הטרנזיסטור הצומת הדו-קוטבי הראשון הומצא בשנת 1947 במעבדות בל. "שני קוטביות" מקוצר כקוטבי, ומכאן השם טרנזיסטור צומת דו קוטבי. BJT הוא מכשיר בעל שלושה מסופים עם אספן (C), בסיס (B) ופולט (E). זיהוי המסופים של הטרנזיסטור דורש דיאגרמת סיכה של חלק BJT מסוים, זה יהיה זמין בגליון הנתונים. ישנם שני סוגים של טרנזיסטורי BJT - NPN ו- PNP. במדריך זה נדבר על הטרנזיסטורים של ה- NPN. הבה נבחן את שתי הדוגמאות של טרנזיסטורי NPN - BC547A ו- PN2222A, המוצגות בתמונות לעיל.
בהתבסס על תהליך הייצור תצורת הסיכה תשתנה והפרטים יהיו זמינים בגליון הנתונים המתאים. מכיוון שדירוג ההספק של הטרנזיסטור עולה, יש צורך לחבר את גוף הקירור לגוף הטרנזיסטור. טרנזיסטור משוחד או טרנזיסטור ללא פוטנציאל המופעל במסופים דומה לשתי דיודות המחוברות גב אל גב כפי שמוצג באיור להלן.
לדיודה D1 יש מאפיין מוליך הפוך המבוסס על הולכה קדימה של דיודה D2. כאשר זרם זורם דרך הדיודה D2, הדיודה D1 חשה את הזרם וזרם פרופורציונלי יורשה לזרום בכיוון ההפוך ממסוף אספן למסוף פולט בתנאי שיופעל פוטנציאל גבוה יותר במסוף האספן. הקבוע היחסי הוא הרווח (β).
עבודה של טרנזיסטורים NPN:
כפי שנדון לעיל, הטרנזיסטור הוא מכשיר מבוקר זרם שיש לו שתי שכבות דלדול עם פוטנציאל מחסום ספציפי הנדרש להפצת שכבת הדלדול. פוטנציאל המחסום עבור טרנזיסטור סיליקון הוא 0.7 וולט ב 25 מעלות צלזיוס ו 0.3 וולט ב 25 מעלות צלזיוס עבור טרנזיסטור גרמניום. לרוב הסוג הנפוץ של טרנזיסטור המשמש הם מסוג סיליקון מכיוון שהסיליקון הוא היסוד הנפוץ ביותר על פני כדור הארץ לאחר חמצן.
פעולה פנימית:
בניית טרנזיסטור NPN היא כי אזורי אספן הפולט מסוממים עם חומר מסוג n ובאזור הבסיס הוא מסומם עם שכבה קטנה של חומר מסוג p. אזור הפולט מסומם בכבדות בהשוואה לאזור אספנים. שלושת האזורים הללו יוצרים שני צמתים. הם צומת בסיס אספן (CB) וצומת פולט בסיס.
כאשר מוחל VBE פוטנציאלי על פני צומת Base-Emitter הגדל מ- 0V, האלקטרונים והחורים מתחילים להצטבר באזור הדלדול. כאשר הפוטנציאל עולה מעל 0.7 וולט, מתח המחסום מושג והדיפוזיה מתרחשת. לפיכך, האלקטרונים זורמים לכיוון הטרמינל החיובי וזרם זרם הבסיס (IB) מנוגד לזרימת האלקטרונים. חוץ מזה, הזרם מהקולט לפולט מתחיל לזרום, בתנאי שהמתח VCE מופעל במסוף הקולט. הטרנזיסטור יכול לשמש כמתג ומגבר.
אזור הפעלה לעומת אופן פעולה:
1. אזור פעיל, IC = β × IB - פעולת מגבר
2. אזור רוויה, IC = זרם רוויה - פעולת מתג (מופעלת לחלוטין)
3. אזור חיתוך, IC = 0 - הפעלת מתג (לגמרי כבוי)
טרנזיסטור כמתג:
להסבר באמצעות PSPICE נבחר דגם BC547A. הדבר החשוב הראשון שיש לזכור להשתמש בנגד מגביל זרם בבסיס. זרמי בסיס גבוהים יותר יפגעו ב- BJT. מגליון הנתונים זרם האספן המרבי הוא 100mA ורווח מקביל (hFE או β) ניתן.
שלבים לבחירת רכיבים, 1. מצא את אשף זרם האספן את הזרם הנצרך על ידי העומס שלך. במקרה זה זה יהיה 60mA (סליל ממסר או נוריות מקבילות) ונגד = 200 אוהם.
2. על מנת להניע את הטרנזיסטור למצב רוויה יש לספק זרם בסיס מספיק כך שהטרנזיסטור פועל לחלוטין. חישוב זרם הבסיס והנגד המתאים לשימוש.
לרוויה מלאה זרם הבסיס מקורב ל 0.6mA (לא גבוה מדי או נמוך מדי). כך להלן המעגל עם 0 וולט לבסיס שבמהלכו המתג במצב OFF.
א) סימולציה של PSPICE של BJT כמתג, ו- b) מצב מתג שווה ערך
תיאורטית המתג פתוח לחלוטין אך כמעט ניתן לראות זרימת זרם דליפה. זרם זה זניח מכיוון שהם נמצאים ב- pA או nA. להבנה טובה יותר על בקרת הזרם, ניתן להחשיב טרנזיסטור כנגד משתנה על פני אספן (C) ופולט (E) שהתנגדותם משתנה בהתאם לזרם דרך הבסיס (B).
בתחילה כאשר שום זרם לא זורם דרך הבסיס, ההתנגדות לאורך CE גבוהה מאוד לכך שזרם לא זורם דרכו. כאשר מוחל פוטנציאל של 0.7V ומעלה במסוף הבסיס צומת BE מתפזר וגורם לצומת CB להתפזר. כעת הזרם זורם מאספן לפולט על סמך הרווח.
א) סימולציה של PSPICE של BJT כמתג, ו- b) מצב מתג שווה ערך
עכשיו בואו נראה כיצד לשלוט על זרם המוצא על ידי שליטה על זרם הבסיס. בהתחשב ב- IC = 42mA ובעקבות אותה נוסחה לעיל אנו מקבלים IB = 0.35mA; RB = 14.28kOhms ≈ 15kOhms.
א) סימולציה של PSPICE של BJT כמתג, ו- b) מצב מתג שווה ערך
וריאציה של ערך מעשי מערך מחושב נובעת מירידת המתח על פני הטרנזיסטור והעומס ההתנגדות שמשמש.
טרנזיסטור כמגבר:
הגברה היא המרת אות חלש לצורה שמישה. תהליך ההגברה היה צעד חשוב ביישומים רבים כמו אותות מועברים אלחוטיים, אותות אלחוטיים שהתקבלו, נגני MP3, טלפונים ניידים וכו '. הטרנזיסטור יכול להגביר כוח, מתח וזרם בתצורות שונות.
חלק מהתצורות המשמשות במעגלי מגבר הן
- מגבר פולט נפוץ
- מגבר אספן משותף
- מגבר בסיס משותף
מבין הסוגים שלעיל סוג הפולט הנפוץ הוא התצורה הפופולרית והמשמשת בעיקר. הפעולה מתרחשת באזור פעיל, מעגל מגבר emitter משותף שלב אחד הוא דוגמה עבורו. נקודת הטיה DC יציבה ורווח AC יציב חשובים בתכנון מגבר. השם מגבר שלב אחד כאשר משתמשים רק בטרנזיסטור אחד.
מעל נמצא מעגל מגבר חד-פעמי שבו אות חלש המופעל במסוף הבסיס מומר לפיצי β מהאות האמיתי במסוף הקולט.
מטרת חלק:
CIN הוא קבל ההצמדה שמקשר את אות הכניסה לבסיס הטרנזיסטור. לפיכך, קבלים אלה מבודדים את המקור מהטרנזיסטור ומאפשרים לעבור לאות AC בלבד. CE הוא הקבל העוקף המשמש כנתיב התנגדות נמוך לאות מוגבר. COUT הוא קבל ההצמדה שמקשר את אות הפלט מקולט הטרנזיסטור. לפיכך קבלים אלה מבודדים את הפלט מהטרנזיסטור ומאפשרים לעבור רק אות זרם. R2 ו- RE מספקים את היציבות למגבר ואילו R1 ו- R2 יחד מבטיחים את היציבות בנקודת הטיה של DC על ידי פעולה כמחלק פוטנציאלי.
מבצע:
המעגל פועל באופן מיידי לכל מרווח זמן. פשוט כדי להבין, כאשר מתח ה- AC במסוף הבסיס מגביר את העלייה המקבילה בזרם הזרם דרך הנגר הפולט. לפיכך, עלייה זו בזרם הפולט מגדילה את זרם האספן הגבוה יותר לזרום דרך הטרנזיסטור אשר מקטין את ירידת פולט הקולט VCE. באופן דומה כאשר מתח זרם הכניסה פוחת באופן אקספוננציאלי מתח ה- VCE מתחיל לעלות בגלל הירידה בזרם הפולט. כל השינויים הללו במתחים משקפים באופן מיידי ביציאה אשר תהיה צורת הגל ההפוכה של הקלט, אך מוגברת.
|
מאפיינים |
בסיס משותף |
פולט נפוץ |
אספן משותף |
|
עלייה במתח |
גָבוֹהַ |
בינוני |
נָמוּך |
|
רווח נוכחי |
נָמוּך |
בינוני |
גָבוֹהַ |
|
רווח כוח |
נָמוּך |
גבוה מאוד |
בינוני |
טבלה: טבלת השוואת רווחים
בהתבסס על הטבלה לעיל, ניתן להשתמש בתצורה המתאימה.