يظهر الشكل مخطط الدائرة لتوصيل ترانزستور ثنائي القطب بباعث مشترك. 6.13:

في الترانزستور المتصل بدائرة مع باعث مشترك، هناك تضخيم ليس فقط في الجهد، ولكن أيضًا في التيار. ستكون معلمات الإدخال لدائرة باعث مشتركة هي التيار الأساسي أنا بوالجهد عند القاعدة بالنسبة للباعث ش BE، وستكون خصائص الخرج هي تيار المجمع أنا لوالجهد جامع ش م. لأي جهد:

ش م = ش كيلو بايت + ش يكون

السمة المميزة لوضع التشغيل مع OE هي نفس قطبية جهد التحيز عند الإدخال (القاعدة) والإخراج (المجمع): الإمكانات السلبية في العلبة pnp-الترانزستور وإيجابية في حالة npn-الترانزستور. في هذه الحالة، يكون تقاطع القاعدة والباعث متحيزًا في الاتجاه الأمامي، ويكون تقاطع مجمع القاعدة متحيزًا في الاتجاه المعاكس.

في السابق، عند تحليل ترانزستور ثنائي القطب في دائرة ذات قاعدة مشتركة، تم الحصول على العلاقة بين تيار المجمع وتيار الباعث بالشكل التالي:
. في دائرة ذات باعث مشترك ل pnp-الترانزستور (وفقًا لقانون كيرشوف الأول) (6.1):
، ومن هنا نحصل على:

معامل في الرياضيات او درجة α/(1-α)مُسَمًّى الكسب الحالي للترانزستور ثنائي القطب في دائرة باعث مشترك . دعونا نشير إلى هذا المعامل بالعلامة β ، لذا:

.

معامل نقل التيار لترانزستور متصل في دائرة بباعث مشترك β يوضح عدد المرات التي يتغير فيها تيار المجمع أنا K عندما يتغير التيار الأساسي أناب. منذ قيمة معامل النقل α قريب من الوحدة( α <1), то из уравнения (6.38) следует, что коэффициент усиления β سيكون أكبر بكثير من الوحدة ( β >>1). عند قيم معامل النقل α =0.98÷0.99 سيكون الكسب الحالي الأساسي في النطاق β =50÷100.

6.2.1 خصائص الجهد الحالي الثابت للترانزستور المتصل في دائرة مع باعث مشترك

دعونا نفكر في خاصية الجهد الحالي pnp-الترانزستور في وضع OE (الشكل 6.13، 6.14).

في ش م =0
. زيادة الجهد ش يكونيزداد التركيز عند انتقال EB (الشكل 6.15 أ)، ويزداد تدرج تركيز الثقوب المحقونة، ويزداد تيار انتشار الثقوب، كما هو الحال في الانحياز المباشر pn-تقاطع، ينمو بشكل كبير (t. A) ويختلف عن تيار الباعث فقط في المقياس (6.36) .

مع الفولتية العكسية على المجمع والجهد الثابت على ED | ش يكون| (الشكل 6.15، ب) سيكون تركيز الثقوب في القاعدة بالقرب من الباعث ثابتًا أيضًا. زيادة الجهد ش مسيكون مصحوبًا بتوسيع SCR لوصلة المجمع وانخفاض في عرض القاعدة (التأثير المبكر) وبالتالي انخفاض في إجمالي عدد الثقوب الموجودة في القاعدة.

في هذه الحالة، سيزداد تدرج تركيز الثقوب في القاعدة، مما يؤدي إلى مزيد من الانخفاض في تركيزها. ولذلك، فإن عدد إعادة تركيب الإلكترونات والثقوب الموجودة في القاعدة لكل وحدة زمنية يتناقص (يزداد معامل النقل ). وبما أن الإلكترونات المراد إعادة التركيب تأتي عبر طرف القاعدة، فإن تيار القاعدة يتناقص و خصائص الجهد الحالي المدخلات تتحول إلى أسفل.

في ش يكون=0 والجهد السلبي على المجمع ( ش كيلو بايت << 0) التيار من خلال تقاطع الباعث هو صفر ، وفي قاعدة الترانزستور يكون تركيز الثقوب أقل من قيمة التوازن ، حيث أن هذا التركيز بالنسبة لـ CP هو صفر ، وبالنسبة لـ EP يتم تحديد قيمته بقيمة التوازن. يتدفق تيار الثقوب المستخرجة من المجمع عبر تقاطع المجمع أنا م 0 .

في قاعدة البيانات، كما في pn-الانتقال تحت الانحياز العكسي، فإن عملية التوليد الحراري سوف تسود على عملية إعادة التركيب. تغادر الإلكترونات المتولدة القاعدة عبر طرف القاعدة، مما يعني وجود تيار كهربائي موجه نحو قاعدة الترانزستور (النقطة B). هذا هو الوضع قطعويتميز بتغير اتجاه التيار الأساسي.

عطلة نهاية الأسبوع VAC.

في نشيطالوضع (| ش م |> |ش يكون |>0 ) تدفق الثقوب التي يحقنها الباعث  صالمستخرج بواسطة تقاطع المجمع بنفس الطريقة كما في وضع OB، مع معامل
. جزء من الثقوب (1-ألفا) صيتحد مرة أخرى في القاعدة مع الإلكترونات القادمة من التلامس الأومي للقاعدة.

مع زيادة تيار القاعدة، تقلل الشحنة السالبة للإلكترونات من الحاجز المحتمل لوصلة الباعث، مما يتسبب في حقن ثقوب إضافية في القاعدة.

دعونا نحلل سبب حدوث تغييرات صغيرة في التيار الأساسي أناب- يسبب تغيرات كبيرة في تيار المجمع أناك. قيمة المعامل β ، أكبر بكثير من الوحدة، يعني أن معامل النقل α قريب من الوحدة . في هذه الحالة، يكون تيار المجمع قريبًا من تيار الباعث، والتيار الأساسي (بحكم طبيعته الفيزيائية، إعادة التركيب) أقل بكثير من تيار المجمع والباعث. عندما تكون قيمة المعامل α = 0.99 من أصل 100 ثقب يتم حقنها من خلال وصلة الباعث، ويتم استخراج 99 من خلال وصلة المجمع، وسيتحد ثقب واحد فقط مع الإلكترونات الموجودة في القاعدة ويساهم في تيار القاعدة.

سيؤدي مضاعفة التيار الأساسي (يجب إعادة تجميع الفتحتين) إلى ضعف الحقن من خلال وصلة الباعث (يجب حقن 200 فتحة)، وبالتالي الاستخراج من خلال وصلة المجمع (يتم استخراج 198 فتحة). وبالتالي، فإن التغيير الطفيف في تيار القاعدة، على سبيل المثال من 5 إلى 10 ميكرو أمبير، يسبب تغييرات كبيرة في تيار المجمع، على التوالي من 500 ميكرو أمبير إلى 1000 ميكرو أمبير. يؤدي التيار الأساسي إلى زيادة تيار المجمع بمقدار مائة مرة.

قياسا على (6.34) يمكننا أن نكتب:

باعتبار (6.1):
، نحن نحصل:

معتبرا أن

، أ

أين هو التيار الحراري من خلال جامع واحد pn-الانتقال في الوضع الأساسي المنفصل (مع
، ج، الوضع قطع). بسبب الانحياز الأمامي للوصلة الأساسية (الشكل 6.16)، التيار
أكثر بكثير من التيار الحراري المجمع أنا ل 0 .

