ทรานซิสเตอร์แบบไบโพลาร์สามารถทำงานได้ในโหมดใด? ทรานซิสเตอร์แบบไบโพลาร์

ทรานซิสเตอร์สามารถอยู่ในโหมดหลักต่อไปนี้ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับแรงดันไฟฟ้าที่ขั้ว:

• โหมดตัด;
• โหมดแอคทีฟ;
• โหมดความอิ่มตัว

นอกจากโหมดเหล่านี้แล้ว ยังมีโหมดผกผันซึ่งไม่ค่อยได้ใช้มากนัก

โหมดตัด

เมื่อแรงดันไฟฟ้าระหว่างฐานและตัวส่งต่ำกว่า 0.6V - 0.7V แล้ว ทางแยกพีเอ็นระหว่างฐานและตัวปล่อยถูกปิด ในสถานะนี้ ทรานซิสเตอร์แทบไม่มีกระแสเบสเลย เป็นผลให้ไม่มีกระแสสะสมเช่นกัน เนื่องจากไม่มีอิเล็กตรอนอิสระในฐานที่พร้อมจะเคลื่อนที่ไปสู่แรงดันไฟฟ้าของตัวสะสม ปรากฎว่าทรานซิสเตอร์ถูกล็อค และว่ากันว่าอยู่ในโหมดคัตออฟ

โหมดแอคทีฟ

ในโหมดแอคทีฟ แรงดันไฟฟ้าที่เพียงพอที่จะทำให้จุดเชื่อมต่อ p-n ระหว่างฐานและตัวปล่อยเปิดถูกจ่ายให้กับฐาน กระแสฐานและกระแสสะสมเกิดขึ้น กระแสสะสมเท่ากับกระแสฐานคูณด้วยเกน นั่นคือโหมดแอคทีฟเป็นโหมดการทำงานปกติของทรานซิสเตอร์ซึ่งใช้สำหรับการขยายสัญญาณ

โหมดความอิ่มตัว

หากคุณเพิ่มกระแสฐาน ช่วงเวลาหนึ่งอาจมาถึงเมื่อกระแสตัวสะสมหยุดเพิ่มขึ้นเพราะว่า ทรานซิสเตอร์จะเปิดอย่างสมบูรณ์และกระแสจะถูกกำหนดโดยแรงดันไฟฟ้าของแหล่งพลังงานและความต้านทานโหลดในวงจรสะสมเท่านั้น ทรานซิสเตอร์ถึงความอิ่มตัว ในโหมดความอิ่มตัว กระแสสะสมจะเป็นค่าสูงสุดที่แหล่งพลังงานสามารถให้ได้ที่ความต้านทานโหลดที่กำหนด และจะไม่ขึ้นอยู่กับกระแสพื้นฐาน ในสถานะนี้ ทรานซิสเตอร์ไม่สามารถขยายสัญญาณได้ เนื่องจากกระแสสะสมไม่ตอบสนองต่อการเปลี่ยนแปลงของกระแสฐาน ในโหมดความอิ่มตัว ค่าการนำไฟฟ้าของทรานซิสเตอร์จะสูงสุดและเหมาะสำหรับการทำงานของสวิตช์ (สวิตช์) ในสถานะ "เปิด" มากกว่า ในทำนองเดียวกันในโหมดคัตออฟ ค่าการนำไฟฟ้าของทรานซิสเตอร์จะน้อยที่สุด และสอดคล้องกับสวิตช์ในสถานะปิด โหมดทั้งหมดเหล่านี้สามารถอธิบายได้โดยใช้คุณลักษณะเอาต์พุตของทรานซิสเตอร์

ลองพิจารณาขั้นตอนการขยายสัญญาณบนทรานซิสเตอร์ที่เชื่อมต่ออยู่ในวงจรที่มีตัวปล่อยร่วม (รูปที่ 4.14) เมื่อสัญญาณอินพุตเปลี่ยนแปลง Ib ปัจจุบันฐานจะเปลี่ยน กระแสสะสม Ik แปรผันตามสัดส่วนของกระแสฐาน:

Iк = β ฉัน ข. (4.5.1)

ข้าว. 4.14. แผนผังของสเตจแอมพลิฟายเออร์ (วาดโดยผู้เขียน)

การเปลี่ยนแปลงของกระแสสะสมสามารถตรวจสอบได้จากลักษณะเอาต์พุตของทรานซิสเตอร์ (รูปที่ 4.15) บนแกน abscissa เราจะพล็อตส่วนที่เท่ากับ E K - แรงดันไฟฟ้าของแหล่งพลังงานของวงจรตัวสะสมและบนแกนกำหนดเราจะพล็อตส่วนที่สอดคล้องกับกระแสสูงสุดที่เป็นไปได้ในวงจรของแหล่งกำเนิดนี้:

ฉันถึงสูงสุด = E ถึง /R ถึง (4.5.2)

ระหว่างจุดเหล่านี้เราวาดเส้นตรงซึ่งเรียกว่าเส้นโหลดและอธิบายโดยสมการ:

ฉัน k = (E k - U k e)/R k (4.5.3)

โดยที่ U CE คือแรงดันไฟฟ้าระหว่างตัวสะสมและตัวปล่อยของทรานซิสเตอร์ R K - ความต้านทานโหลดในวงจรสะสม

ข้าว. 4.15. โหมดการทำงานของทรานซิสเตอร์แบบไบโพลาร์ (วาดโดยผู้เขียน)

จาก (4.5.3) เป็นไปตามนั้น

Rk = Ek/Ik สูงสุด = tanα (4.5.4)

ดังนั้นความชันของเส้นรับน้ำหนักจึงถูกกำหนดโดยความต้านทาน R K จากรูปที่ 1 4.15 ตามมาว่าจุดปฏิบัติการของทรานซิสเตอร์ซึ่งกำหนดกระแสสะสมและแรงดันไฟฟ้า U CE จะเคลื่อนที่ไปตามเส้นโหลดจากตำแหน่งต่ำสุด (จุดที่ 1 ขึ้นอยู่กับกระแสฐาน Ib ที่ไหลในวงจรอินพุตของทรานซิสเตอร์ กำหนดโดยจุดตัดของเส้นโหลดพร้อมกับคุณลักษณะด้านเอาท์พุตที่ I b =0) ไปยังจุดที่ 2 ซึ่งกำหนดโดยจุดตัดของเส้นโหลดด้วยส่วนที่เพิ่มขึ้นอย่างชันเริ่มต้นของคุณลักษณะด้านเอาท์พุต

โซนที่ตั้งอยู่ระหว่างแกน abscissa และลักษณะเอาต์พุตเริ่มต้นที่สอดคล้องกับ I b = 0 เรียกว่าโซนจุดตัดและมีลักษณะเฉพาะคือการเปลี่ยนผ่านของทรานซิสเตอร์ทั้งตัวส่งและตัวสะสมนั้นมีความลำเอียงในทิศทางตรงกันข้าม กระแสของตัวสะสมในกรณีนี้แสดงถึงกระแสย้อนกลับของทางแยกของตัวสะสม - I K0 ซึ่งมีขนาดเล็กมากและดังนั้นแรงดันไฟฟ้าเกือบทั้งหมดของแหล่งพลังงาน E K จะลดลงระหว่างตัวปล่อยและตัวสะสมของทรานซิสเตอร์ปิด:

คุณ ke eta E ke

และแรงดันไฟฟ้าตกคร่อมโหลดมีค่าน้อยมากและเท่ากับ:

U Rк = ฉัน к0 Rк (4.5.5)

พวกเขาบอกว่าในกรณีนี้ทรานซิสเตอร์ทำงานในโหมดคัตออฟ เนื่องจากในโหมดนี้กระแสที่ไหลผ่านโหลดมีขนาดเล็กมาก และแรงดันไฟฟ้าเกือบทั้งหมดของแหล่งพลังงานถูกนำไปใช้กับทรานซิสเตอร์ที่ปิด ดังนั้นในโหมดนี้ ทรานซิสเตอร์สามารถแสดงเป็นสวิตช์เปิดได้

หากตอนนี้เราเพิ่มกระแสฐาน I b จากนั้นจุดปฏิบัติการจะเคลื่อนที่ไปตามเส้นโหลดจนกระทั่งถึงจุดที่ 2 กระแสฐานที่สอดคล้องกับคุณลักษณะที่ผ่านจุดที่ 2 เรียกว่ากระแสฐานอิ่มตัว I b us ที่นี่ทรานซิสเตอร์เข้าสู่โหมดความอิ่มตัวและการเพิ่มขึ้นอีกของกระแสฐานจะไม่ทำให้กระแสสะสม I K เพิ่มขึ้น โซนระหว่างแกนกำหนดและส่วนที่เปลี่ยนแปลงอย่างรวดเร็วของลักษณะเอาต์พุตเรียกว่าโซนอิ่มตัว ในกรณีนี้ ทางแยกทั้งสองของทรานซิสเตอร์จะมีอคติไปข้างหน้า กระแสของตัวสะสมถึงค่าสูงสุดและเกือบเท่ากับกระแสสูงสุดของแหล่งพลังงานของตัวสะสม:

