترانزستور ثنائي القطب متوسط ​​القدرة من النوع n-p-n:

كما يتبين من الشكل، فإن خاصية الإدخال مستقلة عمليا عن جهد Uke. خصائص الخرج متساوية تقريبًا عن بعضها البعض وخطية تقريبًا على نطاق واسع من تغيرات الجهد Uke.

الاعتماد Ib = f(Ube) هو خاصية الاعتماد الأسي لتيار تقاطع p-n المتحيز للأمام. نظرًا لأن تيار القاعدة هو إعادة التركيب، فإن قيمته Ib أقل بـ β مرات من تيار الباعث المحقون Ie. مع زيادة جهد المجمع Uk، تنتقل خاصية الإدخال إلى منطقة الفولتية الأعلى Ub. ويرجع ذلك إلى حقيقة أنه بسبب تعديل عرض القاعدة (التأثير المبكر)، تنخفض نسبة تيار إعادة التركيب في قاعدة الترانزستور ثنائي القطب. لا يتجاوز جهد Ube 0.6...0.8 فولت. سيؤدي تجاوز هذه القيمة إلى زيادة حادة في التيار المتدفق عبر تقاطع الباعث المفتوح.

يوضح الاعتماد Ik = f(Uke) أن تيار المجمع يتناسب طرديًا مع التيار الأساسي: Ik = B Ib

معلمات الترانزستور ثنائي القطب

تمثيل الترانزستور في وضع التشغيل ذو الإشارة الصغيرة كشبكة ذات أربع أطراف

في وضع التشغيل ذو الإشارة الصغيرة، يمكن تمثيل الترانزستور بشبكة ذات أربع أطراف. عندما تتغير الفولتية u1 و u2 والتيارات i1 و i2 وفقًا لقانون الجيبية، يتم إنشاء الاتصال بين الفولتية والتيارات باستخدام معلمات Z و Y و h.

الإمكانات 1، 2، 3 هي نفسها. من الملائم وصف الترانزستور باستخدام المعلمات h.

تتميز الحالة الكهربائية للترانزستور المتصل وفق دائرة بباعث مشترك بأربع كميات: Ib، وUbe، وIk، وUke. يمكن اعتبار اثنتين من هذه الكميات مستقلة، ويمكن التعبير عن الكميتين الأخريين بدلالةهما. لأسباب عملية، من المناسب اختيار الكميتين Ib وUke ككميتين مستقلتين. ثم Ube = f1 (Ib، Uke) وIk = f2 (Ib، Uke).

في أجهزة التضخيم، تكون إشارات الإدخال عبارة عن زيادات في جهود وتيارات الإدخال. ضمن الجزء الخطي من الخصائص، تكون المساواة التالية صحيحة بالنسبة للزيادات Ube وIk:

المعنى المادي للمعلمات:

بالنسبة للدائرة ذات OE، تتم كتابة المعاملات بالمؤشر E: h11e، h12e، h21e، h22e.

تشير بيانات جواز السفر إلى h21е = β، h21b = α. هذه المعلمات تميز جودة الترانزستور. لزيادة قيمة h21، تحتاج إما إلى تقليل عرض القاعدة W أو زيادة طول الانتشار، وهو أمر صعب للغاية.

الترانزستورات المركبة

ولزيادة قيمة h21، يتم توصيل الترانزستورات ثنائية القطب باستخدام دائرة دارلينجتون:

في الترانزستور المركب الذي له نفس خصائص ترانزستور واحد، يتم توصيل القاعدة VT1 بالباعث VT2 وΔIе2 = ΔIb1. يتم توصيل مجمعات كلا الترانزستورات وهذه المحطة هي محطة الترانزستور المركب. يلعب القاعدة VT2 دور قاعدة الترانزستور المركب ΔIb = ΔIb2، ويلعب الباعث VT1 دور باعث الترانزستور المركب ΔIe = ΔI1.

دعونا نحصل على تعبير عن الكسب الحالي β لدائرة دارلينجتون. دعونا نعبر عن العلاقة بين التغير في تيار القاعدة dIb والتغير الناتج في تيار المجمع dIk للترانزستور المركب كما يلي:

نظرًا لأن الكسب الحالي للترانزستورات ثنائية القطب عادة ما يكون عدة عشرات (β1، β2 >> 1)، فسيتم تحديد الكسب الإجمالي للترانزستور المركب من خلال حاصل ضرب مكاسب كل ترانزستور βΣ = β1 · β2 ويمكن أن يكون كبيرًا جدًا في قيمة.

