Tranzistori Npn

Primul tranzistor de joncțiune bipolar a fost inventat în 1947 la laboratoarele Bell. „Două polarități” este prescurtată ca bipolară, de unde și denumirea de tranzistor de joncțiune bipolară. BJT este un dispozitiv cu trei terminale cu colector (C), bază (B) și emițător (E). Identificarea terminalelor unui tranzistor necesită diagrama pin a unei anumite părți BJT, acesta va fi disponibil în foaia tehnică. Există două tipuri de tranzistoare BJT - NPN și PNP. În acest tutorial vom vorbi despre tranzistoarele NPN. Să luăm în considerare cele două exemple de tranzistoare NPN - BC547A și PN2222A, prezentate în imaginile de mai sus.

Pe baza procesului de fabricație, configurația pinului se va modifica și detaliile vor fi disponibile în foaia de date corespunzătoare. Pe măsură ce puterea nominală a tranzistorului crește, radiatorul necesar trebuie să fie atașat la corpul tranzistorului. Un tranzistor imparțial sau un tranzistor fără potențial aplicat la terminale este similar cu două diode conectate spate-în-spate așa cum se arată în figura de mai jos.

Dioda D1 are o proprietate de conducere inversă bazată pe conducerea înainte a diodei D2. Când un curent curge prin dioda D2, dioda D1 detectează curentul și un curent proporțional va fi permis să curgă în direcția inversă de la terminalul colectorului la terminalul emițătorului, cu condiția să se aplice un potențial mai mare la terminalul colectorului. Constanta proporțională este Gain (β).

Funcționarea tranzistoarelor NPN:

Așa cum s-a discutat mai sus, tranzistorul este un dispozitiv controlat de curent care are două straturi de epuizare cu potențial specific de barieră necesar pentru a difuza stratul de epuizare. Potențialul de barieră pentru un tranzistor de siliciu este de 0,7 V la 25 ° C și 0,3 V la 25 ° C pentru un tranzistor de germaniu. În cea mai mare parte, tipul obișnuit de tranzistor utilizat este cel de siliciu, deoarece siliciul este cel mai abundent element de pe pământ după oxigen.

Funcționare internă:

Construcția tranzistor npn este că regiunile emițător și colector sunt dopate cu material de tip n și regiunea de bază este dopat cu un strat mic de material de tip p. Regiunea emițătorului este puternic dopată în comparație cu regiunea colectorului. Aceste trei regiuni formează două joncțiuni. Sunt joncțiunea colector-bază (CB) și joncțiunea bază-emițător.

Când se aplică un potențial VBE pe joncțiunea de bază-emițător crescând de la 0V, electronii și găurile încep să se acumuleze în regiunea de epuizare. Când potențialul crește peste 0,7V, se atinge tensiunea de barieră și apare difuzia. Prin urmare, electronii curg către terminalul pozitiv și curentul de bază (IB) este opus fluxului de electroni. În plus, curentul de la colector la emițător începe să curgă, cu condiția ca tensiunea VCE să fie aplicată la terminalul colectorului. Tranzistorul poate acționa ca un comutator și ca un amplificator.

Regiunea de operare versus modul de operare:

1. Regiune activă, IC = β × IB - Funcționarea amplificatorului

2. Regiunea de saturație, IC = Curentul de saturație - Comutarea operației (complet activat)

3. Regiunea de întrerupere, IC = 0 - Comutarea operației (complet oprit)

Tranzistorul ca comutator:

Pentru a explica cu un PSPICE a fost selectat modelul BC547A. Primul lucru important care trebuie avut în vedere utilizarea unei rezistențe de limitare a curentului la bază. Curenții de bază mai mari vor deteriora un BJT. Din foaia tehnică, curentul maxim al colectorului este de 100mA și este dat câștigul corespunzător (hFE sau β).

Pași pentru selectarea componentelor, 1. Găsiți curentul colectorului cu curentul consumat de încărcarea dvs. În acest caz va fi de 60mA (bobină de releu sau LED-uri paralele) și rezistor = 200 Ohmi.

2. Pentru a conduce tranzistorul în condiții de saturație, trebuie să fie furnizat un curent de bază suficient, astfel încât tranzistorul să fie complet PORNIT. Se calculează curentul de bază și rezistența corespunzătoare care trebuie utilizată.