ฉัน k สูงสุด หยาบคาย ฉันถึงเรา (4.5.6)

และแรงดันไฟฟ้าระหว่างตัวสะสมและตัวปล่อยของทรานซิสเตอร์แบบเปิดจะมีค่าน้อยมาก ดังนั้นในโหมดความอิ่มตัวของสี ทรานซิสเตอร์จึงสามารถแสดงเป็นสวิตช์ปิดได้

ตำแหน่งตรงกลางของจุดปฏิบัติการระหว่างโซนคัตออฟและโซนความอิ่มตัวจะกำหนดการทำงานของทรานซิสเตอร์ในโหมดขยายสัญญาณและบริเวณที่ตั้งอยู่นั้นเรียกว่าบริเวณแอคทีฟ เมื่อทำงานในพื้นที่นี้ ทางแยกของตัวส่งสัญญาณจะมีอคติในทิศทางไปข้างหน้า และทางแยกของตัวสะสมจะมีอคติไปในทิศทางตรงกันข้าม (Petrovich V.P., 2008)

ก่อนอื่น เรามาจำไว้ว่าทรานซิสเตอร์แบบไบโพลาร์ชนิดนำไฟฟ้าคืออะไร ฉันคิดว่าผู้ที่ได้อ่านบทความก่อนหน้านี้จำได้ว่าทรานซิสเตอร์มีค่าการนำไฟฟ้า NPN:

และการนำไฟฟ้า PNP

หลักการทำงานของทรานซิสเตอร์ PNP

ลองดูภาพนี้:

ตรงนี้เราเห็นท่อที่มีน้ำไหลจากล่างขึ้นบนด้านล่าง ความดันสูง. ขณะนี้ท่อปิดด้วยวาล์วสีแดงจึงไม่มีน้ำไหล

แต่ทันทีที่เราดึงวาล์วกลับ โดยดึงคันโยกสีเขียวเล็กน้อย วาล์วสีแดงจะถูกดึงกลับและมีน้ำไหลผ่านท่ออย่างรวดเร็วจากล่างขึ้นบน

แต่แล้วเราก็ปล่อยคันโยกสีเขียวอีกครั้ง และสปริงสีน้ำเงินจะทำให้แผ่นพับกลับสู่ตำแหน่งเดิมและปิดกั้นเส้นทางของน้ำ

นั่นคือเราดึงวาล์วเข้ามาใกล้เรามากขึ้นเล็กน้อยแล้วน้ำก็ไหลผ่านท่อเป็นกระแสบ้า ทรานซิสเตอร์ PNP มีพฤติกรรมเกือบเหมือนกันทุกประการหากคุณจินตนาการถึงท่อนี้เป็นทรานซิสเตอร์ข้อสรุปของมันจะมีลักษณะดังนี้:

ซึ่งหมายความว่าเพื่อให้กระแสไหลจากตัวปล่อยไปยังตัวสะสม (และคุณจำได้ว่ากระแสจะต้องไหลตรงที่ลูกศรชี้ของตัวปล่อย)

เราจะต้องแน่ใจว่าจากฐาน ไหลออกมาปัจจุบันหรือพูดเป็นภาษามือสมัครเล่น จ่ายไฟลบให้กับฐาน(“ดึง” ความตึงเครียดเข้าสู่ตัวคุณเอง)

ประสบการณ์เชิงปฏิบัติ

เรามาทำการทดลองที่รอคอยมานานกันดีกว่า เมื่อต้องการทำเช่นนี้ ลองใช้ทรานซิสเตอร์ KT814B ซึ่งเป็นคู่เสริมกับทรานซิสเตอร์ KT815B

สำหรับใครที่ยังอ่านบทความเก่าๆ ไม่ดีนัก ผมขอเตือนไว้ก่อนว่า คู่ฟรี สำหรับใครบางคน ทรานซิสเตอร์ - นี่คือทรานซิสเตอร์ที่มีคุณสมบัติและพารามิเตอร์เหมือนกันทุกประการ, แต่เขาก็มี การนำไฟฟ้าอื่น ๆ. ซึ่งหมายความว่าเรามีทรานซิสเตอร์ KT815 ย้อนกลับค่าการนำไฟฟ้า นั่นคือ NPN และ KT814 ตรงการนำไฟฟ้านั่นคือ PNP สิ่งที่ตรงกันข้ามก็เป็นจริงเช่นกัน: สำหรับทรานซิสเตอร์ KT814 คู่เสริมคือทรานซิสเตอร์ KT815 สรุปคือพี่น้องฝาแฝด

ทรานซิสเตอร์ KT814B เป็นทรานซิสเตอร์ PNP:

นี่คือ pinout:

เพื่อแสดงหลักการทำงานของมัน เราจะประกอบมันตามวงจรตัวปล่อยทั่วไป (CE):

ที่จริงแล้วโครงการทั้งหมดมีลักษณะดังนี้:

สายจระเข้สีน้ำเงินมาจากแหล่งจ่ายไฟ ค้างคาว1และอีกสองสายที่มีจระเข้สีดำและสีแดงจากแหล่งจ่ายไฟ ค้างคาว2.

ดังนั้นเพื่อให้แผนการใช้งานได้เราจึงกำหนดไว้ ค้างคาว2แรงดันไฟฟ้าที่ใช้จ่ายไฟให้กับหลอดไส้ เนื่องจากหลอดไฟของเรามีไฟ 6 โวลต์ เราจึงตั้งค่าไว้ที่ 6 โวลต์

บนแหล่งจ่ายไฟ ค้างคาว1เพิ่มแรงดันไฟฟ้าอย่างระมัดระวังจากศูนย์จนกว่าหลอดไส้จะสว่างขึ้น และตอนนี้อยู่ที่แรงดันไฟฟ้า 0.6 โวลต์

หลอดไฟของเราก็สว่างขึ้น

นั่นคือทรานซิสเตอร์ "เปิด" และกระแสไฟฟ้าไหลผ่านวงจรตัวสะสมตัวปล่อยซึ่งทำให้หลอดไฟของเราไหม้ แรงดันไฟฟ้าเปิดคือแรงดันตกคร่อมตัวปล่อยฐาน ดังที่คุณจำได้ว่าสำหรับทรานซิสเตอร์ซิลิคอน (และทรานซิสเตอร์ KT814B ของเราคือซิลิคอน ซึ่งระบุด้วยตัวอักษร "K" ที่จุดเริ่มต้นของชื่อ) ค่านี้อยู่ในช่วง 0.5-0.7 โวลต์ นั่นคือในการ "เปิด" ทรานซิสเตอร์ก็เพียงพอที่จะจ่ายแรงดันไฟฟ้ามากกว่า 0.5-0.7 โวลต์ไปที่ตัวส่งสัญญาณฐาน

วงจรการเชื่อมต่อสำหรับทรานซิสเตอร์ NPN และ PNP

ลองดูแผนภาพทั้งสองแล้วค้นหาความแตกต่าง ด้านซ้ายคือทรานซิสเตอร์ NPN KT815B ในวงจรที่มี OE และทางด้านขวาคือ KT814B ตามวงจรการเชื่อมต่อเดียวกัน:

แล้วความแตกต่างคืออะไร? ใช่เพื่อเพิ่มพลังขั้ว! และตอนนี้เราสามารถพูดได้อย่างมั่นใจว่าทรานซิสเตอร์การนำ PNP เปิดด้วย "ลบ" เนื่องจากเราใช้ "ลบ" กับฐานและทรานซิสเตอร์การนำ PNP เปิดด้วย "บวก"

ทรานซิสเตอร์ PNP เป็นอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ ในแง่หนึ่งเป็นการผกผันของทรานซิสเตอร์ NPN ในการออกแบบทรานซิสเตอร์ประเภทนี้ จุดเชื่อมต่อ PN จะถูกเปิดโดยแรงดันไฟฟ้าของขั้วย้อนกลับที่เกี่ยวข้องกับประเภท NPN ในสัญลักษณ์ของอุปกรณ์ ลูกศร ซึ่งกำหนดเอาต์พุตของตัวส่งสัญญาณด้วย เวลานี้จะชี้อยู่ภายในสัญลักษณ์ทรานซิสเตอร์