دعونا نلاحظ ميزات وضع التشغيل لهذه الترانزستورات. نظرًا لأن تيار الباعث VT2 Ie2 هو التيار الأساسي VT1 dIb1 ، لذلك يجب أن يعمل الترانزستور VT2 في وضع الطاقة الدقيقة ، والترانزستور VT1 - في وضع الحقن العالي ، تختلف تيارات باعثها بمقدار 1-2 أوامر من حيث الحجم. مع هذا الاختيار دون المستوى الأمثل لخصائص التشغيل للترانزستورات ثنائية القطب VT1 وVT2، لا يمكن تحقيق قيم كسب تيار عالية في كل منهما. ومع ذلك، حتى مع قيم الكسب β1، β2 ≈ 30، فإن الكسب الإجمالي βΣ سيكون βΣ ≈ 1000.

يتم تحقيق قيم الكسب العالية في الترانزستورات المركبة فقط في الوضع الإحصائي، لذلك تستخدم الترانزستورات المركبة على نطاق واسع في مراحل إدخال مكبرات الصوت التشغيلية. في الدوائر ذات الترددات العالية، لم تعد الترانزستورات المركبة تتمتع بمثل هذه المزايا، بل على العكس من ذلك، فكل من تردد التضخيم الحالي وسرعة تشغيل الترانزستورات المركبة أقل من نفس المعلمات لكل من الترانزستورات VT1، VT2 بشكل منفصل.

خصائص التردد للترانزستورات ثنائية القطب

تتم عملية انتشار ناقلات الشحنة الأقلية التي يتم حقنها في القاعدة من الباعث إلى تقاطع المجمع عن طريق الانتشار. هذه العملية بطيئة جدًا، ولن تصل الحاملات المحقونة من الباعث إلى المجمع في موعد لا يتجاوز أثناء انتشار الناقلات عبر القاعدة. سيؤدي مثل هذا التأخير إلى تحول الطور بين Ie الحالي وIk الحالي. عند الترددات المنخفضة، تتزامن مراحل التيارات Ie وIk وIb.

يُطلق على تردد إشارة الدخل الذي يتناقص عنده معامل الكسب بمعامل مقارنة بالقيمة الثابتة β0 التردد المحدد لتضخيم التيار لترانزستور ثنائي القطب في دائرة باعث مشترك

Fβ – الحد من التردد (تردد القطع)
fgr – تردد القطع (تردد كسب الوحدة)

تأثير الترانزستور الميدان

تستخدم الترانزستورات ذات التأثير الميداني، أو أحادية القطب، تأثير المجال كمبدأ فيزيائي رئيسي. على عكس الترانزستورات ثنائية القطب، حيث يكون كلا النوعين من الناقلات، الكبرى والثانوية، مسؤولين عن تأثير الترانزستور، تستخدم ترانزستورات التأثير الميداني نوعًا واحدًا فقط من الناقلات لتحقيق تأثير الترانزستور. لهذا السبب، تسمى الترانزستورات ذات التأثير الميداني أحادية القطب. اعتمادًا على ظروف تنفيذ التأثير الميداني، تنقسم ترانزستورات التأثير الميداني إلى فئتين: ترانزستورات التأثير الميداني مع بوابة معزولة وترانزستورات التأثير الميداني مع وصلة تحكم p-n.

ترانزستورات التأثير الميداني مع وصلة التحكم p-n

من الناحية التخطيطية، يمكن تمثيل ترانزستور التأثير الميداني مع وصلة التحكم pn على شكل لوحة، يتم توصيل الأقطاب الكهربائية والمصدر والصرف في نهاياتها. في التين. يُظهر مخطط الهيكل والاتصال لترانزستور التأثير الميداني بقناة من النوع n:

في الترانزستور ذو القناة n، تكون معظم حاملات الشحنة في القناة عبارة عن إلكترونات، والتي تتحرك على طول القناة من مصدر منخفض الجهد إلى مصدر ذو جهد أعلى، مما ينتج عنه تيار تصريف Ic. يتم تطبيق جهد كهربائي بين البوابة والمصدر، مما يؤدي إلى سد الوصلة p-n التي تشكلها المنطقة n للقناة والمنطقة p للبوابة.

عندما يتم تطبيق جهد مانع على تقاطع p-n Uzi، تظهر طبقة موحدة عند حدود القناة، مستنفدة من حاملات الشحنة ولها مقاومة عالية. وهذا يؤدي إلى انخفاض في العرض الموصل للقناة.

ومن خلال تغيير قيمة هذا الجهد، من الممكن تغيير المقطع العرضي للقناة، وبالتالي تغيير قيمة المقاومة الكهربائية للقناة. بالنسبة لترانزستور تأثير المجال ذو القناة n، يكون جهد التصريف موجبًا بالنسبة إلى جهد المصدر. عندما يتم تأريض البوابة، يتدفق التيار من المصرف إلى المصدر. لذلك، لإيقاف التيار، يجب تطبيق جهد عكسي لعدة فولتات على البوابة.