Pentru o saturație completă, curentul de bază este aproximativ la 0,6mA (Nu prea mare sau prea mic). Astfel, mai jos este circuitul cu 0V la bază în timpul căruia comutatorul este în starea OFF.

a) Simulare PSPICE a BJT ca comutator și b) condiție echivalentă a comutatorului

Teoretic comutatorul este complet deschis, dar practic se poate observa un curent de scurgere. Acest curent este neglijabil deoarece sunt în pA sau nA. Pentru o mai bună înțelegere a controlului curentului, un tranzistor poate fi considerat ca un rezistor variabil între colector (C) și emițător (E) a cărui rezistență variază în funcție de curentul prin bază (B).

Inițial atunci când nu curge curent prin bază, rezistența în CE este foarte mare, încât nu curge curent prin ea. Când se aplică un potențial de 0,7 V și mai mult la terminalul de bază, joncțiunea BE difuzează și determină difuziunea joncțiunii CB. Acum curentul curge de la colector la emițător în funcție de câștig.

a) Simulare PSPICE a BJT ca comutator și b) condiție echivalentă a comutatorului

Acum să vedem cum să controlăm curentul de ieșire controlând curentul de bază. Având în vedere IC = 42mA și urmând aceeași formulă de mai sus, obținem IB = 0,35mA; RB = 14,28 kOhms ≈ 15kOhms.

a) Simulare PSPICE a BJT ca comutator și b) condiție echivalentă a comutatorului

Variația valorii practice față de valoarea calculată se datorează căderii de tensiune a tranzistorului și a sarcinii rezistive utilizate.

Tranzistor ca amplificator:

Amplificarea este convertirea unui semnal slab în formă utilizabilă. Procesul de amplificare a fost un pas important în multe aplicații, cum ar fi semnale transmise fără fir, semnale recepționate fără fir, playere Mp3, telefoane mobile etc., tranzistorul poate amplifica puterea, tensiunea și curentul la diferite configurații.

Unele dintre configurațiile utilizate în circuitele amplificatorului sunt

1. Amplificator comun emițător
2. Amplificator colector comun
3. Amplificator de bază comun

Dintre tipurile de mai sus, tipul de emițător comun este configurația populară și cea mai utilizată. Operația are loc în regiunea activă, circuitul amplificatorului cu emițător comun cu un singur stadiu este un exemplu pentru aceasta. Un punct stabil de polarizare DC și un câștig stabil de CA sunt importante în proiectarea unui amplificator. Numele amplificator cu o singură treaptă atunci când se folosește un singur tranzistor.

Deasupra este un circuit amplificator monostaj în care un semnal slab aplicat la terminalul de bază este convertit în β ori semnalul real de la terminalul colector.

Scop parțial:

CIN este condensatorul de cuplare care cuplează semnalul de intrare la baza tranzistorului. Astfel, acest condensator izolează sursa de tranzistor și permite să treacă doar semnalul alternativ. CE este condensatorul de bypass care acționează ca o cale de rezistență scăzută pentru semnalul amplificat. COUT este condensatorul de cuplare care cuplează semnalul de ieșire de la colectorul tranzistorului. Astfel, acest condensator izolează ieșirea din tranzistor și permite să treacă doar semnalul alternativ. R2 și RE oferă stabilitatea amplificatorului, în timp ce R1 și R2 asigură împreună stabilitatea în punctul de polarizare DC acționând ca un divizor de potențial.

Operațiune:

Circuitul funcționează instantaneu pentru fiecare interval de timp. Pur și simplu pentru a înțelege, atunci când tensiunea alternativă la terminalul de bază crește creșterea corespunzătoare a fluxurilor de curent prin rezistorul emițătorului. Astfel, această creștere a curentului emițătorului crește curentul mai mare al colectorului pentru a curge prin tranzistor, ceea ce scade căderea emițătorului colectorului VCE. În mod similar, când tensiunea alternativă de intrare se reduce exponențial, tensiunea VCE începe să crească datorită scăderii curentului emițătorului. Toate aceste modificări de tensiune se reflectă instantaneu la ieșire, care va fi forma de undă inversată a intrării, dar amplificată.

Caracteristici	Baza comună	Emițător comun	Colecționar comun
Câștig de tensiune	Înalt	Mediu	Scăzut
Câștig curent	Scăzut	Mediu	Înalt
Câștig de putere	Scăzut	Foarte inalt	Mediu

Tabel: Tabel comparativ de câștig

Pe baza tabelului de mai sus, poate fi utilizată configurația corespunzătoare.