أرز. 6.16 ش يكون=ثابت، ش م- عامل

في الوضع التشبعيجب إثراء القاعدة بناقلات غير رئيسية. المعيار لهذا النظام هو تركيز حامل التوازن عند CP ( ش كيلو بايت =0 ). بحكم المعادلة ش م = ش كيلو بايت + ش يكون،يمكن أن يحدث الجهد عند تقاطع المجمع الذي يساوي الصفر عند الفولتية السلبية الصغيرة بين القاعدة والباعث. في ش م 0 و ش يكون <0, оба перехода смещаются в прямом направлении, их сопротивление падает. При малых напряжениях на коллекторе (ش م < ش يكون) ش كيلو بايتيغير علامته، تنخفض مقاومة تقاطع المجمع بشكل حاد، ويبدأ المجمع في حقن الثقوب في القاعدة. يعوض تدفق الثقوب من المجمع تدفق الثقوب من الباعث. يغير تيار المجمع علامته (عادة لا تظهر هذه المنطقة على خصائص الخرج IV).

عند الفولتية العالية على المجمع، من الممكن حدوث انهيار في تقاطع المجمع بسبب تكاثر الانهيار الجليدي للحاملات في SCR (النقطة D). يعتمد جهد الانهيار على درجة تعاطي المنشطات في مناطق الترانزستور. في الترانزستورات ذات القاعدة الرفيعة جدًا، من الممكن توسيع SCR إلى منطقة القاعدة بأكملها (يحدث ثقب في القاعدة).

بمقارنة خصائص تيار الخرج والجهد للترانزستور المتصل في دائرة مع OE وOB (الشكل 6.17)، يمكن للمرء أن يلاحظ ميزتين مهمتين: أولاً، الخصائص في الدائرة مع OE لها ميل أكبر، مما يشير إلى انخفاض في يتم ملاحظة مقاومة الخرج للترانزستور ، وثانيًا ، الانتقال إلى وضع التشبع عند الفولتية السلبية على المجمع.

جامع النمو الحالي مع زيادة ش ميتحدد من خلال انخفاض في عرض القاعدة. معاملات الترحيل æ ونقل باعث الحالي α زيادة، ولكن معامل نقل التيار الأساسي في الدائرة مع OE
ينمو بشكل أسرع α . لذلك، عند تيار أساسي ثابت، يزداد تيار المجمع أكثر مما هو عليه في الدائرة ذات OB.

أرز. 6.23 خصائص الإخراج pnp-الترانزستور أ – في الدائرة مع OB، ب – في الدائرة مع OE

6.3 تشغيل الترانزستور وفقًا لدائرة ذات مجمع مشترك

إذا كانت دوائر الإدخال والإخراج تحتوي على قطب كهربائي مشترك، المجمع (OC)، وتيار الخرج هو تيار الباعث، وتيار الإدخال هو التيار الأساسي، فبالنسبة لمعامل نقل التيار يكون ما يلي صحيحًا:

في مثل هذا الاتصال، يكون معامل النقل الحالي أعلى قليلاً مما هو عليه في اتصال OE، ويكون كسب الجهد أقل قليلاً من الوحدة، نظرًا لأن فرق الجهد بين القاعدة والباعث مستقل عمليًا عن التيار الأساسي. تكرر إمكانات الباعث عمليا الإمكانات الأساسية، لذلك تسمى السلسلة المبنية على أساس الترانزستور مع OK متابع باعث. ومع ذلك، يتم استخدام هذا النوع من التضمين نادرا نسبيا.

مقارنة النتائج التي تم الحصول عليها، يمكننا أن نجعل الاستنتاجات :

تتمتع دائرة OE بمكاسب عالية في كل من الجهد والتيار، كما أنها تتمتع بأعلى مكاسب للطاقة. لاحظ أن الدائرة تغير طور جهد الخرج بمقدار 180 درجة. هذه هي دائرة مكبر الصوت الأكثر شيوعًا.

تعمل الدائرة المزودة بـ OB على تضخيم الجهد (تقريبًا نفس الدائرة المزودة بـ OE)، ولكنها لا تعمل على تضخيم التيار. لا تتغير مرحلة جهد الخرج بالنسبة للإدخال. يتم استخدام الدائرة في مكبرات الصوت عالية التردد وفائقة التردد.

الدائرة ذات OK (متابع الباعث) لا تقوم بتضخيم الجهد، ولكنها تقوم بتضخيم التيار. التطبيق الرئيسي لهذه الدائرة هو مطابقة مقاومة مصدر الإشارة وحمل المعاوقة المنخفضة.

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 نستمر….

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 عيب واحد هنا - الباعث المؤرض. عندما يتم تشغيل الترانزستور بهذه الطريقة، تحدث تشوهات غير خطية عند الخرج، والتي يجب بالطبع مكافحتها. تحدث اللاخطية بسبب تأثير جهد الدخل على جهد تقاطع قاعدة 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 ما هي 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 نجمع فقط مخطط دائرة مكبر للصوت، ولكننا سنقوم أيضًا بحساب تصنيفات جميع العناصر، وفي نفس الوقت نختار الترانزستور المناسب لأغراضنا. اراك قريبا! =)

الترانزستور هو جهاز شبه موصل يمكنه تضخيم الإشارات الكهربائية وتحويلها وتوليدها. تم اختراع أول ترانزستور ثنائي القطب وظيفي في عام 1947. وكانت المادة اللازمة لتصنيعها الجرمانيوم. وبالفعل في عام 1956، ولد ترانزستور السيليكون.

يستخدم الترانزستور ثنائي القطب نوعين من حاملات الشحنة - الإلكترونات والثقوب، ولهذا السبب تسمى هذه الترانزستورات ثنائية القطب. بالإضافة إلى الترانزستورات ثنائية القطب، هناك ترانزستورات أحادية القطب (ذات تأثير ميداني)، والتي تستخدم نوعًا واحدًا فقط من الناقلات - الإلكترونات أو الثقوب. هذه المقالة سوف تناقش.

تحتوي معظم ترانزستورات السيليكون على بنية n-p-n، والتي يتم تفسيرها أيضًا من خلال تكنولوجيا الإنتاج، على الرغم من وجود ترانزستورات السيليكون من النوع p-n-p، إلا أن عددها أقل قليلاً من هياكل n-p-n. تُستخدم هذه الترانزستورات كجزء من أزواج تكميلية (ترانزستورات ذات موصلية مختلفة ولها نفس المعلمات الكهربائية). على سبيل المثال، KT315 وKT361، KT815 وKT814، وفي مراحل إخراج الترانزستور UMZCH KT819 وKT818. غالبًا ما تستخدم مكبرات الصوت المستوردة الزوج التكميلي القوي 2SA1943 و2SC5200.

غالبًا ما تسمى الترانزستورات ذات بنية p-n-p بترانزستورات التوصيل الأمامي، وتسمى هياكل n-p-n بترانزستورات التوصيل العكسي. لسبب ما، لا يظهر هذا الاسم أبدا في الأدبيات، ولكن بين مهندسي الراديو وهواة الراديو يتم استخدامه في كل مكان، ويفهم الجميع على الفور ما نتحدث عنه. يوضح الشكل 1 التصميم التخطيطي للترانزستورات ورموزها الرسومية.