تسمى قيمة جهد عوزي، والتي يصبح عندها التيار عبر القناة مساوية تقريبًا للصفر، بجهد القطع أوزاب

وبالتالي، فإن الترانزستور ذو التأثير الميداني مع بوابة على شكل تقاطع p-n يمثل مقاومة، يتم تنظيم قيمتها بواسطة جهد خارجي.

يتميز ترانزستور التأثير الميداني بخاصية الجهد الحالي التالية:

هنا، اعتماد تيار التصريف Ic على الجهد عند جهد ثابت عند بوابة Uzi يحدد خصائص الخرج أو التصريف لترانزستور التأثير الميداني. في القسم الأولي من الخصائص Usi + |Uzi |< Uзап ток стока Iс возрастает с увеличением Uси . При повышении напряжения сток - исток до Uси = Uзап - |Uзи | происходит перекрытие канала и дальнейший рост тока Iс прекращается (участок насыщения). Отрицательное напряжение Uзи между затвором и истоком смещает момент перекрытия канала в сторону меньших значений напряжения Uси и тока стока Iс . Участок насыщения является рабочей областью выходных характеристик полевого транзистора. Дальнейшее увеличение напряжения Uси приводит к пробою р-n-перехода между затвором и каналом и выводит транзистор из строя.

تُظهر خاصية الجهد الحالي Ic = f(Uzi) جهد Uzap. بما أن Uzi ≥ 0 فإن تقاطع p-n مغلق وتيار البوابة صغير جدًا، حوالي 10 -8…10-9 ألذلك، فإن المزايا الرئيسية لترانزستور التأثير الميداني، مقارنة بالترانزستور ثنائي القطب، تشمل مقاومة عالية للمدخل، حوالي 10 10…1013 أوم. وبالإضافة إلى ذلك، فهي تتميز بالضوضاء المنخفضة وسهولة التصنيع.

هناك نوعان من مخططات التبديل الرئيسية التي لها تطبيق عملي. دائرة ذات مصدر مشترك (الشكل أ) ودائرة ذات استنزاف مشترك (الشكل ب)، كما هو موضح في الشكل:

ترانزستورات تأثير المجال البوابة المعزولة
(ترانزستورات MOS)

يستخدم مصطلح "ترانزستور MOS" للإشارة إلى ترانزستورات التأثير الميداني التي يتم فيها فصل قطب التحكم - البوابة - عن المنطقة النشطة لترانزستور التأثير الميداني بواسطة طبقة عازلة - عازل. العنصر الأساسي لهذه الترانزستورات هو هيكل عازل المعدن وأشباه الموصلات (MDS).

تظهر تقنية ترانزستور MOS مع بوابة مدمجة في الشكل:

يُطلق على شبه الموصل الأصلي الذي يُصنع عليه ترانزستور MOS اسم الركيزة (دبوس P). تسمى المنطقتان n+ المشبعتان بشدة بالمصدر (I) والصرف (C). تسمى منطقة الركيزة الموجودة أسفل البوابة (3) بالقناة المدمجة (قناة n).

الأساس المادي لتشغيل ترانزستور التأثير الميداني بهيكل عازل معدني وأشباه الموصلات هو التأثير الميداني. تأثير المجال هو أنه تحت تأثير مجال كهربائي خارجي يتغير تركيز ناقلات الشحنة الحرة في المنطقة القريبة من السطح لأشباه الموصلات. في الأجهزة الميدانية ذات بنية MIS، يحدث المجال الخارجي بسبب الجهد المطبق على قطب البوابة المعدنية. اعتمادًا على علامة وحجم الجهد المطبق، قد تكون هناك حالتان لمنطقة الشحنة الفضائية (SCR) في القناة - التخصيب والنضوب.

يتوافق وضع الاستنفاد مع جهد سلبي عوزي، حيث ينخفض ​​\u200b\u200bتركيز الإلكترون في القناة، مما يؤدي إلى انخفاض في تيار الصرف. يتوافق وضع التخصيب مع جهد إيجابي عوزي وزيادة في تيار التصريف.

تظهر خاصية الجهد الحالي في الشكل:

يظهر الشكل طوبولوجيا ترانزستور MOS مع قناة من النوع p المستحثة (المستحثة):

عندما يكون Uzi = 0 لا توجد قناة ويكون Ic = 0. يمكن أن يعمل الترانزستور فقط في وضع التخصيب Uzi< 0. Если отрицательное напряжение Uзи превысит пороговое Uзи.пор , то происходит формирование инверсионного канала. Изменяя величину напряжения на затворе Uзи в области выше порогового Uзи.пор , можно менять концентрацию свободных носителей в инверсионном канале и сопротивление канала. Источник напряжения в стоковой цепи Uси вызовет ток стока Iс .

