¿Qué es un transistor bipolar y qué circuitos de conmutación existen?

El uso de dispositivos semiconductores (SS) está muy extendido en la electrónica de radio. Debido a esto, las dimensiones de varios dispositivos han disminuido. El transistor bipolar ha recibido una amplia aplicación, debido a algunas características, su funcionalidad es más amplia que la de un simple transistor de efecto de campo. Para comprender por qué se necesita y en qué condiciones se usa, es necesario considerar su principio de funcionamiento, métodos de conexión y clasificación.

Dispositivo y principio de funcionamiento.

Un transistor es un semiconductor electrónico que consta de 3 electrodos, uno de los cuales es de control. Un transistor de tipo bipolar se diferencia de uno polar en la presencia de 2 tipos de portadores de carga (negativo y positivo).

Las cargas negativas son electrones que se liberan de la capa exterior de la red cristalina. Se forma un tipo positivo de carga, o huecos, en lugar del electrón liberado.

El dispositivo de un transistor bipolar (BT) es bastante simple, a pesar de su versatilidad. Consta de 3 capas de tipo conductor: emisor (E), base (B) y colector (K).

Un emisor (del latín "liberar") es un tipo de unión semiconductora cuya función principal es inyectar cargas en la base. El colector (del latín "colector") se utiliza para recibir las cargas del emisor. La base es el electrodo de control.

Las capas de emisor y colector son casi iguales, pero difieren en el grado de adición de impurezas para mejorar las características de la PCB. La adición de impurezas se llama dopaje. Para la capa colectora (CL), el dopaje se expresa débilmente para aumentar el voltaje del colector (Uk). La capa de semiconductores del emisor está fuertemente dopada para aumentar la ruptura inversa permisible U y mejorar la inyección de portadores en la capa base (el coeficiente de transferencia de corriente aumenta - Kt). La capa base está ligeramente dopada para proporcionar más resistencia (R).

La transición entre la base y el emisor tiene un área más pequeña que el K-B. Debido a la diferencia de áreas, se produce la mejora de Kt. Durante el funcionamiento de la PCB, la transición K-B se activa con polarización inversa para liberar la fracción principal de la cantidad de calor Q, que se disipa y proporciona un mejor enfriamiento del cristal.

La velocidad de BT depende del espesor de la capa base (BS). Esta dependencia es un valor que varía en proporción inversa. Con menos grosor, más velocidad. Esta dependencia está relacionada con el tiempo de vuelo de los portadores de carga.Sin embargo, al mismo tiempo, Uk disminuye.

Una fuerte corriente fluye entre el emisor y K, llamada corriente K (Ik). Una pequeña corriente fluye entre E y B - corriente B (Ib), que se utiliza para el control. Cuando cambia Ib, cambia Ik.

El transistor tiene dos uniones p-n: E-B y K-B. Cuando el modo está activo, E-B está conectado con una polarización directa y CB está conectado con una polarización inversa. Dado que la transición E-B está en estado abierto, las cargas negativas (electrones) fluyen hacia el B. Después de eso, se recombinan parcialmente con huecos. Sin embargo, la mayoría de los electrones llegan a K-B debido a la baja legitimidad y espesor de B.

En BS, los electrones son portadores de carga menores y el campo electromagnético les ayuda a superar la transición K-B. Con un aumento en Ib, la apertura E-B se expandirá y más electrones correrán entre E y K. En este caso, se producirá una amplificación importante de la señal de baja amplitud, ya que Ik es mayor que Ib.

Para comprender más fácilmente el significado físico del funcionamiento de un transistor de tipo bipolar, es necesario asociarlo con un buen ejemplo. Se debe suponer que la bomba para bombear agua es una fuente de energía, el grifo de agua es un transistor, el agua es Ik, el grado de rotación de la manija del grifo es Ib. Para aumentar la presión, debe girar ligeramente el grifo para realizar una acción de control. Basándonos en el ejemplo, podemos concluir un principio simple de funcionamiento del software.

Sin embargo, con un aumento significativo en U en la transición K-B, puede ocurrir ionización por impacto, lo que resulta en una multiplicación de carga de avalancha.Cuando se combina con el efecto túnel, este proceso produce una ruptura eléctrica y, con el tiempo, térmica, que inhabilita el PP. A veces se produce una ruptura térmica sin ruptura eléctrica como resultado de un aumento significativo en la corriente a través de la salida del colector.

Además, cuando U cambia a K-B y E-B, el grosor de estas capas cambia, si B es delgada, entonces se produce un efecto de cierre (también llamado punción B), en el que se conectan las transiciones K-B y E-B. Como consecuencia de este fenómeno, el PP deja de ejercer sus funciones.

Modos de funcionamiento

El transistor de tipo bipolar puede operar en 4 modos:

1. Activo.
2. Cortes (RO).
3. Saturación (PH).
4. Barrera (RB).

El modo activo de BT es normal (NAR) e inverso (IAR).

Modo activo normal

En este modo, U fluye en la unión E-B, que es directa y se denomina voltaje E-B (Ue-b). El modo se considera óptimo y se utiliza en la mayoría de los esquemas. La transición E inyecta cargas en la región base, que se mueven hacia el colector. Este último acelera las cargas, creando un efecto de impulso.

Modo activo inverso

En este modo, la transición K-B está abierta. El BT funciona en la dirección opuesta, es decir, los portadores de carga del hueco se inyectan desde K, pasando por B. Son recolectados por la transición E. Las propiedades de amplificación del PP son débiles y los BT rara vez se usan en este modo.

Modo de saturación

En PH, ambas transiciones están abiertas. Cuando E-B y K-B están conectados a fuentes externas en la dirección de avance, el BT funcionará en el vehículo de lanzamiento. El campo electromagnético de difusión de las uniones E y K se debilita por el campo eléctrico, que es creado por fuentes externas.Como resultado de esto, habrá una disminución de la capacidad de barrera y una limitación de la capacidad de difusión de los principales portadores de carga. Comenzará la inyección de agujeros de E y K a B. Este modo se usa principalmente en tecnología analógica, pero en algunos casos puede haber excepciones.

Modo de corte

En este modo, el BT se cierra completamente y no puede conducir corriente. Sin embargo, en la BT hay flujos insignificantes de portadores de carga menores, que crean corrientes térmicas con valores pequeños. Este modo se utiliza en varios tipos de protección contra sobrecargas y cortocircuitos.

régimen de barreras

La base del BT está conectada a través de una resistencia a K. Se incluye una resistencia en el circuito K o E, que establece el valor actual (I) a través del BT. BR se usa a menudo en circuitos porque permite que BT funcione a cualquier frecuencia y en un rango de temperatura más amplio.

Esquemas de conmutación

Para el correcto uso y conexión de los BT, es necesario conocer su clasificación y tipo. Clasificación de los transistores bipolares:

1. Material de producción: germanio, silicio y arsenidogalio.
2. Características de fabricación.
3. Potencia disipada: baja potencia (hasta 0,25 W), media (0,25-1,6 W), potente (superior a 1,6 W).
4. Frecuencia límite: baja frecuencia (hasta 2,7 MHz), frecuencia media (2,7-32 MHz), alta frecuencia (32-310 MHz), microondas (más de 310 MHz).
5. Finalidad funcional.

El propósito funcional de BT se divide en los siguientes tipos:

1. Amplificadores de baja frecuencia con figura de ruido normalizada y no normalizada (NiNNKSh).
2. Amplificación de alta frecuencia con NiNNKSh.
3. Amplificador de microondas con NiNNKSh.
4. Amplificador potente de alto voltaje.
5. Generador de frecuencias altas y ultraaltas.
6. Dispositivos de conmutación de alto voltaje de baja potencia y alta potencia.
7. Potente pulsado para altos valores U.

Además, existen tales tipos de transistores bipolares:

1. P-n-p.
2. N-p-n.

Hay 3 circuitos para encender un transistor bipolar, cada uno de los cuales tiene sus propias ventajas y desventajas:

1. general b
2. generale
3. general k

Encendido con base común (OB)

El circuito se aplica a altas frecuencias, lo que permite un uso óptimo de la respuesta de frecuencia. Al conectar un BT de acuerdo con el esquema con OE, y luego con OB, aumentará su frecuencia de operación. Este esquema de conexión se utiliza en amplificadores de tipo antena. El nivel de ruido a altas frecuencias se reduce.

ventajas:

1. Temperaturas óptimas y amplio rango de frecuencias (f).
2. Reino Unido de alto valor.

Defectos:

1. Bajo gano.
2. Entrada baja R.

Conmutación de emisor común (CE)

Cuando se conecta de acuerdo con este esquema, la amplificación ocurre en U e I. El circuito puede alimentarse desde una sola fuente. A menudo se utiliza en amplificadores de potencia (P).

ventajas:

1. Altas ganancias para I, U, P.
2. Una fuente de alimentación.
3. La variable de salida U se invierte con respecto a la entrada.

Tiene desventajas significativas: la estabilidad de la temperatura más baja y las características de frecuencia son peores que cuando se conecta con OB.

Encendido con colector común (OK)

La entrada U se transfiere completamente a la entrada, y Ki es similar cuando se conecta con un OE, pero es bajo en U.

Este tipo de conmutación se utiliza para emparejar cascadas hechas en transistores, o con una fuente de señal de entrada que tiene una salida alta R (micrófono de tipo condensador o captador). Las ventajas incluyen lo siguiente: un gran valor de la entrada y una pequeña salida R.La desventaja es la baja ganancia U.

Principales características de los transistores bipolares

Las principales características de BT:

1. Yo gano.
2. Entrada y salida R.
3. Ik-e inversa.
4. Hora de encendido.
5. Frecuencia de transmisión Ib.
6. Ik inversa.
7. Valor máximo de I.

Aplicaciones

El uso de transistores bipolares está muy extendido en todos los ámbitos de la actividad humana. La principal aplicación del dispositivo se recibió en dispositivos para amplificación, generación de señales eléctricas y también servir como elemento conmutado. Se utilizan en varios amplificadores de potencia, en fuentes de alimentación ordinarias y conmutadas con la capacidad de ajustar los valores de U e I, en tecnología informática.

Además, a menudo se utilizan para construir diversas protecciones para el consumidor contra sobrecargas, sobretensiones U y cortocircuitos. Son ampliamente utilizados en las industrias minera y metalúrgica.

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