การออกแบบอุปกรณ์

การออกแบบวงจรของทรานซิสเตอร์ชนิด PNP ประกอบด้วยบริเวณสองส่วนของวัสดุเซมิคอนดักเตอร์ชนิด p ที่ด้านใดด้านหนึ่งของบริเวณของวัสดุชนิด n ดังแสดงในรูปด้านล่าง

ลูกศรระบุตัวปล่อยและทิศทางที่ยอมรับโดยทั่วไปของกระแส ("ขาเข้า" สำหรับทรานซิสเตอร์ PNP)

ทรานซิสเตอร์ PNP มีลักษณะคล้ายกันมากกับทรานซิสเตอร์แบบไบโพลาร์ NPN ยกเว้นว่าทิศทางของกระแสและขั้วแรงดันไฟฟ้าในทรานซิสเตอร์จะกลับกันสำหรับรูปแบบการเชื่อมต่อใดๆ ใน 3 รูปแบบที่เป็นไปได้: ฐานร่วม ตัวปล่อยร่วม และตัวสะสมร่วม

ความแตกต่างที่สำคัญระหว่างทรานซิสเตอร์แบบไบโพลาร์ทั้งสองประเภท

ข้อแตกต่างที่สำคัญระหว่างพวกเขาคือรูเป็นพาหะกระแสหลักสำหรับทรานซิสเตอร์ PNP ทรานซิสเตอร์ NPN มีอิเล็กตรอนอยู่ในความสามารถนี้ ดังนั้นขั้วของแรงดันไฟฟ้าที่จ่ายให้กับทรานซิสเตอร์จึงกลับด้านและกระแสอินพุตจะไหลจากฐาน ในทางตรงกันข้าม เมื่อใช้ทรานซิสเตอร์ NPN กระแสฐานจะไหลเข้าไป ดังที่แสดงด้านล่างในแผนภาพวงจรสำหรับเชื่อมต่ออุปกรณ์ทั้งสองประเภทด้วยฐานร่วมและตัวปล่อยร่วม

หลักการทำงานของทรานซิสเตอร์ประเภท PNP ขึ้นอยู่กับการใช้กระแสเบสขนาดเล็ก (เช่น ชนิด NPN) และแรงดันไบแอสฐานลบ (ต่างจากประเภท NPN) เพื่อควบคุมกระแสตัวปล่อย-สะสมที่มีขนาดใหญ่กว่ามาก กล่าวอีกนัยหนึ่ง สำหรับทรานซิสเตอร์ PNP ตัวส่งจะมีค่าเป็นบวกมากกว่าเมื่อเทียบกับฐานและต่อตัวสะสมด้วย

ลองดูความแตกต่างระหว่างประเภท PNP ในแผนภาพการเชื่อมต่อที่มีฐานร่วม

จริงๆ แล้วจะเห็นได้ว่าไอซีกระแสคอลเลกเตอร์ (ในกรณีของทรานซิสเตอร์ NPN) ไหลจากขั้วบวกของแบตเตอรี่ B2 ผ่านขั้วคอลเลคเตอร์ ทะลุเข้าไปแล้วต้องออกจากขั้วฐานเพื่อกลับไปยัง ขั้วลบของแบตเตอรี่ ในทำนองเดียวกัน เมื่อดูวงจรตัวส่งสัญญาณ คุณจะเห็นว่ากระแสไฟฟ้าจากขั้วบวกของแบตเตอรี่ B1 เข้าสู่ทรานซิสเตอร์ผ่านขั้วฐานแล้วทะลุเข้าไปในตัวส่งสัญญาณได้อย่างไร

ดังนั้นทั้งตัวสะสมกระแส I C และตัวปล่อยกระแส I E ผ่านเทอร์มินัลฐาน เนื่องจากพวกมันหมุนไปตามวงจรในทิศทางตรงกันข้าม กระแสฐานที่ได้จึงเท่ากับค่าความแตกต่างและมีขนาดเล็กมาก เนื่องจาก IC น้อยกว่า I E เล็กน้อย แต่เนื่องจากอย่างหลังยังมีขนาดใหญ่กว่า ทิศทางการไหลของกระแสต่าง (กระแสฐาน) จึงเกิดขึ้นพร้อมกับ I E ดังนั้นทรานซิสเตอร์แบบไบโพลาร์ชนิด PNP จึงมีกระแสไหลออกจากฐาน และชนิด NPN ก็มีกระแสไหลเข้า ปัจจุบัน.

ความแตกต่างระหว่างประเภท PNP โดยใช้ตัวอย่างวงจรเชื่อมต่อกับตัวปล่อยร่วม

ในวงจรใหม่นี้ จุดเชื่อมต่อ PN ของตัวปล่อยฐานจะเอนเอียงโดยแรงดันไฟฟ้าของแบตเตอรี่ B1 และจุดเชื่อมต่อของตัวสะสม-ฐานจะเอนเอียงด้วยแรงดันแบตเตอรี่ B2 เทอร์มินัลตัวส่งสัญญาณจึงเป็นเรื่องธรรมดาสำหรับฐานและวงจรสะสม

กระแสตัวปล่อยรวมจะได้รับจากผลรวมของกระแสสองกระแส I C และ I B; ผ่านขั้วตัวส่งสัญญาณไปในทิศทางเดียว ดังนั้นเราจึงมี I E = I C + I B

ในวงจรนี้ กระแสฐาน I B เพียงแค่ "แตกแขนง" จากกระแสของตัวปล่อย I E ซึ่งสอดคล้องกับทิศทางของมันด้วย ในกรณีนี้ ทรานซิสเตอร์ชนิด PNP ยังคงมีกระแสไหลจากฐาน I B และทรานซิสเตอร์ชนิด NPN มีกระแสไหลเข้า

ในวงจรสวิตชิ่งทรานซิสเตอร์ที่สามที่รู้จักซึ่งมีตัวสะสมทั่วไปสถานการณ์จะเหมือนกันทุกประการ ดังนั้นเราจึงไม่นำเสนอเพื่อประหยัดพื้นที่และเวลาให้กับผู้อ่าน

ทรานซิสเตอร์ PNP: การเชื่อมต่อแหล่งจ่ายแรงดันไฟฟ้า

แหล่งกำเนิดแรงดันไฟฟ้าระหว่างฐานถึงตัวส่งสัญญาณ (V BE) เชื่อมต่อเป็นลบกับฐานและเป็นบวกกับตัวส่งสัญญาณ เนื่องจากทรานซิสเตอร์ PNP ทำงานเมื่อฐานมีอคติเชิงลบสัมพันธ์กับตัวส่งสัญญาณ

แรงดันไฟจ่ายของตัวปล่อยยังเป็นค่าบวกเมื่อเทียบกับตัวสะสม (V CE) ดังนั้น เมื่อใช้ทรานซิสเตอร์ประเภท PNP ขั้วของตัวส่งสัญญาณจะมีค่าเป็นบวกมากกว่าเสมอเมื่อเทียบกับทั้งฐานและตัวสะสม

แหล่งจ่ายแรงดันไฟฟ้าเชื่อมต่อกับทรานซิสเตอร์ PNP ดังแสดงในรูปด้านล่าง

คราวนี้ตัวรวบรวมเชื่อมต่อกับแรงดันไฟฟ้า VCC ของแหล่งจ่ายผ่านตัวต้านทานโหลด R L ซึ่งจำกัดกระแสสูงสุดที่ไหลผ่านอุปกรณ์ แรงดันไฟฟ้าฐาน VB ซึ่งมีอคติเชิงลบสัมพันธ์กับตัวปล่อย จะถูกจ่ายผ่านตัวต้านทาน RB ซึ่งใช้เพื่อจำกัดกระแสฐานสูงสุดอีกครั้ง

การทำงานของสเตจทรานซิสเตอร์ PNP

ดังนั้น เพื่อให้กระแสเบสไหลในทรานซิสเตอร์ PNP ฐานจะต้องมีค่าลบมากกว่าตัวปล่อย (กระแสต้องออกจากฐาน) ประมาณ 0.7 โวลต์สำหรับอุปกรณ์ซิลิกอน หรือ 0.3 โวลต์สำหรับอุปกรณ์เจอร์เมเนียม สูตรที่ใช้ในการคำนวณตัวต้านทานฐาน กระแสเบส หรือกระแสคอลเลคเตอร์จะเหมือนกับสูตรที่ใช้สำหรับทรานซิสเตอร์ NPN ที่เทียบเท่ากันดังแสดงไว้ด้านล่าง

เราจะเห็นว่าความแตกต่างพื้นฐานระหว่างทรานซิสเตอร์ NPN และ PNP คือการไบอัสที่ถูกต้องของจุดเชื่อมต่อ pn เนื่องจากทิศทางของกระแสและขั้วของแรงดันไฟฟ้าในกระแสเหล่านั้นจะตรงกันข้ามกันเสมอ ดังนั้นสำหรับวงจรข้างต้น: I C = I E - I B เนื่องจากกระแสจะต้องไหลจากฐาน