تظهر خاصية الجهد الحالي في الشكل:

في ترانزستورات MOS، يتم فصل البوابة عن شبه الموصل بطبقة من أكسيد SiO2. ولذلك فإن مقاومة المدخلات لهذه الترانزستورات تبلغ حوالي 1013 ... 1015 أوم.

تشمل المعلمات الرئيسية للترانزستورات ذات التأثير الميداني ما يلي:

• ميل الخاصية عند Usp = const، Upi = const. قيم المعلمات النموذجية هي (0.1...500) مللي أمبير/فولت؛
• ميل الخاصية على طول الركيزة عند Usp = const، Uzi = const. قيم المعلمات النموذجية (0.1...1) مللي أمبير/فولت؛
• تيار التصريف الأولي Is.init. - تصريف التيار عند قيمة جهد صفر عوزي. قيم المعلمات النموذجية: (0.2...600) مللي أمبير – للترانزستورات ذات وصلة p-n لقناة التحكم؛ (0.1...100) مللي أمبير – للترانزستورات ذات القناة المدمجة؛ (0.01...0.5) μA – للترانزستورات ذات القناة المستحثة؛
• قطع الجهد Uzi.ots. . القيم النموذجية (0.2...10) V؛ عتبة الجهد يصل. القيم النموذجية (1...6) V؛
• مقاومة مصدر الصرف في الحالة المفتوحة. القيم النموذجية (2..300) أوم
• المقاومة التفاضلية (الداخلية): عند Uzi = const؛
• الربح الإحصائي: μ = S ri

الثايرستور

الثايرستور هو جهاز من أشباه الموصلات يحتوي على ثلاثة أو أكثر من الوصلات ذات الفتحات الإلكترونية. وهي تستخدم أساسا كمفاتيح إلكترونية. اعتمادًا على عدد المحطات الخارجية، يتم تقسيمها إلى ثايرستورات ذات طرفين خارجيين - دينيستورات وثايرستورات بثلاثة أطراف - ثايرستورات. يتم استخدام رمز الحرف VS لتعيين الثايرستور.

تصميم ومبدأ تشغيل الدينستور

يظهر الشكل الهيكلي و UGO وخصائص الجهد الحالي لدينستور:



تسمى المنطقة p الخارجية الأنود (A)، وتسمى المنطقة n الخارجية الكاثود (K). تم تحديد ثلاث تقاطعات p-n بالأرقام 1، 2، 3. هيكل الدينستور هو 4 طبقات - p-n-p-n.

يتم توفير جهد الإمداد E إلى الدينستور بطريقة تجعل إحدى الوصلات الثلاثة مفتوحة وتكون مقاومتها ضئيلة، ويتم إغلاق الانتقال 2 ويتم تطبيق كل جهد الإمداد العلوي عليه. يتدفق تيار عكسي صغير عبر الدينستور، ويتم فصل الحمل R عن مصدر الطاقة E.

عندما يتم الوصول إلى جهد حرج يساوي جهد التشغيل Uon، يتم فتح الانتقال 2، بينما تكون التحولات الثلاثة 1، 2، 3 في حالة الفتح (التشغيل). تنخفض مقاومة الدينستور إلى أعشار الأوم.

جهد التشغيل هو عدة مئات من الفولتات. ينفتح الدينستور وتتدفق من خلاله تيارات كبيرة. يبلغ انخفاض الجهد عبر الدينستور في الحالة المفتوحة 1-2 فولت ويعتمد قليلاً على حجم التيار المتدفق الذي تبلغ قيمته τa ≈ E / R و UR ≈ E، أي. يتم توصيل الحمل بمصدر الطاقة E. ويسمى الجهد عبر الدينستور، الموافق للحد الأقصى للنقطة المسموح بها Iopen.max، بجهد الحالة المفتوحة Uokr. الحد الأقصى للتيار المسموح به يتراوح من مئات مللي أمبير إلى مئات أمبير. يكون الدينستور في الحالة المفتوحة حتى يصبح التيار المتدفق من خلاله أقل من اللولب الحالي. يتم إغلاق الدينستور عندما ينخفض ​​الجهد الخارجي إلى قيمة حوالي 1 فولت أو عندما تتغير قطبية المصدر الخارجي. ولذلك، يتم استخدام مثل هذا الجهاز في دوائر التيار العابر. تتوافق النقطتان B و D مع القيم الحدية لتيارات الدينستور والفولتية. يبلغ وقت استرداد مقاومة الانتقال 2 بعد إزالة جهد الإمداد حوالي 10-30 ميكروثانية.