الصورة 1.

بالإضافة إلى الاختلافات في نوع الموصلية والمواد، يتم تصنيف الترانزستورات ثنائية القطب حسب الطاقة وتردد التشغيل. إذا كان تبديد الطاقة على الترانزستور لا يتجاوز 0.3 واط، يعتبر هذا الترانزستور منخفض الطاقة. بقوة 0.3...3 واط ، يسمى الترانزستور ترانزستور متوسط ​​​​القوة ، وبقوة تزيد عن 3 واط ، تعتبر الطاقة عالية. الترانزستورات الحديثة قادرة على تبديد طاقة تصل إلى عشرات وحتى مئات الواط.

لا تعمل الترانزستورات على تضخيم الإشارات الكهربائية بشكل جيد: مع زيادة التردد، يتناقص كسب سلسلة الترانزستور، وعند تردد معين يتوقف تمامًا. لذلك، للعمل على نطاق ترددي واسع، يتم إنتاج الترانزستورات بخصائص تردد مختلفة.

بناءً على تردد التشغيل، تنقسم الترانزستورات إلى تردد منخفض - تردد تشغيل لا يتجاوز 3 ميجاهرتز، تردد متوسط ​​- 3...30 ميجاهرتز، تردد عالي - أكثر من 30 ميجاهرتز. إذا تجاوز تردد التشغيل 300 ميجاهرتز، فهذه ترانزستورات عالية التردد بالفعل.

بشكل عام، تسرد الكتب المرجعية السميكة الجادة أكثر من 100 معلمة مختلفة للترانزستورات، مما يشير أيضًا إلى عدد كبير من النماذج. وعدد الترانزستورات الحديثة لم يعد من الممكن وضعها بالكامل في أي كتاب مرجعي. ويتزايد نطاق الطراز باستمرار، مما يسمح لنا بحل جميع المهام التي حددها المطورون تقريبًا.

هناك العديد من دوائر الترانزستور (فقط تذكر عدد المعدات المنزلية) لتضخيم الإشارات الكهربائية وتحويلها، ولكن على الرغم من كل التنوع، تتكون هذه الدوائر من شلالات منفصلة، ​​أساسها الترانزستورات. لتحقيق تضخيم الإشارة المطلوب، من الضروري استخدام عدة مراحل تضخيم متصلة على التوالي. لفهم كيفية عمل مراحل مكبر الصوت، عليك أن تصبح أكثر دراية بدوائر تبديل الترانزستور.

الترانزستور نفسه لا يستطيع تضخيم أي شيء. تكمن خصائص تضخيمها في حقيقة أن التغييرات الصغيرة في إشارة الدخل (التيار أو الجهد) تؤدي إلى تغيرات كبيرة في الجهد أو التيار عند خرج المرحلة بسبب إنفاق الطاقة من مصدر خارجي. تُستخدم هذه الخاصية على نطاق واسع في الدوائر التناظرية - مكبرات الصوت والتلفزيون والراديو والاتصالات وما إلى ذلك.

لتبسيط العرض التقديمي، سيتم هنا النظر في الدوائر المعتمدة على ترانزستورات n-p-n. كل ما سيقال عن هذه الترانزستورات ينطبق بالتساوي على ترانزستورات pnp. يكفي فقط تغيير قطبية مصادر الطاقة، والحصول على دائرة عمل، إن وجدت.

في المجموع، يتم استخدام ثلاث دوائر من هذا القبيل: دائرة ذات باعث مشترك (CE)، دائرة ذات مجمع مشترك (OC) ودائرة ذات قاعدة مشتركة (CB). وتظهر كل هذه المخططات في الشكل 2.

الشكل 2.

ولكن قبل الانتقال إلى النظر في هذه الدوائر، يجب عليك التعرف على كيفية عمل الترانزستور في وضع التبديل. يجب أن تسهل هذه المقدمة الفهم في وضع التعزيز. بمعنى ما، يمكن اعتبار الدائرة الرئيسية كنوع من الدوائر مع OE.

تشغيل الترانزستور في الوضع الرئيسي

قبل دراسة تشغيل الترانزستور في وضع تضخيم الإشارة، تجدر الإشارة إلى أن الترانزستورات تستخدم غالبًا في وضع التبديل.

لقد تم النظر في طريقة تشغيل الترانزستور هذه لفترة طويلة. نشر عدد أغسطس 1959 من مجلة الراديو مقالاً بقلم ج. لافروف بعنوان "الصمام الثلاثي لأشباه الموصلات في وضع التبديل". اقترح مؤلف المقال تغيير مدة النبضات في ملف التحكم (OC). الآن تسمى طريقة التحكم هذه PWM ويتم استخدامها كثيرًا. يظهر الرسم التخطيطي من إحدى المجلات في ذلك الوقت في الشكل 3.

الشكل 3.

لكن الوضع الرئيسي لا يستخدم فقط في أنظمة PWM. في كثير من الأحيان يقوم الترانزستور ببساطة بتشغيل وإيقاف شيء ما.

في هذه الحالة، يمكن استخدام المرحل كحمل: إذا تم إعطاء إشارة دخل، فسيتم تشغيل المرحل، وإذا لم يكن الأمر كذلك، فسيتم إيقاف تشغيل إشارة الترحيل. بدلا من المرحلات، غالبا ما تستخدم المصابيح الكهربائية في الوضع الرئيسي. يتم ذلك عادةً للإشارة إلى أن الضوء إما مضاء أو مطفأ. يظهر الشكل 4 الرسم التخطيطي لهذه المرحلة الرئيسية. تُستخدم المراحل الرئيسية أيضًا للعمل مع مصابيح LED أو أدوات التوصيل الضوئية.

الشكل 4.

في الشكل، يتم التحكم في الشلال عن طريق جهة اتصال عادية، على الرغم من أنه قد يكون هناك شريحة رقمية أو بدلاً من ذلك. لمبة إضاءة للسيارة، تستخدم لإضاءة لوحة القيادة في سيارات Zhiguli. يجب الانتباه إلى حقيقة أن جهد التحكم هو 5 فولت، وأن جهد المجمع المحول هو 12 فولت.

لا يوجد شيء غريب في هذا، حيث أن الفولتية لا تلعب أي دور في هذه الدائرة، فقط التيارات هي التي تهم. لذلك، يمكن أن يكون جهد المصباح الكهربائي 220 فولت على الأقل، إذا كان الترانزستور مصممًا للعمل عند مثل هذه الفولتية. يجب أن يتطابق جهد مصدر المجمع أيضًا مع جهد تشغيل الحمل. باستخدام هذه الشلالات، يتم توصيل الحمل بالرقائق الرقمية أو وحدات التحكم الدقيقة.

في هذه الدائرة، يتحكم التيار الأساسي في تيار المجمع، والذي، بسبب طاقة مصدر الطاقة، أكبر بعشرات أو حتى مئات المرات (اعتمادًا على حمل المجمع) من التيار الأساسي. فمن السهل أن نرى أن التضخيم الحالي يحدث. عندما يعمل الترانزستور في وضع التبديل، عادةً ما يتم استخدام قيمة لحساب التتالي، والتي تسمى في الكتب المرجعية "الكسب الحالي في وضع الإشارة الكبيرة" - في الكتب المرجعية يُشار إليه بالحرف β. هذه هي نسبة تيار المجمع، التي يحددها الحمل، إلى الحد الأدنى الممكن للتيار الأساسي. في شكل صيغة رياضية، تبدو كما يلي: β = Ik/Ib.