โดยทั่วไป ทรานซิสเตอร์ PNP สามารถถูกแทนที่ด้วยทรานซิสเตอร์ NPN ในวงจรอิเล็กทรอนิกส์ส่วนใหญ่ ข้อแตกต่างเพียงอย่างเดียวคือขั้วแรงดันไฟฟ้าและทิศทางกระแส ทรานซิสเตอร์ดังกล่าวสามารถใช้เป็นอุปกรณ์สวิตชิ่งได้ และตัวอย่างของสวิตช์ทรานซิสเตอร์ PNP แสดงอยู่ด้านล่าง

ลักษณะของทรานซิสเตอร์

คุณลักษณะเอาต์พุตของทรานซิสเตอร์ PNP จะคล้ายคลึงกับลักษณะเฉพาะของทรานซิสเตอร์ NPN ที่เทียบเท่ากันมาก ยกเว้นว่าจะหมุน 180° เพื่อให้แรงดันและกระแสกลับขั้วได้ (กระแสฐานและกระแสสะสมของทรานซิสเตอร์ PNP เป็นลบ) ในทำนองเดียวกัน เพื่อค้นหาจุดปฏิบัติการของทรานซิสเตอร์ PNP เส้นโหลดแบบไดนามิกสามารถแสดงได้ในไตรมาสที่สามของระบบพิกัดคาร์ทีเซียน

ลักษณะทั่วไปของทรานซิสเตอร์ 2N3906 PNP แสดงในรูปด้านล่าง

คู่ทรานซิสเตอร์ในระยะเครื่องขยายเสียง

คุณอาจสงสัยว่าอะไรคือเหตุผลที่ต้องใช้ทรานซิสเตอร์ PNP ในเมื่อมีทรานซิสเตอร์ NPN จำนวนมากที่สามารถใช้เป็นเครื่องขยายเสียงหรือสวิตช์โซลิดสเตตได้ อย่างไรก็ตาม การมีทรานซิสเตอร์สองประเภทที่แตกต่างกัน - NPN และ PNP - ให้ข้อได้เปรียบที่ยอดเยี่ยมเมื่อออกแบบวงจรเครื่องขยายกำลัง แอมพลิฟายเออร์เหล่านี้ใช้คู่ทรานซิสเตอร์ "คู่เสริม" หรือ "ที่ตรงกัน" (แทนทรานซิสเตอร์ PNP หนึ่งตัวและทรานซิสเตอร์ NPN หนึ่งตัวที่เชื่อมต่อเข้าด้วยกัน ดังแสดงในรูปด้านล่าง) ในขั้นตอนเอาต์พุต

ทรานซิสเตอร์ NPN และ PNP สองตัวที่สอดคล้องกันซึ่งมีคุณสมบัติคล้ายกันเหมือนกันเรียกว่าประกอบกัน ตัวอย่างเช่น TIP3055 (ประเภท NPN) และ TIP2955 (ประเภท PNP) เป็นตัวอย่างที่ดีของทรานซิสเตอร์กำลังซิลิคอนเสริม พวกเขาทั้งสองมีกำไร กระแสตรงβ=IC /I B จับคู่ภายใน 10% และกระแสคอลเลคเตอร์สูงประมาณ 15A ทำให้เหมาะอย่างยิ่งสำหรับการควบคุมมอเตอร์หรือการใช้งานหุ่นยนต์

นอกจากนี้ แอมพลิฟายเออร์คลาส B ยังใช้ทรานซิสเตอร์คู่ที่ตรงกันในขั้นตอนกำลังเอาท์พุต ในนั้น ทรานซิสเตอร์ NPN ดำเนินการเฉพาะครึ่งคลื่นบวกของสัญญาณ และทรานซิสเตอร์ PNP ดำเนินการเพียงครึ่งคลื่นลบเท่านั้น

ซึ่งช่วยให้แอมพลิฟายเออร์สามารถส่งกำลังที่ต้องการผ่านลำโพงได้ทั้งสองทิศทางตามพิกัดกำลังและอิมพีแดนซ์ที่กำหนด เป็นผลให้กระแสไฟขาออกซึ่งโดยปกติจะอยู่ในลำดับหลายแอมแปร์ มีการกระจายเท่าๆ กันระหว่างทรานซิสเตอร์เสริมสองตัว

คู่ทรานซิสเตอร์ในวงจรควบคุมมอเตอร์ไฟฟ้า

นอกจากนี้ยังใช้ในวงจรควบคุม H-bridge สำหรับมอเตอร์กระแสตรงแบบพลิกกลับได้ ซึ่งทำให้สามารถควบคุมกระแสผ่านมอเตอร์ได้เท่าๆ กันในการหมุนทั้งสองทิศทาง

วงจร H-bridge ด้านบนถูกเรียกเช่นนี้เนื่องจากการกำหนดค่าพื้นฐานของสวิตช์ทรานซิสเตอร์ทั้งสี่ตัวมีลักษณะคล้ายกับตัวอักษร "H" โดยมีมอเตอร์อยู่บนเส้นกากบาท ทรานซิสเตอร์ H-bridge น่าจะเป็นหนึ่งในวงจรควบคุมมอเตอร์กระแสตรงแบบพลิกกลับได้ที่ใช้บ่อยที่สุด ใช้คู่เสริมของทรานซิสเตอร์ NPN และ PNP ในแต่ละสาขาเพื่อทำหน้าที่เป็นสวิตช์ในการควบคุมมอเตอร์

อินพุตควบคุม A ช่วยให้มอเตอร์ทำงานในทิศทางเดียว ในขณะที่อินพุต B ใช้สำหรับการหมุนย้อนกลับ

ตัวอย่างเช่น เมื่อทรานซิสเตอร์ TR1 เปิดอยู่และ TR2 ปิดอยู่ อินพุต A จะเชื่อมต่อกับแรงดันไฟฟ้า (+Vcc) และหากทรานซิสเตอร์ TR3 ปิดอยู่และ TR4 เปิดอยู่ อินพุต B จะเชื่อมต่อกับ 0 โวลต์ (GND) ดังนั้น มอเตอร์จะหมุนไปในทิศทางเดียว ซึ่งสอดคล้องกับศักย์ไฟฟ้าเชิงบวกของอินพุต A และศักย์ไฟฟ้าเชิงลบของอินพุต B

หากสถานะของสวิตช์ถูกเปลี่ยนโดยให้ TR1 ปิดอยู่ TR2 เปิดอยู่ TR3 เปิดอยู่ และ TR4 ปิดอยู่ กระแสไฟฟ้าของมอเตอร์จะไหลในทิศทางตรงกันข้าม ทำให้เกิดการย้อนกลับ

ด้วยการใช้ระดับลอจิกตรงข้าม "1" หรือ "0" บนอินพุต A และ B คุณสามารถควบคุมทิศทางการหมุนของมอเตอร์ได้

การกำหนดประเภทของทรานซิสเตอร์

ทรานซิสเตอร์แบบไบโพลาร์ใดๆ ก็ตามสามารถมองได้ว่าประกอบด้วยไดโอดสองตัวที่เชื่อมต่อกันจากด้านหลังไปด้านหลัง

เราสามารถใช้การเปรียบเทียบนี้เพื่อตรวจสอบว่าทรานซิสเตอร์เป็นประเภท PNP หรือ NPN โดยการทดสอบความต้านทานระหว่างขั้วต่อทั้งสามตัว การทดสอบแต่ละคู่ในทั้งสองทิศทางโดยใช้มัลติมิเตอร์ หลังจากการวัดหกครั้ง เราจะได้ผลลัพธ์ดังต่อไปนี้:

1. ตัวส่ง - ฐานสายเหล่านี้ควรทำหน้าที่เหมือนไดโอดปกติและนำกระแสไฟฟ้าไปในทิศทางเดียวเท่านั้น

2.นักสะสม - ฐานสายเหล่านี้ควรทำหน้าที่เหมือนไดโอดปกติและนำกระแสไฟฟ้าไปในทิศทางเดียวเท่านั้น