من حيث المبدأ، فإن أجهزة الديناستور هي أجهزة عمل رئيسية. في حالة التشغيل (قسم BV) يشبه المفتاح المغلق، وفي حالة إيقاف التشغيل (قسم EG) يشبه المفتاح المفتوح.

تصميم ومبدأ تشغيل الثايرستور (الثايرستور)

الثايرستور هو جهاز يمكن التحكم فيه. يحتوي على قطب تحكم (CE) متصل بشبه موصل من النوع p أو شبه موصل من النوع n للوصلة الوسطى 2.

يظهر الشكل الهيكل و UGO وخصائص الجهد الحالي للثلاثي (يسمى عادةً الثايرستور) في الشكل:



يمكن تقليل جهد Uoff، الذي تبدأ عنده زيادة تشبه الانهيار الجليدي في التيار، عن طريق إدخال ناقلات شحن أقلية في أي من الطبقات المجاورة للوصلة 2. يظهر مدى انخفاض Uon في خاصية الجهد الحالي. المعلمة المهمة هي تيار التحكم في الفتح Iу.оt، والذي يضمن أن الثايرستور يتحول إلى الحالة المفتوحة عند الفولتية أقل من الجهد Uon. يوضح الشكل ثلاث قيم لتشغيل واجهة المستخدم للجهد< Un вкл < Um вкл соответствует трем значениям управляющего тока UI у.от >Un u.ot > أم u.ot .

دعونا ننظر في أبسط دائرة مع الثايرستور المحمل على حمل المقاوم Rн






• Ia – تيار الأنود (تيار الطاقة في دائرة الأنود والكاثود في الثايرستور) ؛
• Uak – الجهد بين الأنود والكاثود.
• Iу - التحكم في تيار القطب (يتم استخدام نبضات التيار في الدوائر الحقيقية) ؛
• Uuk هو الجهد بين قطب التحكم والكاثود.
• Upit - جهد الإمداد.

لنقل الثايرستور إلى الحالة المفتوحة، يتم تزويد القطب غير المتحكم به من دائرة توليد النبض بنبضة تحكم قصيرة المدى (في حدود عدة ميكروثانية).

من السمات المميزة للثايرستور غير القابل للقفل قيد النظر، والذي يستخدم على نطاق واسع جدًا في الممارسة العملية، أنه لا يمكن إيقاف تشغيله باستخدام تيار التحكم.

لإيقاف الثايرستور عمليًا، يتم تطبيق الجهد العكسي UAC عليه< 0 и поддерживают это напряжение в течении времени, большего так называемого времени выключения tвыкл . Оно обычно составляет единицы или десятки микросекунд.

تصميم ومبدأ تشغيل التيرستورات

يتم استخدام ما يسمى بالثايرستور المتماثل (triacs، triacs) على نطاق واسع. كل ترياك يشبه زوج الثايرستور المذكور، متصلين على التوازي. الثايرستور المتماثل هو جهاز يتم التحكم فيه بخاصية جهد التيار المتماثل. للحصول على خاصية متناظرة، يتم استخدام هياكل أشباه الموصلات p-n-p-n-p على الوجهين.

يظهر الشكل هيكل الترياك وخصائص UGO والجهد الحالي:



يحتوي الترياك (التيراك) على اثنين من الثايرستور p1-n1-p2-n2 وp2-n2-p1-n4 متصلين بالتتابع. يحتوي الترياك على 5 انتقالات P1-P2-P3-P4-P5. في حالة عدم وجود إلكترون تحكم، يسمى الترياك UE بالدياك.

مع وجود قطبية موجبة على القطب E1، يحدث تأثير الثايرستور في p1-n1-p2-n2، ومع قطبية معاكسة في p2-n1-p1-n4.

عندما يتم تطبيق جهد التحكم على UE، اعتمادًا على قطبيته وقيمته، يتغير جهد المفتاح Uon

الثايرستور (dinistors، الثايرستور، triacs) هي العناصر الرئيسية في أجهزة إلكترونيات الطاقة. هناك الثايرستورات التي يكون جهد التبديل فيها أكبر من 1 كيلو فولت، والحد الأقصى للتيار المسموح به أكبر من 1 كيلو أمبير

المفاتيح الإلكترونية

لزيادة كفاءة أجهزة إلكترونيات الطاقة، يتم استخدام وضع التشغيل النبضي للثنائيات والترانزستورات والثايرستور على نطاق واسع. يتميز وضع النبض بالتغيرات المفاجئة في التيارات والفولتية. في وضع النبض، يتم استخدام الثنائيات والترانزستورات والثايرستور كمفاتيح.

باستخدام المفاتيح الإلكترونية، يتم تبديل الدوائر الإلكترونية: توصيل/فصل الدائرة من/إلى مصادر (مصادر) الطاقة الكهربائية أو الإشارة، توصيل أو فصل عناصر الدائرة، تغيير معلمات عناصر الدائرة، تغيير نوع مصدر الإشارة المؤثرة.