بالنسبة لمعظم الترانزستورات الحديثة، يكون المعامل β كبيرًا جدًا، كقاعدة عامة، من 50 وما فوق، لذلك عند حساب المرحلة الرئيسية، يمكن اعتباره مساوٍ لـ 10 فقط. حتى لو تبين أن التيار الأساسي أكبر من التيار المحسوب ، فلن يفتح الترانزستور بقوة بسبب هذا الوضع الرئيسي.

لإضاءة المصباح الكهربائي الموضح في الشكل 3، Ib = Ik/β = 100mA/10 = 10mA، هذا هو الحد الأدنى. مع جهد تحكم قدره 5V عبر المقاومة الأساسية Rb، مطروحًا منه انخفاض الجهد في القسم B-E، سيبقى هناك 5V - 0.6V = 4.4V. مقاومة المقاومة الأساسية ستكون: 4.4V / 10mA = 440 أوم. يتم اختيار المقاوم بمقاومة 430 أوم من النطاق القياسي. الجهد 0.6 فولت هو الجهد عند تقاطع B-E، ويجب ألا تنساه عند الحساب!

للتأكد من أن قاعدة الترانزستور لا تظل "معلقة في الهواء" عند فتح جهة اتصال التحكم، عادةً ما يتم تحويل الوصلة B-E بواسطة المقاوم Rbe، الذي يغلق الترانزستور بشكل موثوق. لا ينبغي نسيان هذا المقاوم، على الرغم من عدم وجوده في بعض الدوائر لسبب ما، مما قد يؤدي إلى تشغيل خاطئ للسلسلة بسبب التداخل. في الواقع، كان الجميع يعرفون عن هذا المقاوم، ولكن لسبب ما نسوا، وداسوا مرة أخرى على "أشعل النار".

يجب أن تكون قيمة هذا المقاوم بحيث أنه عند فتح جهة الاتصال، لن يكون الجهد عند القاعدة أقل من 0.6 فولت، وإلا فلن يكون من الممكن التحكم في الشلال، كما لو كان القسم B-E قد تم قصوره ببساطة. من الناحية العملية، يتم تثبيت المقاوم Rbe بقيمة اسمية أكبر بعشر مرات تقريبًا من Rb. ولكن حتى لو كان تصنيف Rb هو 10K، فإن الدائرة ستعمل بشكل موثوق تمامًا: ستكون إمكانات القاعدة والباعث متساوية، مما سيؤدي إلى إغلاق الترانزستور.

مثل سلسلة المفاتيح هذه، إذا كانت تعمل بشكل صحيح، يمكنها تشغيل المصباح الكهربائي بأقصى شدة، أو إيقاف تشغيله تمامًا. في هذه الحالة، يمكن أن يكون الترانزستور مفتوحًا تمامًا (حالة التشبع) أو مغلقًا تمامًا (حالة القطع). على الفور، يشير الاستنتاج إلى أنه بين هذه الحالات "الحدودية" يوجد شيء من هذا القبيل عندما يضيء المصباح الكهربائي بأقصى شدة. في هذه الحالة هل الترانزستور نصف مفتوح أم نصف مغلق؟ إنها مثل مشكلة ملء الكوب: المتفائل يرى نصف الكوب ممتلئًا، بينما المتشائم يراه نصفًا فارغًا. يسمى وضع تشغيل الترانزستور هذا بالتضخيم أو الخطي.

تشغيل الترانزستور في وضع تضخيم الإشارة

تتكون جميع المعدات الإلكترونية الحديثة تقريبًا من دوائر دقيقة يتم فيها "إخفاء" الترانزستورات. ويكفي ببساطة تحديد وضع مضخم التشغيل للحصول على الكسب أو عرض النطاق الترددي المطلوب. ولكن على الرغم من ذلك، غالبا ما يتم استخدام الشلالات على الترانزستورات المنفصلة ("المتناثرة")، وبالتالي فإن فهم تشغيل مرحلة مكبر الصوت ضروري ببساطة.

الاتصال الأكثر شيوعًا للترانزستور مقارنةً بـ OK وOB هو دائرة الباعث المشترك (CE). سبب هذا الانتشار هو، أولا وقبل كل شيء، الجهد العالي والكسب الحالي. يتم تحقيق أعلى ربح لسلسلة OE عندما ينخفض ​​نصف جهد مصدر الطاقة Epit/2 عند حمل المجمع. وبناء على ذلك يقع النصف الثاني في قسم K-E من الترانزستور. يتم تحقيق ذلك من خلال إعداد السلسلة، والتي سيتم مناقشتها أدناه. يسمى وضع التضخيم هذا بالفئة أ.

عندما يتم تشغيل الترانزستور OE، تكون إشارة الخرج عند المجمع خارج الطور مع الإدخال. من بين العيوب، يمكن ملاحظة أن مقاومة دخل OE صغيرة (لا تزيد عن بضع مئات من الأوم)، ومقاومة الخرج في حدود عشرات الكيلو أوم.

إذا كان الترانزستور في وضع التبديل يتميز بكسب تيار في وضع الإشارة الكبيرة β، فإنه في وضع التضخيم يتم استخدام "الكسب الحالي في وضع الإشارة الصغيرة"، المعين بـ h21e في الكتب المرجعية. يأتي هذا التصنيف من تمثيل الترانزستور كشبكة ذات أربع أطراف. يشير الحرف "e" إلى أن القياسات تم إجراؤها عند تشغيل الترانزستور ذي الباعث المشترك.

المعامل h21e، كقاعدة عامة، أكبر قليلاً من β، على الرغم من أنه يمكن استخدامه أيضًا في الحسابات كتقريب أولي. ومع ذلك، فإن انتشار المعلمات β وh21e كبير جدًا حتى بالنسبة لنوع واحد من الترانزستورات، بحيث تكون الحسابات تقريبية فقط. بعد هذه الحسابات، كقاعدة عامة، مطلوب تكوين الدائرة.

يعتمد كسب الترانزستور على سمك القاعدة، لذلك لا يمكن تغييره. ومن هنا الانتشار الكبير في كسب الترانزستورات المأخوذة حتى من نفس الصندوق (اقرأ دفعة واحدة). بالنسبة للترانزستورات منخفضة الطاقة، يتراوح هذا المعامل من 100...1000، وللترانزستورات عالية الطاقة 5...200. كلما كانت القاعدة أرق، كلما ارتفع المعامل.

تظهر أبسط دائرة لتشغيل ترانزستور OE في الشكل 5. وهذه مجرد قطعة صغيرة من الشكل 2، كما هو موضح في الجزء الثاني من المقالة. يُسمى هذا النوع من الدوائر بدائرة تيار القاعدة الثابتة.

الشكل 5.

المخطط بسيط للغاية. يتم تغذية إشارة الدخل إلى قاعدة الترانزستور من خلال مكثف الاقتران C1، وبعد تضخيمها، تتم إزالتها من مجمع الترانزستور من خلال المكثف C2. الغرض من المكثفات هو حماية دوائر الإدخال من المكون الثابت لإشارة الإدخال (فقط تذكر ميكروفون الكربون أو الإلكتريت) وتوفير النطاق الترددي المتتالي اللازم.