3. ตัวส่ง - นักสะสมไม่ควรสรุปข้อสรุปเหล่านี้ไปในทิศทางใด

ค่าความต้านทานการเปลี่ยนผ่านของทรานซิสเตอร์ทั้งสองชนิด

จากนั้นเราสามารถกำหนดทรานซิสเตอร์ PNP ให้แข็งแรงและปิดได้ กระแสไฟขาออกเล็กน้อยและแรงดันลบที่ฐาน (B) สัมพันธ์กับตัวปล่อย (E) จะเปิดออกและปล่อยให้กระแสตัวสะสมตัวส่งสัญญาณไหลมากขึ้น ทรานซิสเตอร์ PNP ดำเนินการที่ศักย์ตัวปล่อยเชิงบวก กล่าวอีกนัยหนึ่ง ทรานซิสเตอร์แบบไบโพลาร์ PNP จะดำเนินการเฉพาะในกรณีที่ฐานและขั้วสะสมเป็นลบเมื่อเทียบกับตัวปล่อย

ทรานซิสเตอร์แบบไบโพลาร์- อุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์อิเล็กทรอนิกส์ซึ่งเป็นทรานซิสเตอร์ชนิดหนึ่งที่ออกแบบมาเพื่อขยาย สร้าง และแปลงสัญญาณไฟฟ้า ทรานซิสเตอร์มีชื่อว่า ไบโพลาร์เนื่องจากผู้ให้บริการชาร์จสองประเภทมีส่วนร่วมในการทำงานของอุปกรณ์พร้อมกัน - อิเล็กตรอนและ หลุม. นี่คือความแตกต่างจากนี้ ขั้วเดียว(เอฟเฟกต์ภาคสนาม) ทรานซิสเตอร์ ซึ่งมีพาหะประจุเพียงชนิดเดียวเท่านั้นที่เกี่ยวข้อง

หลักการทำงานของทรานซิสเตอร์ทั้งสองประเภทนั้นคล้ายคลึงกับการทำงานของก๊อกน้ำที่ควบคุมการไหลของน้ำมีเพียงอิเล็กตรอนที่ไหลผ่านทรานซิสเตอร์เท่านั้น ในทรานซิสเตอร์แบบไบโพลาร์ กระแสสองกระแสไหลผ่านอุปกรณ์ - กระแสหลัก "ใหญ่" และกระแสควบคุม "เล็ก" กำลังไฟฟ้ากระแสหลักขึ้นอยู่กับกำลังควบคุม ด้วยทรานซิสเตอร์แบบเอฟเฟกต์สนามจะมีกระแสไฟฟ้าเพียงกระแสเดียวที่ไหลผ่านอุปกรณ์ซึ่งกำลังขึ้นอยู่กับสนามแม่เหล็กไฟฟ้า ในบทความนี้เราจะมาดูการทำงานของทรานซิสเตอร์แบบไบโพลาร์ให้ละเอียดยิ่งขึ้น

การออกแบบทรานซิสเตอร์แบบไบโพลาร์

ทรานซิสเตอร์แบบไบโพลาร์ประกอบด้วยชั้นเซมิคอนดักเตอร์สามชั้นและจุดเชื่อมต่อ PN สองจุด ทรานซิสเตอร์ PNP และ NPN มีความแตกต่างกันตามประเภทของการสลับของรูและค่าการนำไฟฟ้าของอิเล็กตรอน มันคล้ายกับไดโอดสองตัวที่เชื่อมต่อแบบเห็นหน้ากันหรือในทางกลับกัน

ทรานซิสเตอร์แบบไบโพลาร์มีหน้าสัมผัสสามจุด (อิเล็กโทรด) เรียกว่าหน้าสัมผัสที่ออกมาจากชั้นกลาง ฐาน.ขั้วไฟฟ้าสุดขั้วเรียกว่า นักสะสมและ ตัวส่ง (นักสะสมและ ตัวส่ง). ชั้นฐานมีความบางมากเมื่อเทียบกับตัวสะสมและตัวปล่อย นอกจากนี้ บริเวณเซมิคอนดักเตอร์ที่ขอบของทรานซิสเตอร์จะไม่สมมาตร ชั้นเซมิคอนดักเตอร์ที่ฝั่งคอลเลกเตอร์จะหนากว่าฝั่งตัวปล่อยเล็กน้อย นี่เป็นสิ่งจำเป็นเพื่อให้ทรานซิสเตอร์ทำงานได้อย่างถูกต้อง

ลองพิจารณากระบวนการทางกายภาพที่เกิดขึ้นระหว่างการทำงานของทรานซิสเตอร์แบบไบโพลาร์ สำหรับ ลองมาดูตัวอย่างกันแบบจำลอง NPN หลักการทำงานของทรานซิสเตอร์ PNP นั้นคล้ายคลึงกันเฉพาะขั้วของแรงดันไฟฟ้าระหว่างตัวสะสมและตัวปล่อยเท่านั้นที่จะตรงกันข้าม

ดังที่ได้กล่าวไว้แล้วในบทความเกี่ยวกับประเภทของการนำไฟฟ้าในเซมิคอนดักเตอร์ สารประเภท P มีรูไอออนที่มีประจุบวก สารชนิด N อิ่มตัวด้วยอิเล็กตรอนที่มีประจุลบ ในทรานซิสเตอร์ ความเข้มข้นของอิเล็กตรอนในบริเวณ N จะสูงกว่าความเข้มข้นของรูในบริเวณ P อย่างมีนัยสำคัญ

มาเชื่อมต่อแหล่งจ่ายแรงดันไฟฟ้าระหว่างตัวสะสมและตัวปล่อย V CE (V CE) ภายใต้การกระทำของมัน อิเล็กตรอนจากส่วน N บนจะเริ่มถูกดึงดูดไปยังเครื่องหมายบวกและรวมตัวกันใกล้กับตัวสะสม อย่างไรก็ตามกระแสไฟฟ้าจะไม่สามารถไหลได้เนื่องจากสนามไฟฟ้าของแหล่งจ่ายแรงดันไฟฟ้าไปไม่ถึงตัวปล่อย สิ่งนี้ถูกป้องกันโดยชั้นหนาของเซมิคอนดักเตอร์แบบสะสมบวกกับชั้นของเซมิคอนดักเตอร์ฐาน

ทีนี้มาเชื่อมต่อแรงดันไฟฟ้าระหว่างฐานและตัวปล่อย V BE แต่ต่ำกว่า V CE อย่างมาก (สำหรับทรานซิสเตอร์ซิลิคอนขั้นต่ำที่ต้องการ V BE คือ 0.6V) เนื่องจากชั้น P มีความบางมาก และมีแหล่งกำเนิดแรงดันไฟฟ้าเชื่อมต่อกับฐาน จึงจะสามารถ "เข้าถึง" ด้วยสนามไฟฟ้าบริเวณ N ของตัวปล่อย ภายใต้อิทธิพลของมัน อิเล็กตรอนจะถูกส่งไปยังฐาน บางส่วนจะเริ่มเติมรูที่อยู่ตรงนั้น (รวมใหม่) อีกส่วนจะไม่พบรูว่างเนื่องจากความเข้มข้นของรูในฐานจะต่ำกว่าความเข้มข้นของอิเล็กตรอนในตัวปล่อยมาก

เป็นผลให้ชั้นกลางของฐานอุดมด้วยอิเล็กตรอนอิสระ ส่วนใหญ่จะไปทางตัวสะสมเนื่องจากแรงดันไฟฟ้านั้นสูงกว่ามาก นอกจากนี้ยังอำนวยความสะดวกด้วยความหนาที่น้อยมากของชั้นกลาง อิเล็กตรอนบางส่วน แม้จะเล็กกว่ามาก แต่ก็ยังไหลไปทางด้านบวกของฐาน

เป็นผลให้เราได้รับกระแสสองกระแส: กระแสเล็ก - จากฐานถึงตัวปล่อย I BE และกระแสใหญ่ - จากตัวสะสมไปยังตัวปล่อย I CE

หากคุณเพิ่มแรงดันไฟฟ้าที่ฐาน อิเล็กตรอนก็จะสะสมอยู่ในชั้น P มากขึ้น เป็นผลให้กระแสฐานจะเพิ่มขึ้นเล็กน้อยและกระแสสะสมจะเพิ่มขึ้นอย่างมาก ดังนั้น, โดยมีการเปลี่ยนแปลงเล็กน้อยในกระแสฐาน Iบี กระแสสะสมฉันเปลี่ยนแปลงอย่างมากเอส นั่นคือสิ่งที่เกิดขึ้น การขยายสัญญาณในทรานซิสเตอร์แบบไบโพลาร์. อัตราส่วนของกระแสสะสม I C ต่อกระแสฐาน I B เรียกว่า ได้รับโดยปัจจุบัน กำหนด β , สวัสดีหรือ h21eขึ้นอยู่กับลักษณะเฉพาะของการคำนวณที่ทำกับทรานซิสเตอร์