تظهر مفاتيح UGO المثالية في الشكل:

المفاتيح التي تعمل على الفتح والإغلاق على التوالي.




يتميز وضع المفتاح بحالتين: "تشغيل"/"إيقاف".

تتميز المفاتيح المثالية بتغير فوري في المقاومة، والتي يمكن أن تأخذ القيمة 0 أو ∞. انخفاض الجهد عبر المفتاح المغلق المثالي هو 0. عندما يكون المفتاح مفتوحًا، يكون التيار 0.

تتميز المفاتيح الحقيقية أيضًا بقيمتي مقاومة شديدة Rmax وRmin. يحدث الانتقال من قيمة مقاومة إلى أخرى في المحولات الحقيقية في وقت محدد. انخفاض الجهد عبر مفتاح مغلق حقيقي ليس صفراً.

تنقسم المفاتيح إلى مفاتيح تستخدم في الدوائر منخفضة الطاقة ومفاتيح تستخدم في الدوائر عالية الطاقة. كل فئة من هذه الفئات لها خصائصها الخاصة.

وتتميز المفاتيح المستخدمة في الدوائر منخفضة الطاقة بما يلي:

1. المقاومة الرئيسية في الحالات المفتوحة والمغلقة؛
2. الأداء - الوقت الذي يستغرقه المفتاح للانتقال من حالة إلى أخرى؛
3. انخفاض الجهد على مفتاح مغلق وتيار التسرب على مفتاح مفتوح؛
4. الحصانة ضد الضوضاء – قدرة المفتاح على البقاء في إحدى الحالات عند تعرضه للتداخل؛
5. حساسية المفتاح هي حجم إشارة التحكم التي تنقل المفتاح من حالة إلى أخرى؛
6. جهد العتبة - قيمة جهد التحكم الذي يوجد بالقرب منه تغير حاد في مقاومة المفتاح الإلكتروني.

مفاتيح إلكترونية ديود

أبسط نوع من المفاتيح الإلكترونية هو مفاتيح الصمام الثنائي. يوضح الشكل دائرة تبديل الصمام الثنائي وخاصية النقل الثابت وخاصية الجهد الحالي واعتماد المقاومة التفاضلية على جهد الصمام الثنائي:

يعتمد مبدأ تشغيل المفتاح الإلكتروني للصمام الثنائي على تغيير قيمة المقاومة التفاضلية للصمام الثنائي لأشباه الموصلات بالقرب من قيمة جهد العتبة على الصمام الثنائي Uthr. يوضح الشكل "ج" خاصية جهد التيار للدايود شبه الموصل، والذي يوضح قيمة Uthr. تقع هذه القيمة عند تقاطع محور الجهد مع الظل المرسوم للعضو الصاعد لخاصية الجهد الحالي.

يوضح الشكل "د" اعتماد المقاومة التفاضلية على الجهد عبر الصمام الثنائي. يستنتج من الشكل أنه على مقربة من جهد العتبة 0.3 فولت هناك تغيير حاد في المقاومة التفاضلية للصمام الثنائي بقيم متطرفة تبلغ 900 و 35 أوم (Rmin = 35 أوم، Rmax = 900 أوم).

في حالة "التشغيل"، يكون الصمام الثنائي مفتوحًا وUout ≈ Uin.

في حالة "إيقاف التشغيل"، يتم إغلاق الصمام الثنائي و Uout ≈ Uin · Rн / Rmax<

من أجل تقليل وقت التبديل، يتم استخدام الثنائيات ذات السعة الانتقالية المنخفضة في حدود 0.5-2 pF، مع توفير وقت إيقاف في حدود 0.5-0.05 μs.

لا تسمح مفاتيح الصمام الثنائي بالفصل الكهربائي بين دوائر التحكم والتحكم، وهو ما يكون مطلوبًا غالبًا في الدوائر العملية.

مفاتيح الترانزستور

تعتمد غالبية الدوائر المستخدمة في أجهزة الكمبيوتر وأجهزة التحكم عن بعد وأنظمة التحكم الآلي وما إلى ذلك على مفاتيح الترانزستور.

تظهر في الشكل دوائر التبديل على الترانزستور ثنائي القطب وخصائص الجهد الحالي:

يتم تحديد الحالة الأولى "إيقاف" (الترانزستور مغلق) بالنقطة A1 على خصائص خرج الترانزستور؛ يطلق عليه وضع القطع. في وضع القطع، التيار الأساسي Ib = 0، تيار المجمع Ik1 يساوي تيار المجمع الأولي، وجهد المجمع Uk = Uk1 ≈ Ek. يتم تنفيذ وضع القطع عند Uin = 0 أو عند الإمكانات الأساسية السلبية. في هذه الحالة، تصل مقاومة المفتاح إلى قيمتها القصوى: Rmax =، حيث RT هي مقاومة الترانزستور في الحالة المغلقة، أكثر من 1 MOhm.