المقاوم R2 هو حمل المجمع للسلسلة، ويوفر R1 انحيازًا ثابتًا للقاعدة. باستخدام هذا المقاوم، يحاولون التأكد من أن الجهد الكهربي عند المجمع هو Epit/2. تسمى هذه الحالة بنقطة تشغيل الترانزستور، وفي هذه الحالة يكون كسب الشلال هو الحد الأقصى.

يمكن تحديد مقاومة المقاوم R1 تقريبًا بالصيغة البسيطة R1 ≈ R2 * h21e / 1.5...1.8. يتم ضبط المعامل 1.5...1.8 اعتمادًا على جهد الإمداد: عند الجهد المنخفض (لا يزيد عن 9 فولت) لا تزيد قيمة المعامل عن 1.5، وتبدأ من 50 فولت وتقترب من 1.8...2.0. ولكن، في الواقع، الصيغة تقريبية جدًا لدرجة أنه يجب في أغلب الأحيان تحديد المقاوم R1، وإلا فلن يتم الحصول على القيمة المطلوبة لـ Epit/2 عند المجمع.

يتم تحديد المقاوم المجمع R2 كشرط للمشكلة، حيث أن تيار المجمع وكسب الشلال ككل يعتمدان على قيمته: كلما زادت مقاومة المقاوم R2، زاد الكسب. لكن عليك أن تكون حذراً مع هذه المقاومة؛ حيث يجب أن يكون تيار المجمع أقل من الحد الأقصى المسموح به لهذا النوع من الترانزستور.

الدائرة بسيطة للغاية، لكن هذه البساطة تعطيها أيضًا خصائص سلبية، وعليك أن تدفع ثمن هذه البساطة. أولا، يعتمد كسب الشلال على المثيل المحدد للترانزستور: إذا قمت باستبدال الترانزستور أثناء الإصلاح، فحدد الانحياز مرة أخرى، وقم بإحضاره إلى نقطة التشغيل.

ثانيا، يعتمد ذلك على درجة الحرارة المحيطة - مع زيادة درجة الحرارة، يزيد تيار المجمع العكسي إيكو، مما يؤدي إلى زيادة تيار المجمع. وأين يوجد إذن نصف جهد الإمداد عند المجمع Epit/2، نفس نقطة التشغيل؟ نتيجة لذلك، يتم تسخين الترانزستور أكثر، وبعد ذلك يفشل. للتخلص من هذا الاعتماد، أو على الأقل تقليله إلى الحد الأدنى، يتم إدخال عناصر ردود فعل سلبية إضافية - OOS - في سلسلة الترانزستور.

يوضح الشكل 6 دائرة ذات جهد متحيز ثابت.

الشكل 6.

يبدو أن مقسم الجهد Rb-k، Rb-e سيوفر التحيز الأولي المطلوب للشلال، ولكن في الواقع، مثل هذا الشلال لديه كل عيوب الدائرة ذات التيار الثابت. وبالتالي، فإن الدائرة الموضحة هي مجرد نسخة مختلفة من دائرة التيار الثابت الموضحة في الشكل 5.

دوائر استقرار درجة الحرارة

يكون الوضع أفضل إلى حد ما عند استخدام الدوائر الموضحة في الشكل 7.

الشكل 7.

في دائرة استقرار المجمع، لا يتم توصيل المقاوم المتحيز R1 بمصدر الطاقة، ولكن بمجمع الترانزستور. في هذه الحالة، إذا زاد التيار العكسي مع زيادة درجة الحرارة، ينفتح الترانزستور بقوة أكبر، وينخفض ​​الجهد الموجود على المجمع. يؤدي هذا التخفيض إلى انخفاض في جهد التحيز الذي يتم توفيره للقاعدة من خلال R1. يبدأ الترانزستور في الإغلاق، وينخفض ​​تيار المجمع إلى قيمة مقبولة، ويتم استعادة موضع نقطة التشغيل.

ومن الواضح تماما أن مثل هذا الإجراء لتحقيق الاستقرار يؤدي إلى بعض الانخفاض في مكاسب الشلال، ولكن هذا لا يهم. عادة ما تتم إضافة الكسب المفقود عن طريق زيادة عدد مراحل التضخيم. لكن هذه الحماية البيئية تسمح لك بتوسيع نطاق درجات حرارة تشغيل الشلال بشكل كبير.

يعد تصميم الدائرة المتتالية مع تثبيت الباعث أكثر تعقيدًا إلى حد ما. تظل خصائص التضخيم لهذه الشلالات دون تغيير على مدى درجة حرارة أوسع من تلك الخاصة بدائرة مثبتة بالمجمع. وهناك ميزة أخرى لا يمكن إنكارها وهي أنه عند استبدال الترانزستور، لا يتعين عليك إعادة تحديد أوضاع التشغيل للسلسلة.

كما أن مقاوم الباعث R4، الذي يوفر استقرار درجة الحرارة، يقلل أيضًا من كسب السلسلة. هذا بالنسبة للعاصمة. من أجل القضاء على تأثير المقاوم R4 على تضخيم التيار المتردد، يتم تحويل المقاوم R4 بواسطة مكثف Ce، والذي يمثل مقاومة ضئيلة للتيار المتردد. يتم تحديد قيمته من خلال نطاق تردد مكبر الصوت. إذا كانت هذه الترددات تقع في نطاق الصوت، فيمكن أن تكون سعة المكثف من وحدات إلى عشرات وحتى مئات الميكروفاراد. بالنسبة للترددات الراديوية، يكون هذا بالفعل جزءًا من مائة أو جزء من الألف، ولكن في بعض الحالات تعمل الدائرة بشكل جيد بدون هذا المكثف.

من أجل فهم أفضل لكيفية عمل تثبيت الباعث، نحتاج إلى النظر في دائرة اتصال الترانزستور مع المجمع المشترك.

يظهر الشكل 8 دائرة ذات مجمع مشترك (OC). هذه الدائرة هي جزء من الشكل 2، من الجزء الثاني من المقالة، والذي يوضح الدوائر الثلاث لتوصيل الترانزستورات.

الشكل 8.

حمل الشلال هو مقاوم الباعث R2، ويتم توفير إشارة الدخل من خلال المكثف C1، وتتم إزالة إشارة الخرج من خلال المكثف C2. هنا يمكنك أن تسأل لماذا يسمى هذا المخطط موافق؟ بعد كل شيء، إذا كنت تتذكر دائرة OE، فيمكنك أن ترى بوضوح أن الباعث متصل بالسلك المشترك للدائرة، بالنسبة إلى إشارة الإدخال التي يتم توفيرها وإزالة إشارة الإخراج.

في الدائرة OK، يتم توصيل المجمع ببساطة بمصدر الطاقة، وللوهلة الأولى يبدو أنه لا علاقة له بإشارات الإدخال والإخراج. ولكن في الواقع، يتمتع مصدر EMF (البطارية) بمقاومة داخلية صغيرة جدًا؛ بالنسبة للإشارة، فهي نقطة واحدة تقريبًا، نفس جهة الاتصال.

يمكن فحص تشغيل الدائرة OK بمزيد من التفصيل في الشكل 9.

الشكل 9.

