Npn transistorer

Den første bipolære forbindelsestransistor blev opfundet i 1947 på Bell-laboratorier. "To polariteter" forkortes som bipolar, deraf navnet Bipolar junction transistor. BJT er en tre terminal enhed med Collector (C), Base (B) og Emitter (E). At identificere terminalerne på en transistor kræver pin-diagrammet for en bestemt BJT-del, det vil være tilgængeligt i databladet. Der er to typer BJT - NPN- og PNP-transistorer. I denne vejledning vil vi tale om NPN-transistorer. Lad os overveje de to eksempler på NPN-transistorer - BC547A og PN2222A, vist på billederne ovenfor.

Baseret på fabrikationsprocessen ændres pin-konfigurationen, og detaljerne vil være tilgængelige i det tilsvarende datablad. Da transistorens effektklasse øges, skal den nødvendige køleplade fastgøres til transistorens krop. En upartisk transistor eller en transistor uden potentialet på terminalerne svarer til to dioder, der er tilsluttet back-to-back som vist i figuren nedenfor.

Dioden D1 har en omvendt ledende egenskab baseret på den fremadgående ledning af dioden D2. Når en strøm strømmer gennem dioden D2, registrerer dioden D1 strømmen, og en proportional strøm får lov til at strømme i omvendt retning fra kollektorterminal til emitterterminal forudsat at et højere potentiale tilføres ved kollektorterminalen. Den proportionelle konstant er gevinsten (β).

Arbejde med NPN-transistorer:

Som diskuteret ovenfor er transistoren en strømstyret anordning, der har to udtømningslag med specifikt barrierepotentiale, der kræves for at diffundere udtømningslaget. Barrierepotentialet for en siliciumtransistor er 0,7V ved 25 ° C og 0,3V ved 25 ° C for en germaniumtransistor. For det meste er den almindelige anvendte type transistor siliciumtype, fordi silicium er det mest rigelige element på jorden efter ilt.

Intern betjening:

Den konstruktion af npn transistor er, at samler og emitterområderne er doteret med n-type materiale og basisområdet er doteret med lille lag af p-type materiale. Emitterregionen er stærkt dopet sammenlignet med samlerregionen. Disse tre regioner danner to kryds. De er collector-base junction (CB) og base-emitter junction.

Når en potentiel VBE påføres over Base-Emitter-krydset, der stiger fra 0V, begynder elektronerne og hullerne at akkumulere ved udtømningsområdet. Når potentialet stiger over 0,7 V, nås barrierespændingen, og diffusionen opstår. Derfor strømmer elektronerne mod den positive terminal, og basisstrømmen (IB) er modsat elektronstrømmen. Desuden begynder strømmen fra kollektor til emitter at strømme, forudsat at spændingen VCE tilføres på kollektorterminalen. Transistoren kan fungere som en switch og en forstærker.

Driftsområde versus driftsform:

1. Aktiv region, IC = β × IB - Forstærkerfunktion

2. Mætningsregion, IC = Mætningsstrøm - Omskifterfunktion (helt tændt)

3. Afskæringsområde, IC = 0 - Drift af kontakten (helt OFF)

Transistor som afbryder:

For at forklare med en PSPICE-model er BC547A valgt. Den første vigtige ting at huske på at bruge en strømbegrænsende modstand ved basen. Højere basisstrømme vil beskadige en BJT. Fra databladet er den maksimale kollektorstrøm 100mA, og den tilsvarende forstærkning (hFE eller β) er givet.

Trin til valg af komponenter, 1. Find samlerstrøm wiz den strøm, der forbruges af din belastning. I dette tilfælde vil det være 60mA (relæspole eller parallelle lysdioder) og modstand = 200 ohm.

2. For at køre transistoren i mætningstilstand skal der tilføres tilstrækkelig basisstrøm, så transistoren er helt TIL. Beregning af basisstrømmen og den tilsvarende modstand, der skal bruges.

For fuldstændig mætning tilnærmes basisstrømmen til 0,6 mA (ikke for høj eller for lav). Således nedenfor er kredsløbet med 0V til base, hvor kontakten er OFF-tilstand.

a) PSPICE-simulering af BJT som switch, og b) tilsvarende switch-tilstand

Teoretisk er kontakten helt åben, men praktisk taget kan der ses en lækstrøm. Denne strøm er ubetydelig, da de er i pA eller nA. For bedre forståelse af strømstyring kan en transistor betragtes som en variabel modstand på tværs af kollektor (C) og emitter (E), hvis modstand varierer baseret på strømmen gennem basen (B).

Oprindeligt når der ikke strømmer strøm gennem basen, er modstanden over CE meget høj, så der ikke strømmer strøm gennem den. Når et potentiale på 0,7 V og derover anvendes ved baseterminalen, diffunderer BE-krydset og får CB-krydset til at diffundere. Nu strømmer strøm fra kollektor til emitter baseret på gevinsten.

a) PSPICE-simulering af BJT som switch, og b) tilsvarende switch-tilstand

Lad os nu se, hvordan man styrer udgangsstrømmen ved at kontrollere basisstrømmen. I betragtning af IC = 42mA og efter samme formel ovenfor får vi IB = 0,35mA; RB = 14,28kOhms ≈ 15kOhms.

a) PSPICE-simulering af BJT som switch, og b) tilsvarende switch-tilstand

Variationen af ​​praktisk værdi fra beregnet værdi skyldes spændingsfaldet over transistoren og den modstandsbelastning, der anvendes.

Transistor som forstærker:

Forstærkning er konvertering af et svagt signal til brugbar form. Processen med forstærkning har været et vigtigt skridt i mange applikationer som trådløse transmitterede signaler, trådløse modtagne signaler, Mp3-afspillere, mobiltelefoner osv., Transistoren kan forstærke strøm, spænding og strøm ved forskellige konfigurationer.

Nogle af de konfigurationer, der bruges i forstærkerkredsløb, er

1. Almindelig emitterforstærker
2. Fælles samlerforstærker
3. Fælles basisforstærker

Af ovenstående typer er almindelig emittertype den populære og mest anvendte konfiguration. Operationen finder sted i aktivt område, enkelt trin fælles emitterforstærker kredsløb er et eksempel på det. Et stabilt DC-bias-punkt og en stabil AC-forstærkning er vigtige i designet af en forstærker. Navnet en-trins forstærker, når der kun bruges en transistor.

Ovenfor er et-trins forstærkerkredsløb, hvor et svagt signal, der påføres ved baseterminalen, konverteres til β gange det aktuelle signal ved kollektorterminalen.

Del formål:

CIN er koblingskondensatoren, der kobler indgangssignalet til transistorens bund. Således isolerer denne kondensator kilden fra transistoren og tillader kun vekselstrømssignal at passere igennem. CE er bypass-kondensatoren, der fungerer som den lave modstandsvej for forstærket signal. COUT er koblingskondensatoren, der kobler udgangssignalet fra transistorens kollektor. Således isolerer denne kondensator output fra transistor og tillader kun vekselstrømssignal at passere igennem. R2 og RE tilvejebringer stabiliteten til forstærkeren, mens R1 og R2 sammen sikrer stabiliteten i DC-forspændingspunktet ved at fungere som en potentiel skillevæg.

Operation:

Kredsløbet fungerer øjeblikkeligt for hvert tidsinterval. Simpelthen for at forstå, når vekselspændingen ved baseterminalen øger den tilsvarende stigning i strømmen gennem emittermodstanden. Denne stigning i emitterstrøm øger således den højere kollektorstrøm, der strømmer gennem transistoren, hvilket reducerer VCE-kollektoremitterfaldet. Tilsvarende når indgangsspændingen reduceres eksponentielt, begynder VCE-spændingen at stige på grund af faldet i emitterstrømmen. Alle disse ændringer i spændinger reflekteres øjeblikkeligt ved udgangen, som vil være den inverterede bølgeform af indgangen, men forstærket.

Egenskaber	Fælles base	Fælles emitter	Fælles samler
Spændingsforøgelse	Høj	Medium	Lav
Nuværende gevinst	Lav	Medium	Høj
Effektforøgelse	Lav	Meget høj	Medium

Tabel: Gevinst sammenligningstabel

Baseret på ovenstående tabel kan den tilsvarende konfiguration bruges.