يتم تحديد الحالة الثانية "تشغيل" (الترانزستور مفتوح) بالنقطة A2 على خاصية الجهد الحالي وتسمى وضع التشبع. من وضع القطع (A1) إلى وضع التشبع (A2)، يتم تبديل الترانزستور بواسطة جهد دخل موجب Uin. في هذه الحالة، الجهد Uout يأخذ الحد الأدنى لقيمة Uk2 = Uk.e.us من أجل 0.2-1.0 V، تيار المجمع Ik2 = Ik.us ≈ Ek / Rk. يتم تحديد التيار الأساسي في وضع التشبع من الحالة: Ib > Ib.us = Ik.us / h21.

يتم تحديد جهد الدخل المطلوب لتحويل الترانزستور إلى الحالة المفتوحة من الحالة: U في> Ib.us · Rb + Uk.e.us

يتم تفسير المناعة الجيدة للضوضاء وتبديد الطاقة المنخفض في الترانزستور من خلال حقيقة أن الترانزستور في معظم الأحيان يكون إما مشبعًا (A2) أو مغلقًا (A1)، ويكون وقت الانتقال من حالة إلى أخرى جزءًا صغيرًا من المدة من هذه الدول. يتم تحديد وقت تبديل المفاتيح على الترانزستورات ثنائية القطب من خلال السعات الحاجزة لوصلات p-n وعمليات تراكم وامتصاص حاملات شحنة الأقلية في القاعدة.

لزيادة السرعة ومقاومة المدخلات، يتم استخدام مفاتيح الترانزستور ذات التأثير الميداني.

تظهر في الشكل دوائر التبديل على ترانزستورات التأثير الميداني مع وصلة تحكم pn ومع قناة مستحثة ذات مصدر مشترك واستنزاف مشترك.

لأي مفتاح على ترانزستور التأثير الميداني Rн> 10-100 كيلو أوم.

تبلغ إشارة التحكم Uin عند البوابة حوالي 10-15 فولت. وتكون مقاومة ترانزستور التأثير الميداني في الحالة المغلقة عالية، حوالي 108 -109 أوم.

يمكن أن تكون مقاومة ترانزستور التأثير الميداني في الحالة المفتوحة 7-30 أوم. يمكن أن تكون مقاومة ترانزستور التأثير الميداني على طول دائرة التحكم 108 -109 أوم. (الدوائر "أ" و "ب") و1012 -1014 أوم (الدوائر "ج" و "د").

أجهزة أشباه الموصلات (الطاقة).

تُستخدم أجهزة أشباه موصلات الطاقة في إلكترونيات الطاقة، وهو مجال التكنولوجيا الأكثر تطورًا والواعد. وهي مصممة للتحكم في تيارات تبلغ عشرات ومئات الأمبيرات، وفولتية تبلغ عشرات ومئات الفولتات.

تشتمل أجهزة أشباه موصلات الطاقة على الثايرستورات (الدينستورات والثايرستورات والترياك) والترانزستورات (ثنائية القطب وتأثير المجال) والترانزستورات ثنائية القطب المستحثة بشكل ثابت (IGBT). يتم استخدامها كمفاتيح إلكترونية تعمل على تبديل الدوائر الإلكترونية. يحاولون تقريب خصائصهم من خصائص المفاتيح المثالية.

وفقًا لمبدأ التشغيل والخصائص والمعلمات، تشبه الترانزستورات عالية الطاقة الترانزستورات منخفضة الطاقة، ولكن هناك ميزات معينة.

ترانزستورات تأثير مجال الطاقة

يعد ترانزستور التأثير الميداني حاليًا أحد أكثر أجهزة الطاقة الواعدة. الترانزستورات الأكثر استخدامًا هي ترانزستورات البوابة المعزولة وترانزستورات القناة المستحثة. لتقليل مقاومة القناة، يتم تقليل طولها. ولزيادة تيار التصريف، يتم عمل مئات وآلاف القنوات في الترانزستور، ويتم توصيل القنوات على التوازي. احتمال التسخين الذاتي للترانزستور ذو التأثير الميداني صغير لأنه تزداد مقاومة القناة مع زيادة درجة الحرارة.

ترانزستورات تأثير مجال الطاقة لها هيكل عمودي. يمكن وضع القنوات عموديًا وأفقيًا.

ترانزستور ديموس

يحتوي ترانزستور MOS هذا، المصنوع بطريقة الانتشار المزدوج، على قناة أفقية. يوضح الشكل عنصر هيكل يحتوي على قناة.

الترانزستور VMOS

يحتوي ترانزستور MOS على شكل V على قناة عمودية. يوضح الشكل عنصر هيكلي يحتوي على قناتين.

من السهل أن نرى أن هياكل ترانزستور VMOS وترانزستور DMOS متشابهة.

ترانزستور IGBT

IGBT هو جهاز أشباه الموصلات الهجين. فهو يجمع بين طريقتين للتحكم في التيار الكهربائي، أحدهما نموذجي للترانزستورات ذات التأثير الميداني (التحكم في المجال الكهربائي)، والثاني للترانزستورات ثنائية القطب (التحكم في حقن الناقلات الكهربائية).

عادة، تستخدم IGBTs بنية ترانزستور MOS للقناة المستحثة من النوع n. يختلف هيكل هذا الترانزستور عن هيكل ترانزستور DMIS بطبقة إضافية من أشباه الموصلات من النوع p.

يرجى ملاحظة أن مصطلحات "الباعث" و"المجمع" و"البوابة" تُستخدم بشكل شائع للإشارة إلى أقطاب IGBT.

تؤدي إضافة طبقة من النوع p إلى تكوين بنية ترانزستور ثنائية القطب ثانية (نوع pnp). وهكذا، IGBT لديه هيكلين ثنائي القطب - نوع n-p-n ونوع p-n-p.

تظهر دائرة إيقاف تشغيل UGO وIGBT في الشكل:

يظهر الشكل النموذجي لخصائص الإخراج:

الجلوس الترانزستور

SIT عبارة عن ترانزستور ذو تأثير ميداني مع وصلة تحكم p-n مع تحريض ثابت. إنه متعدد القنوات وله هيكل عمودي. يظهر الشكل التخطيطي لـ SIT ودائرة اتصال المصدر المشترك:

تكون مناطق أشباه الموصلات من النوع p على شكل أسطوانات يبلغ قطرها بضعة ميكرومترات أو أكثر. يعمل نظام الأسطوانة هذا كمصراع. يتم توصيل كل أسطوانة بقطب البوابة (في الشكل "أ" لا يظهر قطب البوابة).

تشير الخطوط المنقطة إلى مناطق تقاطعات p-n. العدد الفعلي للقنوات يمكن أن يكون الآلاف. عادةً ما يتم استخدام SIT في دوائر المصدر المشترك.

كل جهاز من الأجهزة المعنية له مجال التطبيق الخاص به. تُستخدم مفاتيح الثايرستور في الأجهزة التي تعمل بترددات منخفضة (كيلو هرتز وأقل). العيب الرئيسي لهذه المفاتيح هو أدائها المنخفض.

المجال الرئيسي لتطبيق الثايرستور هو الأجهزة ذات التردد المنخفض ذات قدرة تحويل عالية تصل إلى عدة ميجاوات، والتي لا تفرض متطلبات أداء جدية.

تُستخدم الترانزستورات ثنائية القطب القوية كمفاتيح عالية الجهد في الأجهزة ذات تردد تحويل أو تحويل في حدود 10-100 كيلو هرتز، مع مستوى طاقة خرج من بضعة واط إلى عدة كيلوواط. النطاق الأمثل لتبديل الفولتية هو 200-2000 فولت.

تُستخدم الترانزستورات ذات التأثير الميداني (MOSFETs) كمفاتيح إلكترونية لتبديل الأجهزة ذات الجهد المنخفض والتردد العالي. لا تتجاوز القيم المثلى لجهود التبديل 200 فولت (القيمة القصوى تصل إلى 1000 فولت)، بينما يمكن أن يتراوح تردد التبديل من بضعة كيلو هرتز إلى 105 كيلو هرتز. نطاق التيارات المبدلة هو 1.5-100 أمبير. الخصائص الإيجابية لهذا الجهاز هي إمكانية التحكم بالجهد وليس التيار، واعتماد أقل على درجة الحرارة مقارنة بالأجهزة الأخرى.

تُستخدم الترانزستورات ثنائية القطب ذات البوابة المعزولة (IGBTs) بترددات أقل من 20 كيلو هرتز (تُستخدم بعض أنواع الأجهزة بترددات أعلى من 100 كيلو هرتز) مع قوى تبديل أعلى من 1 كيلو واط. لا تقل الفولتية المبدلة عن 300-400 فولت. القيم المثالية للفولطية المبدلة أعلى من 2000 فولت. تتطلب IGBT وMOSFET جهدًا لا يزيد عن 12-15 فولت للتشغيل الكامل للجهد السالب؛ الأجهزة. تتميز بسرعات تحويل عالية.