แอมพลิฟายเออร์ทรานซิสเตอร์แบบไบโพลาร์ที่ง่ายที่สุด

ให้เราพิจารณารายละเอียดเพิ่มเติมเกี่ยวกับหลักการของการขยายสัญญาณในระนาบไฟฟ้าโดยใช้ตัวอย่างของวงจร ขอจองล่วงหน้าว่าโครงการนี้ไม่ถูกต้องทั้งหมด ไม่มีใครเชื่อมต่อแหล่งจ่ายแรงดันไฟ DC เข้ากับแหล่งจ่ายไฟ AC โดยตรง แต่ในกรณีนี้ จะง่ายกว่าและชัดเจนกว่าในการทำความเข้าใจกลไกการขยายสัญญาณโดยใช้ทรานซิสเตอร์แบบไบโพลาร์ นอกจากนี้ เทคนิคการคำนวณในตัวอย่างด้านล่างยังค่อนข้างง่ายอีกด้วย

1.คำอธิบายองค์ประกอบหลักของวงจร

สมมติว่าเรามีทรานซิสเตอร์ที่มีอัตราขยาย 200 (β = 200) ในด้านตัวสะสมเราจะเชื่อมต่อแหล่งพลังงาน 20V ที่ค่อนข้างทรงพลังเนื่องจากพลังงานที่จะเกิดการขยาย จากฐานของทรานซิสเตอร์เราเชื่อมต่อแหล่งพลังงาน 2V ที่อ่อนแอ เราจะเชื่อมต่อกับแหล่งจ่ายแรงดันไฟฟ้ากระแสสลับแบบอนุกรมในรูปแบบของคลื่นไซน์โดยมีแอมพลิจูดการสั่น 0.1V นี่จะเป็นสัญญาณที่ต้องขยาย จำเป็นต้องใช้ตัวต้านทาน Rb ใกล้ฐานเพื่อจำกัดกระแสที่มาจากแหล่งสัญญาณ ซึ่งโดยปกติจะมีพลังงานต่ำ

2. การคำนวณกระแสอินพุตฐาน I ข

ทีนี้ลองคำนวณกระแสฐาน I b กัน เนื่องจากเรากำลังเผชิญกับแรงดันไฟฟ้ากระแสสลับ เราจำเป็นต้องคำนวณค่าปัจจุบันสองค่า - ที่แรงดันไฟฟ้าสูงสุด (สูงสุด V) และค่าต่ำสุด (V นาที) ลองเรียกค่าปัจจุบันเหล่านี้ตามลำดับ - ฉัน bmax และฉัน bmin

นอกจากนี้ ในการคำนวณกระแสเบส คุณจำเป็นต้องทราบแรงดันไฟฟ้าเบส-อิมิตเตอร์ V BE มีจุดเชื่อมต่อ PN หนึ่งจุดระหว่างฐานและตัวปล่อย ปรากฎว่ากระแสฐาน "ตรงตาม" ไดโอดเซมิคอนดักเตอร์บนเส้นทางของมัน แรงดันไฟฟ้าที่ไดโอดเซมิคอนดักเตอร์เริ่มดำเนินการคือประมาณ 0.6V เราจะไม่ลงรายละเอียดเกี่ยวกับคุณลักษณะแรงดันไฟฟ้าของไดโอดและเพื่อความง่ายในการคำนวณเราจะใช้แบบจำลองโดยประมาณตามที่แรงดันไฟฟ้าของไดโอดที่มีกระแสไฟฟ้าอยู่ที่ 0.6V เสมอ ซึ่งหมายความว่าแรงดันไฟฟ้าระหว่างฐานและตัวปล่อยคือ V BE = 0.6V และเนื่องจากตัวส่งสัญญาณเชื่อมต่อกับกราวด์ (V E = 0) แรงดันไฟฟ้าจากฐานถึงกราวด์จึงเป็น 0.6V (V B = 0.6V)

ลองคำนวณ I bmax และฉัน bmin โดยใช้กฎของโอห์ม:

2. การคำนวณกระแสเอาต์พุตของตัวสะสม I C

ตอนนี้เมื่อทราบถึงกำไร (β = 200) คุณสามารถคำนวณค่าสูงสุดและต่ำสุดของตัวสะสมกระแสได้อย่างง่ายดาย (I cmax และ I cmin)

3. การคำนวณแรงดันเอาต์พุต V ออก

กระแสสะสมจะไหลผ่านตัวต้านทาน Rc ซึ่งเราได้คำนวณไว้แล้ว มันยังคงทดแทนค่า:

4. การวิเคราะห์ผลลัพธ์

ดังที่เห็นได้จากผลลัพธ์ V Cmax มีค่าน้อยกว่า V Cmin เนื่องจากแรงดันไฟฟ้าตกคร่อมตัวต้านทาน V Rc ถูกลบออกจากแรงดันไฟฟ้า VCC อย่างไรก็ตาม ในกรณีส่วนใหญ่ สิ่งนี้ไม่สำคัญ เนื่องจากเราสนใจส่วนประกอบที่แปรผันของสัญญาณ - แอมพลิจูด ซึ่งเพิ่มขึ้นจาก 0.1V เป็น 1V ความถี่และรูปร่างไซน์ซอยด์ของสัญญาณไม่มีการเปลี่ยนแปลง แน่นอนว่าอัตราส่วน V out / V ในสิบเท่านั้นยังห่างไกลจากตัวบ่งชี้ที่ดีที่สุดสำหรับแอมพลิฟายเออร์ แต่ค่อนข้างเหมาะสำหรับการอธิบายกระบวนการขยายสัญญาณ

เรามาสรุปหลักการทำงานของแอมพลิฟายเออร์ที่ใช้ทรานซิสเตอร์แบบไบโพลาร์ กระแส I b ไหลผ่านฐาน โดยมีส่วนประกอบคงที่และแปรผัน จำเป็นต้องมีส่วนประกอบคงที่เพื่อให้จุดเชื่อมต่อ PN ระหว่างฐานและตัวส่งสัญญาณเริ่มดำเนินการ - "เปิด" ที่จริงแล้วองค์ประกอบตัวแปรก็คือสัญญาณนั่นเอง (ข้อมูลที่เป็นประโยชน์) กระแสสะสม-ตัวปล่อยภายในทรานซิสเตอร์เป็นผลมาจากกระแสฐานคูณด้วยอัตราขยาย β ในทางกลับกัน แรงดันไฟฟ้าคร่อมตัวต้านทาน Rc เหนือตัวสะสมเป็นผลมาจากการคูณกระแสของตัวสะสมที่ขยายด้วยค่าตัวต้านทาน

ดังนั้นพิน V out จะรับสัญญาณที่มีแอมพลิจูดการแกว่งเพิ่มขึ้น แต่มีรูปร่างและความถี่เท่ากัน สิ่งสำคัญคือต้องเน้นว่าทรานซิสเตอร์ใช้พลังงานในการขยายจากแหล่งพลังงาน VCC หากแรงดันไฟฟ้าไม่เพียงพอ ทรานซิสเตอร์จะไม่สามารถทำงานได้เต็มที่ และสัญญาณเอาท์พุตอาจผิดเพี้ยน

โหมดการทำงานของทรานซิสเตอร์แบบไบโพลาร์

ตามระดับแรงดันไฟฟ้าบนอิเล็กโทรดของทรานซิสเตอร์มีโหมดการทำงานสี่โหมด:

• โหมดตัด.
• โหมดแอคทีฟ
• โหมดความอิ่มตัว
• โหมดย้อนกลับ

โหมดตัด

เมื่อแรงดันไฟฟ้าของตัวส่งสัญญาณฐานต่ำกว่า 0.6V - 0.7V จุดเชื่อมต่อ PN ระหว่างฐานและตัวส่งสัญญาณจะถูกปิด ในสถานะนี้ ทรานซิสเตอร์ไม่มีกระแสเบส เป็นผลให้ไม่มีกระแสสะสมเช่นกัน เนื่องจากไม่มีอิเล็กตรอนอิสระในฐานที่พร้อมจะเคลื่อนที่ไปสู่แรงดันไฟฟ้าของตัวสะสม ปรากฎว่าทรานซิสเตอร์ถูกล็อคอยู่เหมือนเดิมและพวกเขาบอกว่ามันอยู่ข้างใน โหมดตัด.