من المعروف أنه بالنسبة لترانزستورات السيليكون، يكون جهد الانتقال b-e في حدود 0.5...0.7 فولت، لذا يمكنك أن تأخذه في المتوسط ​​0.6 فولت، إذا لم تقم بإجراء حسابات بدقة أعشار أ. نسبه مئويه. لذلك، كما هو موضح في الشكل 9، سيكون جهد الخرج دائمًا أقل من جهد الدخل بقيمة Ub-e، أي بنفس 0.6V. على عكس دائرة OE، فإن هذه الدائرة لا تعكس إشارة الدخل، بل تكررها ببساطة، بل وتقللها بمقدار 0.6 فولت. وتسمى هذه الدائرة أيضًا تابع باعث. لماذا هناك حاجة لمثل هذا المخطط وما هي فائدته؟

تعمل دائرة OK على تضخيم الإشارة الحالية بمقدار h21e مرة، مما يشير إلى أن مقاومة الدخل للدائرة أكبر بمقدار h21e مرة من المقاومة في دائرة الباعث. بمعنى آخر، دون خوف من حرق الترانزستور، يمكنك توصيل الجهد مباشرة إلى القاعدة (بدون مقاومة محددة). ما عليك سوى أخذ الدبوس الأساسي وتوصيله بحافلة الطاقة +U.

تسمح لك معاوقة الإدخال العالية بتوصيل مصدر إدخال ذي مقاومة عالية (مقاومة)، مثل الالتقاط الكهرضغطي. إذا كان هذا الالتقاط متصلاً بسلسلة وفقًا لدائرة OE، فإن مقاومة الإدخال المنخفضة لهذه المرحلة ستقوم ببساطة "بزرع" إشارة الالتقاط - "لن يتم تشغيل الراديو".

السمة المميزة لدائرة OK هي أن تيار المجمع Ik الخاص بها يعتمد فقط على مقاومة الحمل وجهد مصدر إشارة الدخل. في هذه الحالة، لا تلعب معلمات الترانزستور أي دور هنا على الإطلاق. ويقال إن مثل هذه الدوائر مغطاة بتغذية راجعة للجهد بنسبة 100%.

كما هو مبين في الشكل 9، التيار في حمل الباعث (المعروف أيضًا باسم تيار الباعث) Iн = Iк + Ib. مع الأخذ في الاعتبار أن تيار القاعدة Ib لا يكاد يذكر مقارنة بتيار المجمع Ik، يمكننا أن نفترض أن تيار الحمل يساوي تيار المجمع Il = Ik. التيار في الحمل سيكون (Uin - Ube)/Rn. في هذه الحالة، سنفترض أن Ube معروف ويساوي دائمًا 0.6V.

ويترتب على ذلك أن تيار المجمع Ik = (Uin - Ube)/Rn يعتمد فقط على جهد الدخل ومقاومة الحمل. يمكن تغيير مقاومة الحمل ضمن حدود واسعة، ولكن ليس من الضروري أن تكون متحمسًا بشكل خاص. بعد كل شيء، إذا وضعت مسمارا بدلا من Rn - مائة متر مربع، فلن يتحمله أي ترانزستور!

تسهل دائرة OK قياس معامل نقل التيار الثابت h21e. كيفية القيام بذلك موضحة في الشكل 10.

الشكل 10.

أولاً، يجب قياس تيار الحمل كما هو موضح في الشكل 10أ. وفي هذه الحالة، لا يلزم توصيل قاعدة الترانزستور في أي مكان، كما هو موضح في الشكل. بعد ذلك، يتم قياس التيار الأساسي وفقًا للشكل 10ب. وفي كلتا الحالتين، يجب إجراء القياسات بنفس الكميات: إما بالأمبير أو المللي أمبير. يجب أن يظل جهد مصدر الطاقة والحمل كما هو لكلا القياسين. لمعرفة معامل نقل التيار الثابت، يكفي تقسيم تيار الحمل على تيار القاعدة: h21e ≈ In/Ib.

تجدر الإشارة إلى أنه مع زيادة الحمل، ينخفض ​​\u200b\u200bالتيار h21e قليلاً، ومع زيادة جهد الإمداد، يزداد. غالبًا ما يتم بناء أتباع الباعث في دائرة دفع وسحب باستخدام أزواج تكميلية من الترانزستورات، مما يزيد من طاقة خرج الجهاز. يظهر مثل هذا التابع للباعث في الشكل 11.

الشكل 11.

الشكل 12.

تشغيل الترانزستورات وفقًا لدائرة ذات قاعدة OB مشتركة

توفر هذه الدائرة كسبًا للجهد فقط، ولكنها تتمتع بخصائص تردد أفضل مقارنة بدائرة OE: يمكن أن تعمل نفس الترانزستورات بترددات أعلى. التطبيق الرئيسي لدائرة OB هو مضخمات الهوائي لنطاقات UHF. تظهر دائرة مضخم الهوائي في الشكل 12.

يظهر مخطط الاتصال لترانزستور ثنائي القطب مع باعث مشترك في الشكل 5.15:

ستختلف خصائص الترانزستور في هذا الوضع عن خصائص الوضع الأساسي المشترك. في الترانزستور المتصل بدائرة مع باعث مشترك، هناك تضخيم ليس فقط في الجهد، ولكن أيضًا في التيار. ستكون معلمات الإدخال لدائرة ذات باعث مشترك هي التيار الأساسي I b وجهد المجمع U k، وستكون خصائص الخرج هي تيار المجمع I k وجهد الباعث U e.

في السابق، عند تحليل ترانزستور ثنائي القطب في دائرة ذات قاعدة مشتركة، تم الحصول على العلاقة بين تيار المجمع وتيار الباعث بالشكل التالي:

في دائرة باعث مشترك (وفقًا لقانون كيرشوف الأول).

وبعد إعادة ترتيب العوامل نحصل على: (5.30)

أرز. 5.15. دائرة توصيل ترانزستور بباعث مشترك

يوضح المعامل α/(1-α) قبل العامل Ib كيف يتغير تيار المجمع Ik مع تغير الوحدة في التيار الأساسي Ib. ويسمى الكسب الحالي للترانزستور ثنائي القطب في دائرة باعث مشترك. دعونا نشير إلى هذا المعامل بـ β.

نظرًا لأن معامل النقل α قريب من الوحدة (α< 1), то из уравнения (5.31) следует, что коэффициент усиления β будет существенно больше единицы (β >> 1). مع قيم معامل النقل α = 0.98÷0.99، سيكون الكسب في النطاق β = 50÷100.

مع الأخذ في الاعتبار (5.31)، وكذلك I k0 * = I k0 /(1-α)، يمكن إعادة كتابة التعبير (5.30) على النحو التالي:

(5.32)

حيث I k0 * = (1+β)I k0 هو التيار الحراري لوصلة p-n واحدة، وهو أكبر بكثير من التيار الحراري للمجمع I k0، ويتم تعريف قيمة r k كـ r k * = r k /( 1+β).

بتفاضل المعادلة (5.32) بالنسبة لتيار القاعدة I b نحصل على β = ΔI k /ΔI b. ويترتب على ذلك أن الكسب β يوضح عدد المرات التي يتغير فيها تيار المجمع I k عندما يتغير التيار الأساسي I b.