โหมดแอคทีฟ

ใน โหมดแอคทีฟแรงดันไฟฟ้าที่ฐานเพียงพอสำหรับจุดเชื่อมต่อ PN ระหว่างฐานและตัวปล่อยเพื่อเปิด ในสถานะนี้ ทรานซิสเตอร์มีกระแสฐานและกระแสสะสม กระแสสะสมเท่ากับกระแสฐานคูณด้วยเกน นั่นคือโหมดแอคทีฟเป็นโหมดการทำงานปกติของทรานซิสเตอร์ซึ่งใช้สำหรับการขยายสัญญาณ

โหมดความอิ่มตัว

บางครั้งกระแสเบสอาจจะสูงเกินไป เป็นผลให้กำลังจ่ายไม่เพียงพอที่จะให้ขนาดของกระแสสะสมที่จะสอดคล้องกับอัตราขยายของทรานซิสเตอร์ ในโหมดความอิ่มตัว กระแสสะสมจะเป็นค่าสูงสุดที่แหล่งจ่ายไฟสามารถให้ได้ และจะไม่ขึ้นอยู่กับกระแสพื้นฐาน ในสถานะนี้ ทรานซิสเตอร์ไม่สามารถขยายสัญญาณได้ เนื่องจากกระแสสะสมไม่ตอบสนองต่อการเปลี่ยนแปลงของกระแสฐาน

ในโหมดความอิ่มตัว ค่าการนำไฟฟ้าของทรานซิสเตอร์จะสูงสุดและเหมาะสำหรับการทำงานของสวิตช์ (สวิตช์) ในสถานะ "เปิด" มากกว่า ในทำนองเดียวกันในโหมดคัตออฟ ค่าการนำไฟฟ้าของทรานซิสเตอร์จะน้อยที่สุด และสอดคล้องกับสวิตช์ในสถานะปิด

โหมดผกผัน

ในโหมดนี้ บทบาทของตัวรวบรวมและตัวส่งตัวส่งจะเปลี่ยนไป: จุดเชื่อมต่อ PN ของตัวรวบรวมจะเอนเอียงไปในทิศทางไปข้างหน้า และจุดเชื่อมต่อตัวส่งจะเอนเอียงไปในทิศทางตรงกันข้าม เป็นผลให้กระแสไหลจากฐานไปยังตัวสะสม บริเวณเซมิคอนดักเตอร์ของตัวสะสมนั้นไม่สมมาตรกับตัวปล่อย และอัตราขยายในโหมดผกผันจะต่ำกว่าในโหมดแอคทีฟปกติ ทรานซิสเตอร์ได้รับการออกแบบในลักษณะที่ทำงานได้อย่างมีประสิทธิภาพมากที่สุดในโหมดแอคทีฟ ดังนั้นจึงไม่ได้ใช้ทรานซิสเตอร์ในโหมดผกผัน

พารามิเตอร์พื้นฐานของทรานซิสเตอร์แบบไบโพลาร์

กำไรปัจจุบัน– อัตราส่วนของกระแสสะสม I C ต่อกระแสฐาน I B กำหนด β , สวัสดีหรือ h21eขึ้นอยู่กับลักษณะเฉพาะของการคำนวณที่ทำกับทรานซิสเตอร์

β คือค่าคงที่สำหรับทรานซิสเตอร์หนึ่งตัว และขึ้นอยู่กับโครงสร้างทางกายภาพของอุปกรณ์ กำไรที่สูงจะคำนวณเป็นหลายร้อยหน่วย กำไรต่ำมีหน่วยเป็นสิบ สำหรับทรานซิสเตอร์ชนิดเดียวกันที่แยกจากกันสองตัว แม้ว่าจะเป็น "เพื่อนบ้านของท่อ" ในระหว่างการผลิต β อาจแตกต่างกันเล็กน้อย ลักษณะของทรานซิสเตอร์แบบไบโพลาร์นี้อาจเป็นสิ่งที่สำคัญที่สุด หากมักจะละเลยพารามิเตอร์อื่นของอุปกรณ์ในการคำนวณกำไรที่ได้รับในปัจจุบันก็แทบจะเป็นไปไม่ได้เลย

ความต้านทานอินพุต– ความต้านทานในทรานซิสเตอร์ที่ “ตรงตาม” กระแสเบส กำหนด อาร์ อิน (อาร์ อิน). ยิ่งมีขนาดใหญ่เท่าใดคุณสมบัติการขยายสัญญาณของอุปกรณ์ก็จะยิ่งดีเท่านั้น เนื่องจากที่ด้านฐานมักจะมีแหล่งกำเนิดสัญญาณอ่อนซึ่งจำเป็นต้องใช้กระแสไฟน้อยที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ ตัวเลือกที่สมบูรณ์แบบ- นี่คือเมื่อความต้านทานอินพุตมีค่าอนันต์

อินพุต R สำหรับทรานซิสเตอร์แบบไบโพลาร์โดยเฉลี่ยคือหลายร้อย KΩ (กิโลโอห์ม) ในกรณีนี้ ทรานซิสเตอร์แบบไบโพลาร์จะสูญเสียไปอย่างมากให้กับทรานซิสเตอร์สนามแม่เหล็ก โดยที่ความต้านทานอินพุตสูงถึงหลายร้อย GΩ (กิกะโอห์ม)

การนำไฟฟ้าขาออก- ค่าการนำไฟฟ้าของทรานซิสเตอร์ระหว่างตัวสะสมและตัวปล่อย ยิ่งค่าสื่อกระแสไฟฟ้าเอาต์พุตมากขึ้น กระแสไฟฟ้าของตัวสะสมและตัวปล่อยกระแสไฟฟ้าก็จะสามารถผ่านทรานซิสเตอร์ได้มากขึ้นโดยใช้กำลังไฟน้อยลง

นอกจากนี้ เมื่อค่าการนำไฟฟ้าเอาต์พุตเพิ่มขึ้น (หรือความต้านทานเอาต์พุตลดลง) โหลดสูงสุดที่แอมพลิฟายเออร์สามารถทนได้โดยมีการสูญเสียเล็กน้อยเพิ่มขึ้น ค่าสัมประสิทธิ์ทั่วไปได้รับ. ตัวอย่างเช่น หากทรานซิสเตอร์ที่มีค่าการนำไฟฟ้าเอาต์พุตต่ำจะขยายสัญญาณ 100 เท่าโดยไม่มีโหลด ดังนั้นเมื่อเชื่อมต่อโหลด 1 KΩ มันจะขยายเพียง 50 เท่าเท่านั้น ทรานซิสเตอร์ที่มีเกนเท่ากันแต่ค่าสื่อกระแสไฟฟ้าเอาท์พุตสูงกว่าจะมีเกนลดลงน้อยกว่า ตัวเลือกที่เหมาะสมที่สุดคือเมื่อค่าการนำไฟฟ้าเอาต์พุตมีค่าอนันต์ (หรือความต้านทานเอาต์พุต R ออก = 0 (R ออก = 0))

เราวิเคราะห์บทความดังนี้: พารามิเตอร์ที่สำคัญทรานซิสเตอร์เป็นค่าสัมประสิทธิ์เบต้า (β) . แต่มีอีกพารามิเตอร์ที่น่าสนใจในทรานซิสเตอร์ ในตัวเขาเองไม่มีนัยสำคัญ แต่เขาสามารถทำธุรกิจได้มากมาย! มันเหมือนกับก้อนกรวดที่เข้าไปในรองเท้าผ้าใบของนักกีฬา มันดูเล็ก แต่ก็ทำให้ไม่สะดวกในการวิ่ง แล้ว "ก้อนกรวด" นี้รบกวนทรานซิสเตอร์อย่างไร? มาดูกันว่า...

การเชื่อมต่อโดยตรงและย้อนกลับของจุดเชื่อมต่อ PN

อย่างที่เราจำได้ ทรานซิสเตอร์ประกอบด้วยสารกึ่งตัวนำสามตัว ซึ่งเราเรียกว่าตัวปล่อยฐาน ชุมทางตัวส่งสัญญาณและการเปลี่ยนแปลงของตัวรวบรวมฐานคือ การเปลี่ยนแปลงของนักสะสม

เนื่องจากในกรณีนี้เรามีทรานซิสเตอร์ NPN หมายความว่ากระแสจะไหลจากตัวสะสมไปยังตัวส่งสัญญาณโดยที่เราเปิดฐานโดยใช้แรงดันไฟฟ้ามากกว่า 0.6 โวลต์ลงไป (ก็เพื่อให้ทรานซิสเตอร์เปิด) .

สมมุติว่าลองใช้มีดบางๆ แล้วตัดตัวส่งสัญญาณออกไปตามทางแยก PN โดยตรง เราจะได้สิ่งนี้:

หยุด! เรามีไดโอดไหม? ใช่ เขาคือคนนั้น! โปรดจำไว้ว่าในบทความคุณลักษณะแรงดันไฟฟ้าปัจจุบัน (CVC) เราดูที่ CVC ของไดโอด:

ทางด้านขวาของคุณลักษณะแรงดันไฟฟ้าปัจจุบัน เราจะเห็นว่ากิ่งก้านของกราฟลอยขึ้นอย่างรวดเร็วมากเพียงใด ในกรณีนี้เราใช้แรงดันไฟฟ้าคงที่กับไดโอดเช่นนี้นั่นคือมันคือ การเชื่อมต่อโดยตรงของไดโอด

ไดโอดส่งกระแสไฟฟ้าผ่านตัวมันเอง เรายังทำการทดลองด้วยการเชื่อมต่อโดยตรงและย้อนกลับของไดโอด ใครจำไม่ได้ก็สามารถอ่านได้

แต่ถ้าคุณเปลี่ยนขั้ว

แล้วไดโอดของเราจะไม่ผ่านกระแส เราได้รับการสอนแบบนี้มาโดยตลอด และมีความจริงอยู่บ้าง แต่... โลกของเราไม่เหมาะ)

ทางแยก PN ทำงานอย่างไร เราคิดว่ามันเป็นช่องทาง ดังนั้นสำหรับภาพวาดนี้

ช่องทางของเราจะถูกพลิกคว่ำไปทางกระแสน้ำ

ทิศทางการไหลของน้ำคือทิศทางการเคลื่อนที่ กระแสไฟฟ้า. ช่องทางคือไดโอด แต่น้ำที่ไหลผ่านคอแคบของกรวยล่ะ? เราจะเรียกมันว่าอะไร? และก็เรียกว่า กระแสย้อนกลับของทางแยก PN (ฉันส่งคืน).

คุณคิดว่าถ้าเพิ่มความเร็วการไหลของน้ำปริมาณน้ำที่ไหลผ่านคอกรวยแคบจะเพิ่มขึ้นหรือไม่? อย่างแน่นอน! ซึ่งหมายความว่าหากคุณเพิ่มแรงดันไฟฟ้า คุณครับจากนั้นกระแสย้อนกลับจะเพิ่มขึ้น ฉันถึงแล้วซึ่งเป็นสิ่งที่เราเห็นทางด้านซ้ายของกราฟคุณลักษณะแรงดันไฟฟ้าปัจจุบันของไดโอด:

แต่ความเร็วของการไหลของน้ำจะเพิ่มขึ้นได้ขนาดไหน? ถ้ามันใหญ่มาก ช่องทางของเราจะไม่ทน ผนังจะแตก และมันจะปลิวว่อนเป็นชิ้น ๆ ใช่ไหม? ดังนั้นสำหรับแต่ละไดโอดคุณสามารถค้นหาพารามิเตอร์เช่น คุณรอบสูงสุดเกินกว่าที่ไดโอดจะเท่ากับความตาย

ตัวอย่างเช่นสำหรับไดโอด D226B:

คุณรอบสูงสุด= 500 โวลต์ และพัลส์ย้อนกลับสูงสุด คุณครับ การแสดงผลสูงสุด= 600 โวลต์ แต่โปรดจำไว้ว่า วงจรอิเล็กทรอนิกส์พวกเขาออกแบบอย่างที่พวกเขาพูดกันว่า “โดยมีอัตรากำไรขั้นต้น 30%” และแม้ว่าในวงจรแรงดันย้อนกลับของไดโอดจะเป็น 490 โวลต์ก็จะติดตั้งไดโอดที่ทนไฟได้มากกว่า 600 โวลต์ในวงจร เป็นการดีกว่าที่จะไม่เล่นกับค่าวิกฤต) แรงดันย้อนกลับแบบพัลส์คือแรงดันไฟกระชากฉับพลันที่สามารถเข้าถึงแอมพลิจูดสูงถึง 600 โวลต์ แต่ที่นี่ก็เช่นกัน จะดีกว่าถ้าใช้ระยะขอบเล็กน้อย

แล้ว... ทำไมฉันถึงทั้งหมดนี้เกี่ยวกับไดโอด และเกี่ยวกับไดโอด... มันเหมือนกับว่าเรากำลังศึกษาทรานซิสเตอร์ แต่ไม่ว่าใครก็ตามจะพูดอะไรก็ตาม ไดโอดคือส่วนประกอบสำคัญในการสร้างทรานซิสเตอร์ ดังนั้นถ้าเราใช้แรงดันย้อนกลับกับทางแยกของตัวสะสม กระแสย้อนกลับจะไหลผ่านทางแยกเหมือนในไดโอด? อย่างแน่นอน. และพารามิเตอร์นี้ในทรานซิสเตอร์เรียกว่า . เราแสดงว่ามันเป็น ฉัน KBOในหมู่ชนชั้นกระฎุมพี - ฉันซีบีโอ. หมายถึง “กระแสระหว่างตัวสะสมและฐาน โดยเปิดตัวปล่อย”. พูดง่ายๆ ก็คือ ขาของตัวส่งสัญญาณจะไม่เกาะอยู่ที่ไหนสักแห่งและแขวนอยู่ในอากาศ

ในการวัดกระแสย้อนกลับของตัวสะสมก็เพียงพอที่จะประกอบวงจรง่ายๆเหล่านี้:

สำหรับทรานซิสเตอร์ NPN สำหรับทรานซิสเตอร์ PNP

สำหรับทรานซิสเตอร์ซิลิคอน กระแสรีเวิร์สคอลเลคเตอร์จะน้อยกว่า 1 µA สำหรับทรานซิสเตอร์เจอร์เมเนียม: 1-30 µA เนื่องจากฉันวัดได้เพียง 10 µA และ ทรานซิสเตอร์เจอร์เมเนียมฉันไม่มีมันอยู่ในมือฉันก็ไม่สามารถทำการทดลองนี้ได้เนื่องจากความละเอียดของอุปกรณ์ไม่อนุญาต

เรายังไม่ได้ตอบคำถามว่าทำไมกระแสย้อนกลับของตัวสะสมจึงเป็นเช่นนั้น สำคัญและมีรายชื่ออยู่ในหนังสืออ้างอิง? ประเด็นก็คือในระหว่างการใช้งาน ทรานซิสเตอร์จะกระจายพลังงานบางส่วนออกสู่อวกาศ ซึ่งหมายความว่ามันจะร้อนขึ้น กระแสไฟแบบ Reverse Collector ขึ้นอยู่กับอุณหภูมิเป็นอย่างมาก และเพิ่มค่าเป็นสองเท่าทุกๆ 10 องศาเซลเซียส ไม่ แต่มีอะไรผิดปกติ? ปล่อยให้มันเติบโตมันดูไม่รบกวนใครเลย

ผลกระทบของกระแสสะสมย้อนกลับ

ประเด็นก็คือในวงจรสวิตชิ่งบางส่วนกระแสนี้ไหลผ่านทางแยกตัวปล่อย และอย่างที่เราจำได้ กระแสฐานจะไหลผ่านทางแยกตัวปล่อย ยิ่งกระแสควบคุม (กระแสเบส) มากเท่าใด กระแสควบคุม (กระแสคอลเลคเตอร์) ก็จะยิ่งมากขึ้นเท่านั้น เราพูดคุยเรื่องนี้ในบทความ ดังนั้นการเปลี่ยนแปลงเพียงเล็กน้อยของกระแสฐานทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงอย่างมากในกระแสของตัวสะสมและวงจรทั้งหมดเริ่มทำงานไม่ถูกต้อง

วิธีต่อสู้กับกระแสสะสมย้อนกลับ

ซึ่งหมายความว่าศัตรูที่สำคัญที่สุดของทรานซิสเตอร์คืออุณหภูมิ นักพัฒนาอุปกรณ์วิทยุอิเล็กทรอนิกส์ (REA) ต่อสู้กับมันอย่างไร

– ใช้ทรานซิสเตอร์ซึ่งกระแสรีเวิร์สคอลเลคเตอร์มีค่าน้อยมาก แน่นอนว่านี่คือทรานซิสเตอร์ซิลิคอน คำใบ้เล็กน้อย - การทำเครื่องหมายของทรานซิสเตอร์ซิลิคอนเริ่มต้นด้วยตัวอักษร "KT" ซึ่งหมายถึง ถึงเข็มขัด ตทรานซิสเตอร์.

– การใช้วงจรที่ลดกระแสย้อนกลับของตัวสะสมให้เหลือน้อยที่สุด

กระแสสะสมย้อนกลับเป็นพารามิเตอร์ที่สำคัญของทรานซิสเตอร์ มีระบุไว้ในแผ่นข้อมูลสำหรับทรานซิสเตอร์แต่ละตัว ในวงจรที่ใช้ภายใต้สภาวะที่มีอุณหภูมิสูงมาก กระแสย้อนกลับของตัวสะสมจะมีบทบาทอย่างมาก ดังนั้นหากคุณกำลังประกอบวงจรที่ไม่ใช้หม้อน้ำและพัดลมแน่นอนว่าควรใช้ทรานซิสเตอร์ที่มีกระแสสะสมย้อนกลับน้อยที่สุด