لتوصيف قيمة β كدالة لمعلمات الترانزستور ثنائي القطب، تذكر أن معامل نقل تيار الباعث يتم تعريفه على أنه α = γ·κ، حيث لذلك، . بالنسبة للقيمة β تم الحصول على القيمة التالية: β = α/(1-α). لأن ث/ل<< 1, а γ ≈ 1, получаем:

(5.33)

يوضح الشكل 5.16أ خصائص الجهد الحالي للترانزستور ثنائي القطب المتصل في دائرة مع باعث مشترك مع التيار الأساسي كمعلمة للمنحنيات. وبمقارنة هذه الخصائص مع الخصائص المماثلة للترانزستور ثنائي القطب في دائرة ذات قاعدة مشتركة، يمكن للمرء أن يرى أنها متشابهة من الناحية النوعية.

دعونا نحلل لماذا تسبب التغييرات الصغيرة في تيار القاعدة I b تغييرات كبيرة في تيار المجمع I c. قيمة المعامل β، أكبر بكثير من الوحدة، تعني أن معامل النقل α قريب من الوحدة. في هذه الحالة، يكون تيار المجمع قريبًا من تيار الباعث، والتيار الأساسي (بحكم طبيعته الفيزيائية، إعادة التركيب) أقل بكثير من تيار المجمع والباعث. عندما يكون المعامل α = 0.99، من أصل 100 فتحة يتم حقنها من خلال وصلة الباعث، يتم استخراج 99 من خلال وصلة المجمع، وسيتحد ثقب واحد فقط مع الإلكترونات الموجودة في القاعدة ويساهم في تيار القاعدة.

أرز. 5.16. خصائص الجهد الحالي للترانزستور ثنائي القطب KT215V المتصل عبر دائرة ذات باعث مشترك: أ) خصائص الإدخال ؛ ب) خصائص الإخراج

سيؤدي مضاعفة التيار الأساسي (يجب إعادة تجميع الفتحتين) إلى ضعف الحقن من خلال وصلة الباعث (يجب حقن 200 فتحة)، وبالتالي الاستخراج من خلال وصلة المجمع (يتم استخراج 198 فتحة). وبالتالي، فإن التغيير الطفيف في تيار القاعدة، على سبيل المثال من 5 إلى 10 ميكرو أمبير، يسبب تغييرات كبيرة في تيار المجمع، على التوالي من 500 ميكرو أمبير إلى 1000 ميكرو أمبير.

يتم تضمين الترانزستور في الدائرة بحيث يكون أحد طرفيه هو الإدخال، والثاني هو الإخراج، والثالث مشترك في دوائر الإدخال والإخراج. اعتمادًا على القطب الكهربائي الشائع، هناك ثلاث دوائر تبديل للترانزستور: OB وOE وOK. بالنسبة للترانزستور n-p-n في دوائر التبديل، يتغير فقط قطبية الفولتية واتجاه التيارات. بالنسبة لأي دائرة تبديل ترانزستور، يجب اختيار قطبية مصادر الطاقة بحيث يتم تشغيل وصلة الباعث في الاتجاه الأمامي، ووصلة المجمع في الاتجاه المعاكس.

الخصائص الساكنة للترانزستورات ثنائية القطب

الوضع الثابت لتشغيل الترانزستور هو الوضع عندما لا يكون هناك حمل في دائرة الخرج.

الخصائص الثابتة للترانزستورات هي التبعيات المعبر عنها بيانياً للجهد والتيار لدائرة الإدخال (خصائص جهد تيار الإدخال) ودائرة الخرج (خصائص جهد تيار الخرج). يعتمد نوع الخصائص على طريقة تشغيل الترانزستور.

خصائص الترانزستور المتصل حسب الدائرة

IE = f(UEB) مع UKB = const (a).

IK = f(UKB) مع IE = const (b).

الخصائص الثابتة للترانزستور ثنائي القطب المتصل وفقًا لدائرة OB. خصائص الجهد الحالي الناتج لها ثلاث مجالات مميزة: 1 - الاعتماد القوي لـ Ik على UCB؛ 2 - ضعف اعتماد Ik على UKB؛ 3- انهيار تقاطع المجمع. من سمات الخصائص في المنطقة 2 زيادتها الطفيفة مع زيادة جهد UKB.

خصائص الترانزستور المتصل حسب دائرة OE:

خاصية الإدخال هي الاعتماد:

IB = f(UBE) مع UKE = const (b).

خاصية الإخراج هي الاعتماد:

IK = f(UKE) مع IB = const (a).

وضعية تشغيل الترانزستور ثنائي القطب

يمكن أن يعمل الترانزستور في ثلاثة أوضاع اعتمادًا على الجهد عند تقاطعاته. عند التشغيل في الوضع النشط، يكون الجهد عند تقاطع الباعث مباشرًا، وعند تقاطع المجمع يكون عكسيًا.

يتم تحقيق وضع القطع أو الحجب من خلال تطبيق جهد عكسي على كلا الوصلتين (كلا الوصلتين p-n مغلقتان).

إذا كان الجهد عند كلا الوصلتين مباشرًا (كلا الوصلتين p-n مفتوحتين)، فإن الترانزستور يعمل في وضع التشبع. في وضع القطع ووضع التشبع، لا يوجد تقريبًا أي تحكم في الترانزستور. في الوضع النشط، يتم تنفيذ هذا التحكم بكفاءة أكبر، ويمكن للترانزستور أداء وظائف العنصر النشط في الدائرة الكهربائية - التضخيم والتوليد.

مرحلة مضخم الترانزستور ثنائي القطب

الدائرة الأكثر استخدامًا هي دائرة تبديل الترانزستور مع باعث مشترك. العناصر الرئيسية للدائرة هي مصدر الطاقة Ek، والعنصر المتحكم فيه - الترانزستور VT والمقاوم Rk. تشكل هذه العناصر دائرة الخرج لمرحلة مكبر الصوت، حيث يتم إنشاء جهد متناوب مضخم عند خرج الدائرة بسبب تدفق التيار المتحكم فيه. تلعب العناصر الأخرى للدائرة دورًا داعمًا. Capacitor Cp هو مكثف فصل. في حالة عدم وجود هذا المكثف في دائرة مصدر إشارة الدخل، سيتم إنشاء تيار مباشر من مصدر الطاقة Ek.

يضمن المقاوم RB، الموجود في الدائرة الأساسية، تشغيل الترانزستور في حالة عدم وجود إشارة دخل. يتم ضمان الوضع الهادئ بواسطة تيار القاعدة الهادئ IB = Ek/RB. باستخدام المقاوم Rk، يتم إنشاء جهد الخرج. يؤدي Rк وظيفة إنشاء جهد متفاوت في دائرة الخرج بسبب تدفق التيار فيه، والذي يتم التحكم فيه من خلال الدائرة الأساسية.

بالنسبة لدائرة المجمع في مرحلة المضخم يمكننا كتابة معادلة الحالة الكهربائية التالية:

إيك = أوك + إيكرك،

إن مجموع انخفاض الجهد عبر المقاوم Rk وجهد المجمع والباعث Uke للترانزستور يساوي دائمًا قيمة ثابتة - emf لمصدر الطاقة Ek.

تعتمد عملية التضخيم على تحويل طاقة مصدر الجهد الثابت Ek إلى طاقة جهد متناوب في دائرة الخرج عن طريق تغيير مقاومة العنصر المتحكم فيه (الترانزستور) وفقًا للقانون المحدد بإشارة الدخل.

5) ما هو ترانزستور التأثير الميداني؟ ما هي الأنواع الموجودة؟

ترانزستور التأثير الميداني (FET) هو جهاز شبه موصل يتم فيه إعادة -

يتم التنظيم الحالي عن طريق تغيير موصلية الموصل

قناة باستخدام مجال كهربائي عرضي. على عكس ثنائي القطب

يتم تحديد تيار ترانزستور التأثير الميداني من خلال تدفق الموجات الحاملة الرئيسية.

تسمى أقطاب ترانزستور التأثير الميداني بالمصدر (I) والصرف (C) و

مصراع (3). يتم تطبيق جهد التحكم بين البوابة والبوابة

صدمة كهربائية تعتمد موصلية القناة على الجهد بين البوابة والمصدر.

لا، وبالتالي، حجم التيار. وبالتالي، يمكن أن يكون الترانزستور ذو التأثير الميداني

اعتبره مصدرًا حاليًا يتم التحكم فيه بواسطة جهد مصدر البوابة. الاتحاد الأوروبي-

ما إذا كان سعة التغيير في إشارة التحكم كبيرة بما فيه الكفاية، والمقاومة

يمكن أن يختلف موضع القناة ضمن حدود واسعة جدًا. في هذه الحالة المجال

يمكن استخدام الترانزستور كمفتاح إلكتروني.

حسب التصميم، يمكن تقسيم الترانزستورات ذات التأثير الميداني إلى مجموعتين:

مع تقاطع التحكم p – n؛

ببوابة معدنية معزولة عن القناة بمادة عازلة.

الترانزستورات من النوع الثاني تسمى ترانزستورات MOS (معدنية -

عازل - أشباه الموصلات). في معظم الحالات، يكون العازل كهربائيا

ثاني أكسيد السيليكون SiO2، وهذا هو سبب استخدام اسم MOS عادةً

الترانزستورات (معدن – أكسيد – أشباه الموصلات). في MOS الحديثة-

في الترانزستورات، غالبا ما يستخدم الكريستالات لصنع البوابة.

السيليكون. ومع ذلك، يتم استخدام اسم ترانزستور MOS أيضًا لمثل هذه الأجهزة.

يمكن أن تكون موصلية قناة الترانزستور ذات التأثير الميداني إلكترونية

أو حفرة. إذا كانت القناة لديها الموصلية الإلكترونية، ثم الترانزستور

تسمى قناة n الترانزستورات ذات القنوات ذات الفتحات المؤيدة

تسمى الموصلية بالقناة p. في الترانزستورات MOS، يمكن أن تكون القناة

المنضب في الناقلات أو المخصب فيها. ومن هنا جاء مفهوم "المجال".

"الترانزستور" يجمع بين ستة أنواع مختلفة من أجهزة أشباه الموصلات -

تستخدم الدوائر المتكاملة منخفضة المقاومة (MOSFET) على نطاق واسع في الأجهزة الكهربائية الحديثة

نيك. في عدد من المجالات، بما في ذلك الإلكترونيات الرقمية، فهي تكاد تكون كاملة

وقد تم استبدالها بالترانزستورات ثنائية القطب. ويوضح ذلك ما يلي في -229

صفوف. أولاً، تتمتع ترانزستورات التأثير الميداني بمقاومة عالية للمدخلات

نشوئها وضمان انخفاض استهلاك الطاقة. ثانيا، الدوائر المتكاملة منخفضة المقاومة (MOSFETs).

تشغل مساحة أصغر بكثير على شريحة الدائرة المتكاملة،

من ثنائي القطب. وبالتالي كثافة ترتيب العناصر في MOS

الدوائر المتكاملة أعلى من ذلك بكثير. ثالثا، تكنولوجيا الإنتاج

تتطلب الدوائر المتكاملة المعتمدة على ترانزستورات MOS عمليات أقل،

من تقنيات التصنيع IC على أساس الترانزستورات ثنائية القطب.

6) ما هو ثنائي الزينر؟ اشرح كيف يعمل. ارسم خصائص الجهد الحالي.

ثنائيات زينر هي ثنائيات من أشباه الموصلات تستخدم خاصية التفرع العكسي لخاصية جهد التيار في منطقة الانهيار لتتغير عبر نطاق واسع من تغيرات التيار مع انحراف جهد صغير نسبياً. تستخدم هذه الخاصية على نطاق واسع في إنشاء أجهزة خاصة - مثبتات الجهد.

يعتمد جهد الانهيار لثنائي الزينر على العرض ص-ن-الانتقال، والذي يتحدد بمقاومة مادة أشباه الموصلات. لذلك، هناك اعتماد معين لجهد الانهيار (أي جهد التثبيت) على تركيز الشوائب.

تصنع ثنائيات زينر ذات الجهد المنخفض على أساس السيليكون المخدر بشدة. عرض ص-ن-الانتقال في هذه الحالة يكون صغيرا جدا، وقوة المجال الكهربائي للحاجز المحتمل عالية جدا، مما يخلق الظروف الملائمة لحدوث انهيار النفق. مع عرض كبير ص-ن- الانهيار الانتقالي ذو طبيعة جليدية.

تظهر خاصية الجهد الحالي لثنائي الزينر في الشكل. 6.1 يجب ألا يتجاوز تيار التشغيل لثنائي الزينر (التيار العكسي) الحد الأقصى المسموح به لتجنب ارتفاع درجة حرارة هيكل أشباه الموصلات والفشل.

أرز. 6.1. تصميم السكن (أ) وخصائص الجهد الحالي والتسمية الرسومية الرمزية لثنائي الزينر

السمة الأساسية لثنائي الزينر هي اعتماد جهد التثبيت على درجة الحرارة. في أشباه الموصلات المشبعة بشدة، يزداد احتمال انهيار النفق مع زيادة درجة الحرارة. لذلك، فإن جهد التثبيت لثنائيات الزينر هذه يتناقص عند تسخينها، أي أنها تحتوي على معامل درجة حرارة سلبي لجهد التثبيت (TCV)

.

في أشباه الموصلات المخدرة بشكل خفيف، مع زيادة درجة الحرارة، ينخفض ​​متوسط ​​المسار الحر للحامل، مما يؤدي إلى زيادة في جهد العتبة الذي يبدأ عنده انهيار الانهيار الجليدي. تحتوي ثنائيات الزينر هذه على TKN إيجابي. (الشكل 6.2).

أرز. 6.2. الاعتماد على درجة الحرارة لخاصية الجهد الحالي لثنائي الزينر

للتخلص من هذا العيب وإنشاء ثنائيات زينر معوضة بدرجة الحرارة، يتم توصيل الثنائيات التقليدية في الاتجاه الأمامي على التوالي مع دائرة دايود الزينر. كما هو معروف، بالنسبة للثنائيات التقليدية في الاتجاه الأمامي، يكون انخفاض الجهد ص-ن- يتناقص الانتقال عند تسخينه. وإذا قمت بتشغيل الثنائيات في الاتجاه الأمامي بالتسلسل مع الصمام الثنائي زينر (الشكل 6.3) ، حيث (هو التغيير في انخفاض الجهد الأمامي عبر الصمام الثنائي عند تسخين الصمام الثنائي) ، فيمكنك التعويض بالكامل تقريبًا الخطأ في درجة حرارة الصمام الثنائي الزينر.

أرز. 6.3. زينر ديود التعويض الحراري

المعالم الرئيسية لثنائيات الزينر:

المعلمات الحدية لثنائيات الزينر: