มีการอธิบายที่จำเป็นแล้ว เรามาเข้าประเด็นกันดีกว่า
ทรานซิสเตอร์- อุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์อิเล็กทรอนิกส์ซึ่งกระแสในวงจรของอิเล็กโทรดสองตัวถูกควบคุมโดยอิเล็กโทรดตัวที่สาม (transistors.ru)
อย่างรวดเร็วมาก ทรานซิสเตอร์เข้ามาแทนที่หลอดสุญญากาศในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ต่างๆ ในเรื่องนี้ความน่าเชื่อถือของอุปกรณ์ดังกล่าวเพิ่มขึ้นและขนาดลดลงอย่างมาก และจนถึงทุกวันนี้ ไม่ว่าวงจรไมโครจะ "ซับซ้อน" แค่ไหน แต่ก็ยังมีทรานซิสเตอร์จำนวนมาก (เช่นเดียวกับไดโอด ตัวเก็บประจุ ตัวต้านทาน ฯลฯ) ตัวเล็กมากเท่านั้น
อย่างไรก็ตาม ในตอนแรก "ทรานซิสเตอร์" เป็นตัวต้านทานซึ่งสามารถเปลี่ยนความต้านทานได้โดยใช้ปริมาณแรงดันไฟฟ้าที่ใช้ หากเราเพิกเฉยต่อฟิสิกส์ของกระบวนการ ทรานซิสเตอร์สมัยใหม่ก็สามารถแสดงเป็นความต้านทานที่ขึ้นอยู่กับสัญญาณที่จ่ายให้
ความแตกต่างระหว่างทรานซิสเตอร์ภาคสนามและทรานซิสเตอร์แบบไบโพลาร์คืออะไร? คำตอบอยู่ในชื่อของพวกเขาเอง ในทรานซิสเตอร์แบบไบโพลาร์ การถ่ายโอนประจุจะเกี่ยวข้องกับ และอิเล็กตรอน, และหลุม (“ อีกครั้ง” - สองครั้ง) และในสนาม (หรือที่เรียกว่า unipolar) - หรืออิเล็กตรอน, หรือหลุม
นอกจากนี้ ทรานซิสเตอร์ประเภทนี้ยังแตกต่างกันไปตามพื้นที่การใช้งาน ไบโพลาร์ส่วนใหญ่จะใช้ในเทคโนโลยีอะนาล็อกและภาคสนามในเทคโนโลยีดิจิทัล
และในที่สุดก็: พื้นที่หลักของการประยุกต์ใช้ทรานซิสเตอร์ใด ๆ- การเสริมกำลังสัญญาณอ่อนเนื่องจากแหล่งพลังงานเพิ่มเติม
ก่อนที่จะพิจารณาฟิสิกส์ของวิธีการทำงานของทรานซิสเตอร์ ให้เราสรุปปัญหาทั่วไปก่อน 
เป็นดังนี้: กระแสแรงไหลระหว่างตัวปล่อยและตัวสะสม ( กระแสสะสม) และระหว่างตัวปล่อยและฐานจะมีกระแสควบคุมที่อ่อนแอ ( กระแสฐาน- กระแสสะสมจะเปลี่ยนไปตามการเปลี่ยนแปลงของกระแสฐาน ทำไม
ลองพิจารณารอยต่อ p-n ของทรานซิสเตอร์ มีสองอย่าง: emitter-base (EB) และ base-collector (BC) ในโหมดการทำงานของทรานซิสเตอร์ที่ใช้งานอยู่ตัวแรกจะเชื่อมต่อกับอคติไปข้างหน้าและตัวที่สองจะเชื่อมต่อกับอคติย้อนกลับ จะเกิดอะไรขึ้นที่ทางแยก p-n? เพื่อความชัดเจนยิ่งขึ้น เราจะพิจารณาทรานซิสเตอร์แบบ n-p-n สำหรับ p-n-p ทุกอย่างจะคล้ายกัน เพียงคำว่า "อิเล็กตรอน" เท่านั้นที่ต้องแทนที่ด้วย "หลุม"
เนื่องจากทางแยก EB เปิดอยู่ อิเล็กตรอนจึง "วิ่งผ่าน" ไปยังฐานได้อย่างง่ายดาย ที่นั่นพวกมันกลับมารวมตัวกันอีกครั้งด้วยรู แต่ โอส่วนใหญ่เนื่องจากความหนาเล็กน้อยของฐานและการเติมสารต่ำจึงสามารถจัดการให้ถึงช่วงเปลี่ยนผ่านของตัวสะสมฐานได้ ซึ่งอย่างที่เราจำได้นั้นมีอคติแบบย้อนกลับ และเนื่องจากอิเล็กตรอนในฐานเป็นตัวพาประจุส่วนน้อย สนามไฟฟ้าของการเปลี่ยนแปลงจึงช่วยให้พวกมันเอาชนะมันได้ ดังนั้นกระแสของตัวสะสมจึงน้อยกว่ากระแสของตัวปล่อยเพียงเล็กน้อยเท่านั้น ตอนนี้ระวังมือของคุณ ถ้าคุณเพิ่มกระแสเบส จุดเชื่อมต่อ EB จะเปิดออกแรงมากขึ้น และอิเล็กตรอนจำนวนมากขึ้นจะสามารถเลื่อนไปมาระหว่างตัวปล่อยและตัวสะสมได้ และเนื่องจากกระแสสะสมนั้นมากกว่ากระแสพื้นฐานในตอนแรก การเปลี่ยนแปลงนี้จึงเห็นได้ชัดเจนมาก ดังนั้น, สัญญาณอ่อนที่ได้รับที่ฐานจะถูกขยาย- อีกครั้งที่การเปลี่ยนแปลงครั้งใหญ่ของกระแสสะสมเป็นการสะท้อนสัดส่วนของการเปลี่ยนแปลงเล็กน้อยของกระแสฐาน
ฉันจำได้ว่าหลักการทำงานของทรานซิสเตอร์แบบไบโพลาร์ได้รับการอธิบายให้เพื่อนร่วมชั้นของฉันฟังโดยใช้ตัวอย่างก๊อกน้ำ น้ำในนั้นคือกระแสสะสม และกระแสควบคุมพื้นฐานคือปริมาณที่เราหมุนลูกบิด แรงเพียงเล็กน้อย (การควบคุม) ก็เพียงพอที่จะเพิ่มการไหลของน้ำจากก๊อกน้ำได้
นอกเหนือจากกระบวนการที่พิจารณาแล้ว ยังมีปรากฏการณ์อื่นๆ อีกจำนวนหนึ่งที่สามารถเกิดขึ้นได้ที่จุดเชื่อมต่อ p-n ของทรานซิสเตอร์ ตัวอย่างเช่น เมื่อแรงดันไฟฟ้าเพิ่มขึ้นอย่างมากที่จุดเชื่อมต่อตัวสะสมฐาน การเพิ่มจำนวนประจุของหิมะถล่มอาจเริ่มต้นเนื่องจากการกระทบต่อไอออนไนซ์ เมื่อประกอบกับเอฟเฟกต์อุโมงค์ จะทำให้ไฟฟ้าเสียก่อน และจากนั้น (เมื่อกระแสเพิ่มขึ้น) จะมีการสลายความร้อน อย่างไรก็ตาม การพังทลายเนื่องจากความร้อนในทรานซิสเตอร์สามารถเกิดขึ้นได้โดยไม่มีการพังทลายทางไฟฟ้า (เช่น โดยไม่เพิ่มแรงดันไฟฟ้าของตัวสะสมเป็นแรงดันพังทลาย) กระแสไฟฟ้าที่มากเกินไปผ่านตัวสะสมจะเพียงพอสำหรับสิ่งนี้
ปรากฏการณ์อีกประการหนึ่งเกิดจากการที่เมื่อแรงดันไฟฟ้าบนจุดเชื่อมต่อตัวสะสมและตัวปล่อยการเปลี่ยนแปลง ความหนาของมันจะเปลี่ยนไป และถ้าฐานบางเกินไปก็อาจเกิดเอฟเฟกต์การปิด (ที่เรียกว่า "การเจาะ" ของฐาน) - การเชื่อมต่อระหว่างทางแยกของตัวรวบรวมและทางแยกของตัวปล่อย ในกรณีนี้บริเวณฐานจะหายไปและทรานซิสเตอร์หยุดทำงานตามปกติ
กระแสสะสมของทรานซิสเตอร์ในโหมดแอคทีฟปกติของทรานซิสเตอร์มีค่ามากกว่ากระแสฐานตามจำนวนครั้งที่กำหนด เบอร์นี้มีชื่อว่า กำไรปัจจุบันและเป็นหนึ่งในตัวแปรหลักของทรานซิสเตอร์ มันถูกกำหนดไว้ h21- หากทรานซิสเตอร์เปิดอยู่โดยไม่มีโหลดบนตัวสะสม ดังนั้นที่แรงดันไฟฟ้าของตัวสะสม - อิมิตเตอร์คงที่อัตราส่วนของกระแสของตัวสะสมต่อกระแสฐานจะให้ อัตราขยายกระแสคงที่- อาจมีค่าเท่ากับสิบหรือหลายร้อยหน่วย แต่ก็ควรพิจารณาถึงความจริงที่ว่าในวงจรจริงค่าสัมประสิทธิ์นี้มีค่าน้อยกว่าเนื่องจากความจริงที่ว่าเมื่อเปิดโหลดกระแสไฟฟ้าของตัวสะสมจะลดลงตามธรรมชาติ
พารามิเตอร์ที่สำคัญที่สองคือ ความต้านทานอินพุตของทรานซิสเตอร์- ตามกฎของโอห์ม มันคืออัตราส่วนของแรงดันไฟฟ้าระหว่างฐานและตัวปล่อยต่อกระแสควบคุมของฐาน ยิ่งมีขนาดใหญ่ กระแสฐานก็จะยิ่งต่ำลงและอัตราขยายก็จะสูงขึ้นตามไปด้วย
พารามิเตอร์ที่สามของทรานซิสเตอร์แบบไบโพลาร์คือ แรงดันไฟฟ้าที่ได้รับ- เท่ากับอัตราส่วนของแอมพลิจูดหรือค่าประสิทธิผลของเอาต์พุต (ตัวสะสมตัวปล่อย) และแรงดันไฟฟ้าสลับอินพุต (ตัวปล่อยฐาน) เนื่องจากค่าแรกมักจะมีขนาดใหญ่มาก (หน่วยและสิบโวลต์) และค่าที่สองมีขนาดเล็กมาก (หนึ่งในสิบของโวลต์) สัมประสิทธิ์นี้จึงสามารถเข้าถึงหลายหมื่นหน่วย เป็นที่น่าสังเกตว่าสัญญาณควบคุมแต่ละฐานมีแรงดันไฟฟ้าเพิ่มขึ้นของตัวเอง
ทรานซิสเตอร์ก็มี การตอบสนองความถี่ซึ่งแสดงถึงความสามารถของทรานซิสเตอร์ในการขยายสัญญาณที่มีความถี่เข้าใกล้ความถี่ในการขยายแบบคัตออฟ ความจริงก็คือเมื่อความถี่ของสัญญาณอินพุตเพิ่มขึ้น อัตราขยายจะลดลง นี่เป็นเพราะความจริงที่ว่าเวลาที่จะเกิดขึ้นของกระบวนการทางกายภาพหลัก (เวลาของการเคลื่อนที่ของพาหะจากตัวปล่อยไปยังตัวสะสม, ประจุและการปล่อยทางแยกของสิ่งกีดขวางแบบ capacitive) จะสอดคล้องกับระยะเวลาของการเปลี่ยนแปลงของสัญญาณอินพุต . เหล่านั้น. ทรานซิสเตอร์ไม่มีเวลาตอบสนองต่อการเปลี่ยนแปลงของสัญญาณอินพุตและเมื่อถึงจุดหนึ่งก็หยุดขยายสัญญาณ ความถี่ที่เกิดเหตุการณ์นี้เรียกว่า ขอบเขต.
นอกจากนี้ พารามิเตอร์ของทรานซิสเตอร์แบบไบโพลาร์คือ:
สัญลักษณ์สำหรับทรานซิสเตอร์ n-p-n และ p-n-p จะแตกต่างกันเฉพาะในทิศทางของลูกศรที่ระบุตัวปล่อย มันแสดงให้เห็นว่ากระแสไหลในทรานซิสเตอร์ที่กำหนดอย่างไร
เนื่องจากทรานซิสเตอร์มีหน้าสัมผัสสามจุด โดยทั่วไปจึงต้องจ่ายพลังงานจากแหล่งสองแหล่งซึ่งรวมกันแล้วจะผลิตเอาต์พุตสี่ตัว ดังนั้นหน้าสัมผัสทรานซิสเตอร์ตัวใดตัวหนึ่งจะต้องได้รับแรงดันไฟฟ้าที่มีสัญญาณเดียวกันจากทั้งสองแหล่ง และขึ้นอยู่กับชนิดของหน้าสัมผัส มีสามวงจรสำหรับเชื่อมต่อทรานซิสเตอร์แบบไบโพลาร์: ด้วยตัวปล่อยร่วม (CE), ตัวสะสมร่วม (OC) และฐานร่วม (CB) แต่ละคนมีทั้งข้อดีและข้อเสีย ทางเลือกระหว่างพวกเขาขึ้นอยู่กับว่าพารามิเตอร์ใดที่สำคัญสำหรับเราและสามารถเสียสละได้
แต่นอกเหนือจากข้อดีทั้งหมดแล้ว โครงการ OE ยังมีข้อเสียเปรียบที่สำคัญอีกด้วย ความจริงที่ว่าการเพิ่มความถี่และอุณหภูมิทำให้คุณสมบัติการขยายของทรานซิสเตอร์ลดลงอย่างมาก ดังนั้นหากทรานซิสเตอร์ต้องทำงานที่ความถี่สูง ก็ควรใช้วงจรสวิตชิ่งอื่นจะดีกว่า เช่นมีฐานร่วม
ในวงจรฐานร่วม เฟสสัญญาณจะไม่กลับด้าน และระดับเสียงที่ความถี่สูงจะลดลง แต่ดังที่ได้กล่าวไปแล้ว กำไรในปัจจุบันจะน้อยกว่าความสามัคคีเล็กน้อยเสมอ จริงอยู่ แรงดันไฟฟ้าที่ได้รับที่นี่จะเหมือนกับในวงจรที่มีตัวปล่อยทั่วไป ข้อเสียของวงจรฐานทั่วไปยังรวมถึงความจำเป็นในการใช้แหล่งจ่ายไฟสองตัว
ฉันขอเตือนคุณว่าการตอบรับเชิงลบเป็นการตอบรับที่สัญญาณเอาท์พุตถูกป้อนกลับไปยังอินพุตซึ่งจะช่วยลดระดับของสัญญาณอินพุต ดังนั้นการปรับอัตโนมัติจึงเกิดขึ้นเมื่อพารามิเตอร์สัญญาณอินพุตเปลี่ยนแปลงโดยไม่ตั้งใจ
อัตราขยายปัจจุบันเกือบจะเหมือนกับในวงจรตัวปล่อยทั่วไป แต่แรงดันไฟฟ้าที่ได้รับมีน้อย (ข้อเสียเปรียบหลักของวงจรนี้) มันเข้าใกล้ความสามัคคี แต่ก็น้อยกว่ามันเสมอ ดังนั้นพลังที่ได้รับจึงเท่ากับไม่กี่สิบหน่วยเท่านั้น
ในวงจรคอลเลคเตอร์ทั่วไป ไม่มีการเลื่อนเฟสระหว่างแรงดันอินพุตและเอาต์พุต เนื่องจากแรงดันไฟฟ้าที่เพิ่มขึ้นใกล้เคียงกับความสามัคคี แรงดันไฟฟ้าเอาต์พุตจึงตรงกับแรงดันไฟฟ้าอินพุตในเฟสและแอมพลิจูด กล่าวคือ ทำซ้ำ นั่นคือสาเหตุที่วงจรดังกล่าวเรียกว่าผู้ติดตามตัวปล่อย ตัวส่งสัญญาณ - เนื่องจากแรงดันเอาต์พุตถูกลบออกจากตัวส่งสัญญาณที่สัมพันธ์กับสายทั่วไป
การเชื่อมต่อนี้ใช้เพื่อจับคู่สเตจของทรานซิสเตอร์ หรือเมื่อแหล่งสัญญาณอินพุตมีอิมพีแดนซ์อินพุตสูง (เช่น ปิ๊กโซอิเล็กทริกหรือไมโครโฟนคอนเดนเซอร์)
อาจจำเป็นต้องมีทรานซิสเตอร์ที่มีความไวที่ดีและในขณะเดียวกันก็ได้รับผลดี ในกรณีเช่นนี้ จะใช้น้ำตกของทรานซิสเตอร์ที่มีความละเอียดอ่อนแต่กำลังต่ำ (VT1 ในรูป) ซึ่งควบคุมแหล่งจ่ายไฟของเพื่อนที่ทรงพลังกว่า (VT2 ในรูป) 
ความคิดเห็นที่เป็นประโยชน์:
http://habrahabr.ru/blogs/easyelectronics/133136/#comment_4419173
แท็ก: เพิ่มแท็ก
ในบทความนี้เราจะพูดถึงทรานซิสเตอร์ เราจะแสดงไดอะแกรมสำหรับการเชื่อมต่อและการคำนวณน้ำตกของทรานซิสเตอร์ด้วยตัวปล่อยทั่วไป
ทรานซิสเตอร์เป็นอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์สำหรับขยาย สร้าง และแปลงการสั่นทางไฟฟ้า สร้างขึ้นจากเซมิคอนดักเตอร์ผลึกเดี่ยว ( ศรี– ซิลิคอนหรือ จีอี- เจอร์เมเนียม) ซึ่งมีอย่างน้อยสามพื้นที่ที่มีระบบอิเล็กทรอนิกส์ต่างกัน ( n) และรู ( พี) - การนำไฟฟ้า คิดค้นในปี 1948 โดยชาวอเมริกัน W. Shockley, W. Brattain และ J. Bardeen ขึ้นอยู่กับโครงสร้างทางกายภาพและกลไกการควบคุมกระแสไฟฟ้า ทรานซิสเตอร์จะถูกแบ่งออกเป็นไบโพลาร์ (มักเรียกว่าทรานซิสเตอร์) และยูนิโพลาร์ (มักเรียกว่าทรานซิสเตอร์ฟิลด์เอฟเฟกต์) ในระยะแรก ซึ่งมีการเปลี่ยนผ่านหลุมอิเล็กตรอนตั้งแต่สองครั้งขึ้นไป ทั้งอิเล็กตรอนและหลุมทำหน้าที่เป็นตัวพาประจุ ส่วนในวินาทีนั้น ไม่ว่าอิเล็กตรอนหรือหลุมก็ตาม คำว่า "ทรานซิสเตอร์" มักใช้เพื่ออ้างถึงเครื่องรับกระจายเสียงแบบพกพาโดยใช้อุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์
กระแสในวงจรเอาท์พุตถูกควบคุมโดยการเปลี่ยนแรงดันไฟฟ้าอินพุตหรือกระแส การเปลี่ยนแปลงเล็กน้อยในปริมาณอินพุตสามารถนำไปสู่การเปลี่ยนแปลงแรงดันและกระแสเอาท์พุตที่ใหญ่ขึ้นอย่างมีนัยสำคัญ คุณสมบัติการขยายของทรานซิสเตอร์นี้ใช้ในเทคโนโลยีแอนะล็อก (ทีวีแอนะล็อก วิทยุ การสื่อสาร ฯลฯ)
ทรานซิสเตอร์แบบไบโพลาร์สามารถเป็นได้ n-p-nและ พี-เอ็น-พีการนำไฟฟ้า โดยไม่ต้องมองเข้าไปในด้านในของทรานซิสเตอร์เราสามารถสังเกตความแตกต่างของการนำไฟฟ้าได้เฉพาะในขั้วของการเชื่อมต่อในวงจรที่ใช้งานได้จริงของแหล่งจ่ายไฟตัวเก็บประจุและไดโอดที่เป็นส่วนหนึ่งของวงจรเหล่านี้ รูปทางด้านขวาแสดงเป็นภาพกราฟิก n-p-nและ พี-เอ็น-พีทรานซิสเตอร์
ทรานซิสเตอร์มีสามขั้ว หากเราพิจารณาทรานซิสเตอร์เป็นเครือข่ายสี่เทอร์มินัล ก็ควรมีเทอร์มินัลอินพุตสองตัวและเอาต์พุตสองตัว ดังนั้นพินตัวใดตัวหนึ่งจะต้องเหมือนกันสำหรับทั้งวงจรอินพุตและเอาต์พุต
วงจรเชื่อมต่อทรานซิสเตอร์ที่มีตัวปล่อยร่วม– ออกแบบมาเพื่อขยายแอมพลิจูดของสัญญาณอินพุตในแรงดันและกระแส ในกรณีนี้ สัญญาณอินพุตซึ่งขยายโดยทรานซิสเตอร์จะกลับด้าน กล่าวอีกนัยหนึ่ง เฟสของสัญญาณเอาท์พุตจะหมุน 180 องศา วงจรนี้เป็นวงจรหลักสำหรับขยายสัญญาณที่มีขนาดและรูปร่างต่างกัน ความต้านทานอินพุตของทรานซิสเตอร์คาสเคดที่มี OE อยู่ในช่วงตั้งแต่หลายร้อยโอห์มไปจนถึงไม่กี่กิโลโอห์ม และความต้านทานเอาต์พุต - ตั้งแต่ไม่กี่ถึงสิบกิโลโอห์ม
แผนภาพการเชื่อมต่อสำหรับทรานซิสเตอร์ที่มีตัวสะสมทั่วไป– ออกแบบมาเพื่อขยายแอมพลิจูดของสัญญาณอินพุตตามกระแส ไม่มีแรงดันไฟฟ้าเพิ่มขึ้นในวงจรดังกล่าว มันจะถูกต้องมากกว่าถ้าบอกว่าแรงดันไฟฟ้าที่ได้รับนั้นน้อยกว่าความสามัคคีด้วยซ้ำ สัญญาณอินพุตจะไม่กลับด้านโดยทรานซิสเตอร์
ความต้านทานอินพุตของทรานซิสเตอร์คาสเคดที่มีค่า OK อยู่ในช่วงตั้งแต่สิบถึงหลายร้อยกิโลโอห์ม และความต้านทานเอาต์พุตอยู่ภายในหลายร้อยโอห์ม - หน่วยของกิโลโอห์ม เนื่องจากวงจรอีซีแอลมักจะมีตัวต้านทานโหลด วงจรจึงมีความต้านทานอินพุตสูง นอกจากนี้เนื่องจากมีการขยายกระแสอินพุตทำให้มีความสามารถในการรับน้ำหนักสูง คุณสมบัติเหล่านี้ของวงจรตัวรวบรวมร่วมใช้เพื่อจับคู่ระยะของทรานซิสเตอร์ ซึ่งเป็น "ระยะบัฟเฟอร์" เนื่องจากสัญญาณอินพุตโดยไม่เพิ่มแอมพลิจูดจะถูก "ทำซ้ำ" ที่เอาต์พุตวงจรสำหรับการเปิดทรานซิสเตอร์ด้วยตัวสะสมทั่วไปจึงถูกเรียกว่า ผู้ติดตามอีซีแอล.
นอกจากนี้ยังมี วงจรเชื่อมต่อทรานซิสเตอร์ที่มีฐานร่วม- รูปแบบการรวมนี้มีอยู่ในทฤษฎี แต่ในทางปฏิบัติเป็นการยากมากที่จะนำไปปฏิบัติ วงจรสวิตชิ่งนี้ใช้ในเทคโนโลยีความถี่สูง ลักษณะเฉพาะของมันคือมีอิมพีแดนซ์อินพุตต่ำ และเป็นการยากที่จะจับคู่คาสเคดกับอินพุต ฉันมีประสบการณ์ด้านอิเล็กทรอนิกส์มาไม่น้อย แต่เมื่อพูดถึงวงจรทรานซิสเตอร์นี้ ฉันขอโทษ ฉันไม่รู้อะไรเลย! ฉันใช้มันสองสามครั้งเป็นวงจร "ของคนอื่น" แต่ไม่เคยคิดออก ให้ฉันอธิบาย: ตามกฎหมายทางกายภาพทั้งหมด ทรานซิสเตอร์ถูกควบคุมโดยฐานของมัน หรือโดยกระแสที่ไหลไปตามเส้นทางตัวปล่อยฐาน การใช้ขั้วต่ออินพุตของทรานซิสเตอร์ - ฐานที่เอาต์พุต - ไม่สามารถทำได้ ในความเป็นจริงฐานของทรานซิสเตอร์นั้น "เชื่อมต่อ" กับตัวเครื่องด้วยความถี่สูงผ่านตัวเก็บประจุ แต่ไม่ได้ใช้ที่เอาต์พุต และในทางไฟฟ้าด้วยตัวต้านทานความต้านทานสูง ฐานจะเชื่อมต่อกับเอาต์พุตของคาสเคด (ใช้อคติ) แต่คุณสามารถใช้ออฟเซ็ตได้จากทุกที่ แม้แต่จากแหล่งเพิ่มเติมก็ตาม ในทำนองเดียวกันสัญญาณของรูปร่างใด ๆ ที่เข้าสู่ฐานจะถูกดับผ่านตัวเก็บประจุตัวเดียวกัน เพื่อให้น้ำตกทำงานได้เทอร์มินัลอินพุต - ตัวส่งสัญญาณผ่านตัวต้านทานความต้านทานต่ำจะถูก "ปลูก" บนตัวเครื่องดังนั้นความต้านทานอินพุตต่ำ โดยทั่วไป วงจรการเชื่อมต่อสำหรับทรานซิสเตอร์ที่มีฐานร่วมเป็นหัวข้อสำหรับนักทฤษฎีและนักทดลอง ในทางปฏิบัติมันหายากมาก ในการออกแบบวงจรของฉัน ฉันไม่เคยพบความจำเป็นในการใช้วงจรทรานซิสเตอร์ที่มีฐานร่วมเลย คุณสมบัติของวงจรเชื่อมต่อนี้อธิบายได้: ความต้านทานอินพุตมีตั้งแต่หน่วยถึงสิบโอห์ม และความต้านทานเอาต์พุตมีตั้งแต่หลายร้อยกิโลโอห์มถึงหลายเมกะโอห์ม พารามิเตอร์เฉพาะดังกล่าวมีความจำเป็นน้อยมาก
ทรานซิสเตอร์แบบไบโพลาร์สามารถทำงานในโหมดสวิตชิ่งและโหมดเชิงเส้น (ขยาย) โหมดสวิตช์ใช้ในวงจรควบคุม วงจรลอจิก ฯลฯ ในโหมดคีย์ ทรานซิสเตอร์สามารถอยู่ในสถานะการทำงานสองสถานะ - สถานะเปิด (อิ่มตัว) และสถานะปิด (ล็อค) โหมดเชิงเส้น (ขยาย) ใช้ในวงจรเพื่อขยายสัญญาณฮาร์มอนิก และต้องรักษาทรานซิสเตอร์ให้อยู่ในสถานะเปิด "ครึ่ง" แต่ไม่อิ่มตัว
เพื่อศึกษาการทำงานของทรานซิสเตอร์ เราจะพิจารณาวงจรเชื่อมต่อของทรานซิสเตอร์ตัวปล่อยทั่วไปเป็นวงจรเชื่อมต่อที่สำคัญที่สุด
แผนภาพแสดงในรูป บนแผนภาพ เวอร์มอนต์- ทรานซิสเตอร์นั้นเอง ตัวต้านทาน อาร์ ข1และ อาร์ บี2– วงจรไบแอสของทรานซิสเตอร์ซึ่งเป็นตัวแบ่งแรงดันไฟฟ้าธรรมดา วงจรนี้ทำให้แน่ใจว่าทรานซิสเตอร์มีความเอนเอียงไปที่ "จุดปฏิบัติการ" ในโหมดขยายสัญญาณฮาร์มอนิกโดยไม่ผิดเพี้ยน ตัวต้านทาน อาร์ถึง– ตัวต้านทานโหลดของทรานซิสเตอร์คาสเคด ออกแบบมาเพื่อจ่ายกระแสไฟฟ้าจากแหล่งพลังงานไปยังตัวสะสมทรานซิสเตอร์ และจำกัดกระแสไฟฟ้าให้อยู่ในโหมดทรานซิสเตอร์ "เปิด" ตัวต้านทาน อีกครั้ง– ตัวต้านทานป้อนกลับจะเพิ่มความต้านทานอินพุตของคาสเคดโดยเนื้อแท้ ในขณะที่ลดอัตราขยายของสัญญาณอินพุต ตัวเก็บประจุ C ทำหน้าที่แยกกระแสไฟฟ้าจากอิทธิพลของวงจรภายนอก
เพื่อให้ชัดเจนยิ่งขึ้นว่าทรานซิสเตอร์แบบไบโพลาร์ทำงานอย่างไร เราจะทำการเปรียบเทียบกับตัวแบ่งแรงดันไฟฟ้าทั่วไป (ดูรูปด้านล่าง) เริ่มต้นด้วยตัวต้านทาน ร 2มาทำให้ตัวแบ่งแรงดันไฟฟ้าสามารถควบคุมได้ (ตัวแปร) ด้วยการเปลี่ยนความต้านทานของตัวต้านทานนี้จากศูนย์เป็นค่าที่มาก "ไม่สิ้นสุด" เราสามารถรับแรงดันไฟฟ้าที่เอาต์พุตของตัวหารดังกล่าวจากศูนย์เป็นค่าที่จ่ายให้กับอินพุต ทีนี้ลองจินตนาการว่าตัวต้านทาน ร 1ตัวแบ่งแรงดันไฟฟ้าคือตัวต้านทานแบบสะสมของสเตจทรานซิสเตอร์และตัวต้านทาน ร 2ตัวแบ่งแรงดันไฟฟ้าคือจุดเชื่อมต่อตัวสะสมและตัวปล่อยของทรานซิสเตอร์ ในเวลาเดียวกันด้วยการใช้การดำเนินการควบคุมในรูปของกระแสไฟฟ้าที่ฐานของทรานซิสเตอร์เราจะเปลี่ยนความต้านทานของทางแยกตัวสะสม - ตัวปล่อยซึ่งจะเป็นการเปลี่ยนพารามิเตอร์ของตัวแบ่งแรงดันไฟฟ้า ความแตกต่างจากตัวต้านทานแบบแปรผันคือทรานซิสเตอร์ถูกควบคุมโดยกระแสไฟฟ้าอ่อน นี่คือการทำงานของทรานซิสเตอร์แบบไบโพลาร์ ข้างต้นแสดงไว้ในภาพด้านล่าง:
เพื่อให้ทรานซิสเตอร์ทำงานในโหมดขยายสัญญาณโดยไม่บิดเบือนสัญญาณหลังจำเป็นต้องตรวจสอบให้แน่ใจว่าโหมดการทำงานนี้ดี พวกเขาพูดถึงการเปลี่ยนฐานของทรานซิสเตอร์ ผู้เชี่ยวชาญที่มีความสามารถสนุกสนานกับกฎ: ทรานซิสเตอร์ถูกควบคุมโดยกระแส - นี่คือสัจพจน์ แต่โหมดไบแอสของทรานซิสเตอร์นั้นถูกกำหนดโดยแรงดันเบส - อิมิตเตอร์และไม่ใช่โดยกระแส - นี่คือความจริง และสำหรับคนที่ไม่คำนึงถึงแรงดันไบแอส ก็จะไม่มีแอมพลิฟายเออร์ทำงาน ดังนั้นจึงต้องคำนึงถึงมูลค่าของมันในการคำนวณ
ดังนั้นการทำงานของน้ำตกทรานซิสเตอร์แบบไบโพลาร์ในโหมดแอมพลิฟายเออร์จึงเกิดขึ้นที่แรงดันไบแอสที่แน่นอนที่ทางแยกฐาน-อิมิตเตอร์ สำหรับทรานซิสเตอร์ซิลิคอน แรงดันไบอัสจะอยู่ในช่วง 0.6...0.7 โวลต์ สำหรับทรานซิสเตอร์เจอร์เมเนียม - 0.2...0.3 โวลต์ เมื่อทราบแนวคิดนี้ คุณไม่เพียงแต่สามารถคำนวณสเตจของทรานซิสเตอร์ได้เท่านั้น แต่ยังตรวจสอบความสามารถในการให้บริการของสเตจของแอมป์ทรานซิสเตอร์ได้ด้วย ก็เพียงพอแล้วที่จะใช้มัลติมิเตอร์ที่มีความต้านทานภายในสูงในการวัดแรงดันไบแอสของตัวส่งสัญญาณฐานของทรานซิสเตอร์ หากไม่ตรงกับ 0.6...0.7 โวลต์สำหรับซิลิคอน หรือ 0.2...0.3 โวลต์สำหรับเจอร์เมเนียม ให้มองหาข้อผิดพลาดที่นี่ - ทรานซิสเตอร์มีข้อบกพร่อง หรือวงจรไบแอสหรือการแยกตัวของน้ำตกทรานซิสเตอร์นี้มีข้อผิดพลาด .
ภาพด้านบนแสดงบนกราฟ - คุณลักษณะแรงดันไฟฟ้าปัจจุบัน (ลักษณะโวลต์ - แอมแปร์)
"ผู้เชี่ยวชาญ" ส่วนใหญ่จะพิจารณาคุณลักษณะแรงดันไฟฟ้าในปัจจุบันจะพูดว่า: กราฟกลางเขียนเรื่องไร้สาระประเภทใด นี่ไม่ใช่ลักษณะของเอาท์พุตของทรานซิสเตอร์! ปรากฏบนกราฟด้านขวา! ฉันจะตอบว่าทุกอย่างถูกต้องและเริ่มจากหลอดสุญญากาศอิเล็กตรอน ก่อนหน้านี้ ลักษณะเฉพาะของแรงดันกระแสไฟของหลอดไฟถือเป็นแรงดันตกคร่อมตัวต้านทานแอโนด ตอนนี้ พวกเขายังคงวัดตัวต้านทานแบบสะสมต่อไป และบนกราฟ พวกเขาเพิ่มตัวอักษรที่ระบุแรงดันไฟฟ้าตกคร่อมทรานซิสเตอร์ ซึ่งเข้าใจผิดอย่างมาก บนกราฟด้านซ้าย ฉัน ข – ยู ขนำเสนอลักษณะอินพุตของทรานซิสเตอร์ บนแผนภูมิกลาง ฉัน เค – ยู เคนำเสนอคุณลักษณะแรงดันกระแสไฟขาออกของทรานซิสเตอร์ และบนกราฟด้านขวา ไอ อาร์ – ยู อาร์แสดงกราฟแรงดันกระแสของตัวต้านทานโหลด อาร์ถึงซึ่งโดยปกติจะถูกส่งผ่านเป็นคุณลักษณะแรงดันไฟฟ้าของทรานซิสเตอร์นั่นเอง
กราฟมีส่วนเชิงเส้นที่ใช้ในการขยายสัญญาณอินพุตเชิงเส้น ซึ่งจำกัดด้วยจุด กและ กับ- จุดกึ่งกลาง – ในคือจุดที่จำเป็นต้องมีทรานซิสเตอร์ที่ทำงานในโหมดขยายเสียง จุดนี้สอดคล้องกับแรงดันไบแอสที่แน่นอน ซึ่งโดยปกติจะใช้ในการคำนวณ: 0.66 โวลต์สำหรับทรานซิสเตอร์ซิลิคอน หรือ 0.26 โวลต์สำหรับทรานซิสเตอร์เจอร์เมเนียม
ตามลักษณะแรงดันไฟฟ้าปัจจุบันของทรานซิสเตอร์ เราจะเห็นสิ่งต่อไปนี้: ในกรณีที่ไม่มีหรือแรงดันไบแอสต่ำที่ทางแยกฐาน-ตัวปล่อยของทรานซิสเตอร์ จะไม่มีกระแสฐานและกระแสสะสม ในขณะนี้ แรงดันไฟฟ้าทั้งหมดของแหล่งพลังงานลดลงที่ทางแยกของตัวสะสมและตัวปล่อยพลังงาน เมื่อแรงดันไฟฟ้าไบอัสฐานของทรานซิสเตอร์เพิ่มขึ้นอีก ทรานซิสเตอร์จะเริ่มเปิด กระแสฐานจะปรากฏขึ้น และกระแสของตัวสะสมก็จะเพิ่มขึ้นตามไปด้วย เมื่อถึง “พื้นที่ทำงาน” ณ จุดนั้น กับทรานซิสเตอร์จะเข้าสู่โหมดเชิงเส้นซึ่งจะดำเนินต่อไปจนถึงจุดนั้น ก- ในเวลาเดียวกันแรงดันตกที่จุดเชื่อมต่อตัวสะสมและตัวปล่อยจะลดลงและที่ตัวต้านทานโหลด อาร์ถึงตรงกันข้าม มันเพิ่มขึ้น จุด ใน– จุดไบอัสในการทำงานของทรานซิสเตอร์คือจุดที่ตามกฎแล้ว แรงดันตกคร่อมเท่ากับครึ่งหนึ่งของแรงดันไฟฟ้าของแหล่งพลังงานถูกสร้างขึ้นที่จุดเชื่อมต่อตัวสะสม-ตัวปล่อยของทรานซิสเตอร์ ส่วนการตอบสนองความถี่จากจุด กับตรงประเด็น กเรียกว่าพื้นที่ทำงานการกระจัด หลังจากจุด ก, กระแสฐานและกระแสสะสมเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว, ทรานซิสเตอร์เปิดเต็มที่และเข้าสู่ความอิ่มตัว ในขณะนี้ แรงดันไฟฟ้าที่เกิดจากโครงสร้างลดลงที่ทางแยกตัวสะสม-ตัวปล่อย n-p-nทรานซิชันซึ่งมีค่าประมาณเท่ากับ 0.2...1 โวลต์ ขึ้นอยู่กับชนิดของทรานซิสเตอร์ แรงดันไฟฟ้าที่เหลือจะลดลงตามความต้านทานโหลดของทรานซิสเตอร์ - ตัวต้านทาน อาร์ถึง. ซึ่งยังจำกัดการเติบโตของกระแสสะสมอีกด้วย
จากตัวเลข "เพิ่มเติม" ที่ต่ำกว่าเราจะเห็นว่าแรงดันไฟฟ้าที่เอาต์พุตของทรานซิสเตอร์เปลี่ยนแปลงอย่างไรขึ้นอยู่กับสัญญาณที่จ่ายให้กับอินพุต แรงดันเอาต์พุต (แรงดันตกสะสม) ของทรานซิสเตอร์อยู่นอกเฟส (180 องศา) โดยมีสัญญาณอินพุต
ก่อนที่จะดำเนินการคำนวณระยะทรานซิสเตอร์โดยตรงให้เราคำนึงถึงข้อกำหนดและเงื่อนไขต่อไปนี้:
การคำนวณน้ำตกของทรานซิสเตอร์จะดำเนินการตามกฎจากจุดสิ้นสุด (เช่นจากเอาต์พุต)
ในการคำนวณการเรียงซ้อนของทรานซิสเตอร์ คุณต้องหาแรงดันไฟฟ้าตกคร่อมจุดเชื่อมต่อตัวสะสม-ตัวปล่อยของทรานซิสเตอร์ในโหมดพัก (เมื่อไม่มีสัญญาณอินพุต) มันถูกเลือกในลักษณะที่จะรับสัญญาณที่ไม่มีการบิดเบือนมากที่สุด ในวงจรปลายเดี่ยวของสเตจทรานซิสเตอร์ที่ทำงานในโหมด "A" ตามกฎแล้วนี่คือครึ่งหนึ่งของค่าแรงดันไฟฟ้าของแหล่งพลังงาน
กระแสสองกระแสไหลในวงจรตัวส่งสัญญาณของทรานซิสเตอร์ - กระแสสะสม (ตามเส้นทางตัวสะสม - ตัวส่งสัญญาณ) และกระแสฐาน (ตามเส้นทางตัวส่งสัญญาณฐาน) แต่เนื่องจากกระแสฐานค่อนข้างเล็กจึงสามารถละเลยได้และ สามารถสันนิษฐานได้ว่ากระแสของตัวสะสมเท่ากับกระแสของตัวปล่อย
ทรานซิสเตอร์เป็นองค์ประกอบในการขยายสัญญาณ ดังนั้นจึงควรสังเกตว่าความสามารถในการขยายสัญญาณควรแสดงเป็นปริมาณหนึ่ง ขนาดของเกนจะแสดงโดยตัวบ่งชี้ที่นำมาจากทฤษฎีของเครือข่ายสี่เทอร์มินัล - ปัจจัยการขยายกระแสฐานในวงจรสวิตชิ่งที่มีตัวปล่อยร่วม (CE) และถูกกำหนด - ชั่วโมง 21- ค่าของมันถูกระบุไว้ในหนังสืออ้างอิงสำหรับทรานซิสเตอร์บางประเภท และโดยปกติแล้วปลั๊กจะระบุไว้ในหนังสืออ้างอิง (เช่น 50 - 200) สำหรับการคำนวณ โดยปกติจะเลือกค่าต่ำสุด (จากตัวอย่างที่เราเลือกค่า - 50)
นักสะสม ( อาร์ถึง) และตัวปล่อย ( อีกครั้ง) ความต้านทานส่งผลต่อความต้านทานอินพุตและเอาต์พุตของสเตจทรานซิสเตอร์ เราสามารถสรุปได้ว่าอิมพีแดนซ์อินพุตของน้ำตก R ใน =R อี *ชั่วโมง 21และผลลัพธ์ก็คือ R ออก = R ถึง- หากความต้านทานอินพุตของสเตจทรานซิสเตอร์ไม่สำคัญสำหรับคุณ คุณสามารถทำได้โดยไม่ต้องใช้ตัวต้านทานเลย อีกครั้ง;
ค่าตัวต้านทาน อาร์ถึงและ อีกครั้งจำกัดกระแสที่ไหลผ่านทรานซิสเตอร์และกำลังที่กระจายโดยทรานซิสเตอร์
ข้อมูลเริ่มต้น:
แรงดันไฟฟ้า คุณไอพี=12 โวลต์
เลือกทรานซิสเตอร์เช่น: ทรานซิสเตอร์ KT315G สำหรับมัน:
พีแม็กซ์=150 มิลลิวัตต์; ไอแมกซ์=150 มิลลิแอมป์; ชั่วโมง 21>50.
พวกเรายอมรับ R k =10*R จ
ใช้แรงดันไฟฟ้า b-e ของจุดการทำงานของทรานซิสเตอร์ คุณแบ้= 0.66 โวลต์
สารละลาย:
1. ให้เราพิจารณากำลังไฟฟ้าคงที่สูงสุดที่ทรานซิสเตอร์จะกระจายไปในช่วงเวลาที่สัญญาณสลับผ่านจุดปฏิบัติการ B ของโหมดคงที่ของทรานซิสเตอร์ ควรมีค่าน้อยกว่า 20 เปอร์เซ็นต์ (สัมประสิทธิ์ 0.8) ของกำลังทรานซิสเตอร์สูงสุดที่ระบุในไดเร็กทอรี
พวกเรายอมรับ P dis.max = 0.8*P สูงสุด=0.8*150 มิลลิวัตต์=120 มิลลิวัตต์
2. พิจารณากระแสของตัวสะสมในโหมดคงที่ (ไม่มีสัญญาณ):
ฉัน k0 =P ras.max /U ke0 =P ras.max /(U i.p. /2)= 120mW/(12V/2) = 20mA
3. เมื่อพิจารณาว่าครึ่งหนึ่งของแรงดันไฟฟ้าตกคร่อมทรานซิสเตอร์ในโหมดคงที่ (โดยไม่มีสัญญาณ) ครึ่งหลังของแรงดันไฟฟ้าตกคร่อมตัวต้านทาน:
(R ถึง +R e)=(U i.p. /2)/I to0= (12V/2)/20mA=6V/20mA = 300 โอห์ม
คำนึงถึงช่วงค่าตัวต้านทานที่มีอยู่ตลอดจนข้อเท็จจริงที่เราเลือกอัตราส่วน R k =10*R จเราจะพบค่าตัวต้านทาน:
อาร์ถึง= 270 โอห์ม; อีกครั้ง= 27 โอห์ม
4. มาหาแรงดันไฟฟ้าที่ตัวสะสมของทรานซิสเตอร์โดยไม่มีสัญญาณ
U k0 =(U kе0 + ฉัน k0 *R e)=(U i.p. - ฉัน k0 *R k)= (12 โวลต์ - 0.02A * 270 โอห์ม) = 6.6 โวลต์
5. พิจารณากระแสฐานของการควบคุมทรานซิสเตอร์:
ฉัน ข =ฉัน ค /ชั่วโมง 21 =/ชั่วโมง 21= / 50 = 0.8 มิลลิแอมป์
6. กระแสฐานทั้งหมดถูกกำหนดโดยแรงดันไบแอสฐาน ซึ่งกำหนดโดยตัวแบ่งแรงดันไฟฟ้า อาร์ ข1,อาร์ บี2- กระแสตัวแบ่งฐานต้านทานควรมากกว่ากระแสควบคุมฐานมาก (5-10 เท่า) ฉันขเพื่อว่าอย่างหลังจะไม่ส่งผลต่อแรงดันไบแอส เราเลือกกระแสตัวแบ่งที่มากกว่ากระแสควบคุมฐาน 10 เท่า:
อาร์ ข1,อาร์ บี2: ฉันกรณี =10*ฉัน ข= 10 * 0.8 มิลลิแอมป์ = 8.0 มิลลิแอมป์
แล้วค่าความต้านทานรวมของตัวต้านทาน
R b1 + R b2 = U i.p. /ฉันเดล.= 12 โวลต์ / 0.008 A = 1,500 โอห์ม
7. ลองหาแรงดันไฟฟ้าที่ตัวส่งสัญญาณในโหมดพัก (ไม่มีสัญญาณ) เมื่อคำนวณสเตจของทรานซิสเตอร์จำเป็นต้องคำนึงถึง: แรงดันไฟฟ้าตัวส่งสัญญาณฐานของทรานซิสเตอร์ที่ใช้งานต้องไม่เกิน 0.7 โวลต์! แรงดันไฟฟ้าที่ตัวปล่อยในโหมดที่ไม่มีสัญญาณอินพุตจะเท่ากับ:
คุณ อี =ฉัน k0 *ร อี= 0.02 A * 27 โอห์ม = 0.54 V,
ที่ไหน ฉัน k0— กระแสนิ่งของทรานซิสเตอร์
8. การกำหนดแรงดันไฟฟ้าที่ฐาน
คุณ ข =คุณ อี +คุณ เป็น=0.54 โวลต์+0.66 โวลต์=1.2 โวลต์
จากที่นี่ เราพบสูตรตัวแบ่งแรงดันไฟฟ้า:
R b2 = (R b1 +R b2 )*U b /U i.p.= 1500 โอห์ม * 1.2 V / 12V = 150 โอห์ม R b1 = (ร b1 +R b2 )-R b2= 1500 โอห์ม - 150 โอห์ม = 1350 โอห์ม = 1.35 กิโลโอห์ม
ตามอนุกรมของตัวต้านทานเนื่องจากความจริงที่ว่าผ่านตัวต้านทาน อาร์ ข1กระแสฐานก็ไหลเช่นกันเราเลือกตัวต้านทานตามทิศทางที่ลดลง: อาร์ ข1=1.3 กิโลโอห์ม
9. ตัวเก็บประจุแยกจะถูกเลือกตามลักษณะแอมพลิจูด-ความถี่ที่ต้องการ (แบนด์วิดท์) ของคาสเคด สำหรับการทำงานปกติของสเตจทรานซิสเตอร์ที่ความถี่สูงถึง 1,000 Hz จำเป็นต้องเลือกตัวเก็บประจุที่มีค่าระบุอย่างน้อย 5 μF
ที่ความถี่ต่ำกว่า การตอบสนองแอมพลิจูด-ความถี่ (AFC) ของคาสเคดจะขึ้นอยู่กับเวลาการชาร์จใหม่ของตัวเก็บประจุที่แยกผ่านองค์ประกอบอื่นๆ ของคาสเคด รวมถึงองค์ประกอบของคาสเคดที่อยู่ใกล้เคียง ความจุควรเป็นแบบที่ตัวเก็บประจุไม่มีเวลาชาร์จใหม่ ความต้านทานอินพุตของสเตจทรานซิสเตอร์นั้นมากกว่าความต้านทานเอาต์พุตมาก การตอบสนองความถี่ของคาสเคดในบริเวณความถี่ต่ำจะถูกกำหนดโดยค่าคงที่เวลา เสื้อ n =R ใน *C ใน, ที่ไหน R ใน =R อี *ชั่วโมง 21, ซี อิน— การแยกความจุอินพุตของคาสเคด ซีออกไปสเตจทรานซิสเตอร์ นี่ ซี อินน้ำตกถัดไปและคำนวณในลักษณะเดียวกัน ความถี่คัตออฟต่ำกว่าของคาสเคด (ความถี่คัตออฟของการตอบสนองความถี่) ฉn =1/tn- สำหรับการขยายเสียงคุณภาพสูง เมื่อออกแบบสเตจทรานซิสเตอร์ จำเป็นต้องเลือกอัตราส่วน 1/t n =1/(อินพุต R *อินพุต C)<
การคำนวณโหมดคีย์ของสเตจทรานซิสเตอร์จะดำเนินการในลักษณะเดียวกับการคำนวณสเตจแอมป์ที่ดำเนินการก่อนหน้านี้ ข้อแตกต่างเพียงอย่างเดียวคือโหมดคีย์จะถือว่าทรานซิสเตอร์สองสถานะอยู่ในโหมดพัก (โดยไม่มีสัญญาณ) มีทั้งแบบปิด (แต่ไม่ลัดวงจร) หรือเปิด (แต่ไม่อิ่มตัวมากเกินไป) ในเวลาเดียวกัน จุดใช้งานของ "ส่วนที่เหลือ" จะอยู่ที่ด้านนอกของจุด A และ C ที่แสดงบนลักษณะเฉพาะของแรงดันไฟฟ้าปัจจุบัน เมื่อควรปิดทรานซิสเตอร์ในวงจรในสถานะที่ไม่มีสัญญาณจำเป็นต้องถอดตัวต้านทานออกจากวงจรคาสเคดที่อธิบายไว้ก่อนหน้านี้ อาร์ ข1- หากคุณต้องการให้ทรานซิสเตอร์เปิดอยู่ คุณจำเป็นต้องเพิ่มตัวต้านทานในวงจรคาสเคด อาร์ บี2 10 เท่าของค่าที่คำนวณได้ และในบางกรณีสามารถลบออกจากไดอะแกรมได้
การคำนวณสเตจของทรานซิสเตอร์เสร็จสิ้น
ในบทความชุดนี้ เราจะพยายามพูดคุยอย่างเรียบง่ายและชัดเจนเกี่ยวกับส่วนประกอบที่ซับซ้อน เช่น ทรานซิสเตอร์
ปัจจุบัน องค์ประกอบเซมิคอนดักเตอร์นี้พบได้บนแผงวงจรพิมพ์เกือบทั้งหมด ในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ใดๆ (โทรศัพท์มือถือ วิทยุ คอมพิวเตอร์ และอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์อื่นๆ) ทรานซิสเตอร์เป็นพื้นฐานสำหรับการสร้างชิปลอจิก หน่วยความจำ ไมโครโปรเซสเซอร์... ลองมาดูกันว่าปาฏิหาริย์นี้คืออะไร ทำงานอย่างไร และอะไรทำให้เกิดการใช้งานที่หลากหลายเช่นนี้
ทรานซิสเตอร์เป็นส่วนประกอบอิเล็กทรอนิกส์ที่ทำจากวัสดุเซมิคอนดักเตอร์ โดยปกติจะมีขั้วต่อสามขั้ว ซึ่งช่วยให้สัญญาณอินพุตควบคุมกระแสได้
หลายคนเชื่อว่าทรานซิสเตอร์จะขยายสัญญาณอินพุต ฉันรีบทำให้คุณผิดหวัง - ทรานซิสเตอร์จะไม่ขยายสิ่งใดเลยหากไม่มีแหล่งพลังงานภายนอก (กฎการอนุรักษ์พลังงานยังไม่ถูกยกเลิก) คุณสามารถสร้างแอมพลิฟายเออร์โดยใช้ทรานซิสเตอร์ได้ แต่นี่เป็นเพียงหนึ่งในการใช้งานของมัน และเพื่อให้ได้สัญญาณขยายคุณต้องมีวงจรพิเศษซึ่งออกแบบและคำนวณภายใต้เงื่อนไขบางประการพร้อมทั้งแหล่งพลังงาน
โดยตัวมันเอง ทรานซิสเตอร์สามารถควบคุมกระแสได้เท่านั้น
สิ่งที่สำคัญที่สุดที่คุณต้องรู้คืออะไร? ทรานซิสเตอร์แบ่งออกเป็น 2 กลุ่มใหญ่: ไบโพลาร์และฟิลด์เอฟเฟกต์ 2 กลุ่มนี้แตกต่างกันในโครงสร้างและหลักการทำงาน ดังนั้นเราจะพูดถึงแต่ละกลุ่มแยกกัน
ดังนั้นกลุ่มแรกก็คือ ทรานซิสเตอร์สองขั้ว.
ทรานซิสเตอร์เหล่านี้ประกอบด้วยสารกึ่งตัวนำสามชั้นและแบ่งออกเป็น 2 ประเภทตามโครงสร้าง: พีเอ็นพีและ npn- ประเภทแรก (pnp) บางครั้งเรียกว่าทรานซิสเตอร์แบบเดินหน้า และประเภทที่สอง (npn) เรียกว่าทรานซิสเตอร์แบบย้อนกลับ
ตัวอักษรเหล่านี้หมายถึงอะไร? ทรานซิสเตอร์เหล่านี้แตกต่างกันอย่างไร? และทำไมถึงมีการนำไฟฟ้าสองแบบกันแน่? ตามปกติแล้วความจริงก็อยู่ที่นั่นที่ไหนสักแห่ง ทุกสิ่งที่ชาญฉลาดนั้นเรียบง่าย N - ลบ (อังกฤษ) - ลบ P - บวก (อังกฤษ) - บวก นี่คือการกำหนดประเภทการนำไฟฟ้าของชั้นเซมิคอนดักเตอร์ที่ทรานซิสเตอร์ประกอบด้วย “บวก” คือชั้นของเซมิคอนดักเตอร์ที่มีค่าการนำไฟฟ้าแบบ “รู” (โดยที่ตัวพาประจุหลักมีเครื่องหมายบวก) “ลบ” คือชั้นของเซมิคอนดักเตอร์ที่มีค่าการนำไฟฟ้าแบบ “อิเล็กทรอนิกส์” (ซึ่งตัวพาประจุหลักมี
เครื่องหมายลบ)
โครงสร้างและการกำหนดทรานซิสเตอร์แบบไบโพลาร์ในไดอะแกรมแสดงในรูปด้านขวา แต่ละเอาต์พุตมีชื่อของตัวเอง E - ตัวส่ง, K - ตัวสะสม, B - ฐาน จะหาเอาต์พุตพื้นฐานบนไดอะแกรมได้อย่างไร? อย่างง่ายดาย. ถูกกำหนดโดยแพลตฟอร์มที่ตัวสะสมและตัวปล่อยวางพัก คุณจะค้นหาตัวปล่อยได้อย่างไร? ง่ายเช่นกัน - นี่คือผลลัพธ์ที่มีลูกศร พินที่เหลือคือตัวสะสม ลูกศรบนตัวส่งสัญญาณจะแสดงทิศทางของกระแสเสมอ ดังนั้น สำหรับทรานซิสเตอร์ npn กระแสจะไหลผ่านตัวสะสมและฐาน และไหลออกจากตัวส่ง ในทางกลับกัน สำหรับทรานซิสเตอร์ pnp กระแสจะไหลผ่านตัวส่งและไหลออกผ่านตัวรวบรวมและฐาน
มาเจาะลึกลงไปในทฤษฎีกันดีกว่า... สารกึ่งตัวนำสามชั้นประกอบเป็นรอยต่อ pn สองจุดในทรานซิสเตอร์ อันหนึ่งอยู่ระหว่างตัวปล่อยและฐาน โดยปกติเรียกว่าตัวปล่อย ส่วนที่สองอยู่ระหว่างตัวสะสมและฐาน โดยปกติเรียกว่าตัวสะสม
ที่ทางแยก pn ทั้งสองแห่งอาจมีอคติไปข้างหน้าหรือย้อนกลับได้ดังนั้นในการทำงานของทรานซิสเตอร์จึงมีสี่โหมดหลักขึ้นอยู่กับอคติของทางแยก pn (จำไว้ว่าใช่ถ้าอยู่ด้านที่มีการนำไฟฟ้าชนิด p แรงดันไฟฟ้ามากกว่าด้านที่มีการนำไฟฟ้าแบบ n ดังนั้นนี่คืออคติโดยตรงของทางแยก pn หากเป็นในทางกลับกันก็จะตรงกันข้าม) ด้านล่าง ในรูปที่แสดงแต่ละโหมด ลูกศรแสดงทิศทางจากแรงดันไฟฟ้าสูงไปต่ำ (นี่ไม่ใช่ทิศทางของกระแส!) วิธีนี้ช่วยให้นำทางได้ง่ายขึ้น: หากลูกศรชี้จาก "p" ถึง "n" นี่เป็นอคติไปข้างหน้าของจุดเชื่อมต่อ pn หากจาก "n" ถึง "p" นี่เป็นอคติย้อนกลับ
โหมดการทำงานของทรานซิสเตอร์แบบไบโพลาร์:
 1) ถ้าจุดเชื่อมต่อ pn ของตัวส่งสัญญาณมีเอนเอียงไปข้างหน้า และจุดเชื่อมต่อตัวสะสมมีเอนเอียงย้อนกลับ แสดงว่าทรานซิสเตอร์อยู่ใน โหมดแอคทีฟปกติ(บางครั้งพวกเขาเพียงแค่พูดว่า "โหมดที่ใช้งานอยู่" โดยละเว้นคำว่าปกติ) ในโหมดนี้ กระแสคอลเลคเตอร์จะขึ้นอยู่กับกระแสฐานและสัมพันธ์กับกระแสดังกล่าวด้วยความสัมพันธ์ต่อไปนี้: Ik=Ib*β โหมดแอคทีฟจะใช้เมื่อสร้างแอมพลิฟายเออร์ทรานซิสเตอร์ |
 2) ถ้าทางแยกทั้งสองมีเอนเอียงไปข้างหน้า แสดงว่าทรานซิสเตอร์อยู่ในนั้น โหมดความอิ่มตัว- ในกรณีนี้กระแสสะสมจะหยุดขึ้นอยู่กับกระแสฐานตามสูตรข้างต้น (ซึ่งมีค่าสัมประสิทธิ์ β) จะหยุดเพิ่มขึ้นแม้ว่ากระแสฐานจะยังคงเพิ่มขึ้นก็ตาม ในกรณีนี้ ทรานซิสเตอร์เปิดเต็มที่หรือเปิดเพียงอย่างเดียว ยิ่งเราเจาะลึกลงไปถึงขอบเขตความอิ่มตัว ยิ่งการพึ่งพา Ik=Ib*β พังทลายลงมากขึ้นเท่านั้น ภายนอกดูเหมือนว่าค่าสัมประสิทธิ์ β ลดลง ฉันจะบอกด้วยว่ามีค่าสัมประสิทธิ์ความอิ่มตัวอยู่ด้วย โดยถูกกำหนดให้เป็นอัตราส่วนของกระแสฐานจริง (กระแสที่คุณมีอยู่ในปัจจุบัน) ต่อกระแสฐานที่สถานะเส้นเขตแดนระหว่างแอคทีฟและความอิ่มตัว |
 3) หากเรามีอคติย้อนกลับบนทางแยกทั้งสอง แสดงว่าทรานซิสเตอร์อยู่ในนั้น โหมดตัด- ในเวลาเดียวกันไม่มีกระแสไหลผ่าน (ยกเว้นกระแสรั่วไหลที่มีขนาดเล็กมาก - กระแสย้อนกลับผ่านทางแยก pn) ในกรณีนี้ ทรานซิสเตอร์บอกว่าปิดหรือปิดสนิท โหมดความอิ่มตัวและโหมดตัดจะใช้เมื่อสร้างสวิตช์ทรานซิสเตอร์ |
 4) หากทางแยกของตัวส่งสัญญาณมีความเอนเอียงแบบย้อนกลับ และทางแยกของตัวสะสมมีเอนเอียงไปข้างหน้า ทรานซิสเตอร์จะตกลงไปใน โหมดแอคทีฟผกผัน- โหมดนี้ค่อนข้างแปลกใหม่และไม่ค่อยได้ใช้ แม้ว่าที่จริงแล้วในภาพวาดของเราตัวปล่อยจะไม่ต่างจากตัวสะสมและในความเป็นจริงพวกมันควรจะเท่ากัน (ดูที่รูปวาดบนสุดอีกครั้ง - เมื่อเห็นแวบแรกจะไม่มีอะไรเปลี่ยนแปลงหากคุณสลับตัวสะสมและตัวปล่อย) อันที่จริงพวกเขามี มีความแตกต่างในการออกแบบ (เช่น ขนาด) และไม่เท่ากัน เป็นเพราะความแตกต่างนี้ จึงมีการแบ่งออกเป็น "โหมดแอคทีฟปกติ" และ "โหมดแอคทีฟผกผัน" |
บางครั้งสิ่งที่ห้าที่เรียกว่า "ระบอบการปกครองที่เป็นอุปสรรค" ก็ถูกระบุเช่นกัน ในกรณีนี้ฐานของทรานซิสเตอร์จะสั้นลงถึงตัวสะสม ในความเป็นจริงมันจะถูกต้องมากกว่าถ้าไม่พูดถึงโหมดพิเศษบางโหมด แต่เกี่ยวกับวิธีพิเศษในการเปิดเครื่อง โหมดที่นี่ค่อนข้างปกติ - ใกล้กับสถานะเส้นขอบระหว่างโหมดแอคทีฟและความอิ่มตัวของสี สามารถรับได้ไม่เพียงแค่การลัดวงจรฐานด้วยตัวสะสมเท่านั้น ในกรณีนี้ เคล็ดลับก็คือว่า ด้วยวิธีสวิตชิ่งนี้ ไม่ว่าเราจะเปลี่ยนแรงดันไฟจ่ายหรือโหลดอย่างไร ทรานซิสเตอร์ก็จะยังคงอยู่ในโหมดเส้นเขตแดนนี้ นั่นคือทรานซิสเตอร์ในกรณีนี้จะเทียบเท่ากับไดโอด
ทรานซิสเตอร์แบบไบโพลาร์ถูกควบคุมโดยกระแส นั่นคือเพื่อให้กระแสไหลระหว่างตัวสะสมและตัวปล่อย (หรืออีกนัยหนึ่งเพื่อให้ทรานซิสเตอร์เปิด) กระแสจะต้องไหลระหว่างตัวปล่อยและฐาน (หรือระหว่างตัวสะสมและฐาน - สำหรับโหมดผกผัน) ยิ่งไปกว่านั้น ขนาดของกระแสฐานและกระแสสูงสุดที่เป็นไปได้ผ่านตัวสะสม (ที่กระแสฐานดังกล่าว) มีความสัมพันธ์กันด้วยค่าสัมประสิทธิ์คงที่ β (สัมประสิทธิ์การถ่ายโอนกระแสฐาน): I B * β = I K .
นอกจากพารามิเตอร์ β แล้ว ยังมีการใช้สัมประสิทธิ์อื่น: ค่าสัมประสิทธิ์การถ่ายโอนกระแสของตัวปล่อย (α) เท่ากับอัตราส่วนของกระแสสะสมต่อกระแสของตัวปล่อย: α=Iк/Iе ค่าของสัมประสิทธิ์นี้มักจะใกล้กับหนึ่ง (ยิ่งใกล้ยิ่งดี) สัมประสิทธิ์ α และ β มีความสัมพันธ์กันโดยความสัมพันธ์ต่อไปนี้: β=α/(1-α)
ในหนังสืออ้างอิงในประเทศ แทนที่จะเป็นค่าสัมประสิทธิ์ β มักจะระบุค่าสัมประสิทธิ์ h 21E (อัตราขยายปัจจุบันในวงจรที่มีตัวปล่อยร่วม) ในวรรณคดีต่างประเทศบางครั้งคุณสามารถค้นหา h FE ได้ ไม่เป็นไร โดยปกติแล้วเราสามารถสรุปได้ว่าสัมประสิทธิ์ทั้งหมดนี้เท่ากัน และมักเรียกง่ายๆ ว่า "อัตราขยายของทรานซิสเตอร์"
สิ่งนี้ให้อะไรแก่เรา และเหตุใดเราจึงต้องการมัน? รูปด้านซ้ายแสดงวงจรที่ง่ายที่สุด พวกมันเทียบเท่ากัน แต่ถูกสร้างขึ้นโดยใช้ทรานซิสเตอร์ที่มีค่าการนำไฟฟ้าต่างกัน นอกจากนี้ยังมี: โหลดในรูปแบบของหลอดไส้, ตัวต้านทานแบบแปรผันและตัวต้านทานแบบคงที่
ลองดูแผนภาพด้านซ้าย เกิดอะไรขึ้นที่นั่น? ลองจินตนาการว่าแถบเลื่อนตัวต้านทานแบบแปรผันอยู่ในตำแหน่งด้านบน ในกรณีนี้ แรงดันไฟฟ้าที่ฐานของทรานซิสเตอร์จะเท่ากับแรงดันไฟฟ้าที่ตัวปล่อย กระแสฐานเป็นศูนย์ ดังนั้นกระแสของตัวสะสมจึงเป็นศูนย์ด้วย (I K = β*I B) - ทรานซิสเตอร์ปิดอยู่ หลอดไฟไม่ทำงาน ไม่เบา เราเริ่มลดตัวเลื่อนลง
- แรงดันไฟฟ้าที่เริ่มลดลงต่ำกว่าบนตัวปล่อย - กระแสปรากฏจากตัวปล่อยไปที่ฐาน (กระแสฐาน) และในเวลาเดียวกัน - กระแสจากตัวปล่อยไปยังตัวสะสม (ทรานซิสเตอร์จะเริ่มเปิด) หลอดไฟเริ่มเรืองแสงแต่ไม่สว่างเต็มที่ ยิ่งเราเลื่อนแถบเลื่อนตัวต้านทานแบบปรับค่าได้ต่ำลง หลอดไฟก็จะยิ่งสว่างมากขึ้นเท่านั้น
แล้วให้ความสนใจ! หากเราเริ่มเลื่อนแถบเลื่อนของตัวต้านทานแบบแปรผันขึ้น ทรานซิสเตอร์จะเริ่มปิด และกระแสจากตัวปล่อยไปที่ฐานและจากตัวปล่อยไปยังตัวสะสมจะเริ่มลดลง ในแผนภาพที่ถูกต้อง ทุกอย่างจะเหมือนกัน มีเพียงทรานซิสเตอร์ที่มีค่าการนำไฟฟ้าต่างกันเท่านั้น
โหมดการทำงานที่พิจารณาของทรานซิสเตอร์นั้นทำงานอยู่ ประเด็นคืออะไร? กระแสควบคุมกระแสหรือไม่? แน่นอน แต่เคล็ดลับก็คือค่าสัมประสิทธิ์ β สามารถวัดได้เป็นสิบและ
แม้แต่หลายร้อย นั่นคือเพื่อที่จะเปลี่ยนกระแสที่ไหลจากตัวปล่อยไปยังตัวสะสมอย่างมากเราจำเป็นต้องเปลี่ยนกระแสที่ไหลจากตัวปล่อยไปยังฐานเพียงเล็กน้อยเท่านั้น
ในโหมดแอคทีฟ ทรานซิสเตอร์ (พร้อมสายไฟที่เหมาะสม) จะถูกใช้เป็นเครื่องขยายเสียง
เหนื่อยแล้ว...ก็พักสักหน่อย...
และเดินหน้าอีกครั้ง!
ตอนนี้เรามาดูกันว่าทรานซิสเตอร์ทำงานเป็นสวิตช์อย่างไร ลองดูแผนภาพด้านซ้าย ให้ปิดสวิตช์ S ในตำแหน่ง 1 ในกรณีนี้ ฐานของทรานซิสเตอร์ผ่านตัวต้านทาน R จะถูกดึงไปที่กำลังบวก ดังนั้นจึงไม่มีกระแสไฟฟ้าระหว่างตัวปล่อยและฐาน และทรานซิสเตอร์ปิดอยู่ ลองนึกภาพว่าเราย้ายสวิตช์ S ไปที่ตำแหน่ง 2 แรงดันไฟฟ้าที่ฐานจะน้อยกว่าที่ตัวปล่อย - กระแสจะปรากฏขึ้นระหว่างตัวปล่อยและฐาน (ค่าของมันจะถูกกำหนดโดยความต้านทาน R) กระแส FE เกิดขึ้นทันที ทรานซิสเตอร์เปิดขึ้นและไฟจะสว่างขึ้น ถ้าเราคืนสวิตช์ S ไปที่ตำแหน่ง 1 อีกครั้ง ทรานซิสเตอร์จะปิดและไฟดับ (ในแผนภาพด้านขวาทุกอย่างจะเหมือนกัน มีเพียงทรานซิสเตอร์เท่านั้นที่มีค่าการนำไฟฟ้าต่างกัน)
ในกรณีนี้ ทรานซิสเตอร์จะทำหน้าที่เป็นสวิตช์ ประเด็นคืออะไร? ทรานซิสเตอร์จะสลับระหว่างสองสถานะ - เปิดและปิด โดยปกติเมื่อใช้ทรานซิสเตอร์เป็นสวิตช์ พวกเขาพยายามให้แน่ใจว่าในสถานะเปิด ทรานซิสเตอร์อยู่ใกล้กับความอิ่มตัว (ในเวลาเดียวกัน แรงดันไฟฟ้าตกระหว่างตัวสะสมและตัวปล่อย และดังนั้น การสูญเสียของทรานซิสเตอร์คือ น้อยที่สุด) เพื่อจุดประสงค์นี้ ตัวต้านทานจำกัดในวงจรฐานจะคำนวณด้วยวิธีพิเศษ มักจะหลีกเลี่ยงสภาวะความอิ่มตัวของสีลึกและจุดตัดลึก เนื่องจากในกรณีนี้เวลาในการเปลี่ยนคีย์จากสถานะหนึ่งไปอีกสถานะหนึ่งจะเพิ่มขึ้น
ตัวอย่างการคำนวณเล็กๆ น้อยๆ ลองจินตนาการว่าเราควบคุมหลอดไส้ 12V, 50mA ผ่านทรานซิสเตอร์ ทรานซิสเตอร์ของเราทำหน้าที่เป็นสวิตช์ ดังนั้นในสถานะเปิดควรอยู่ใกล้กับความอิ่มตัว เราจะไม่คำนึงถึงแรงดันไฟฟ้าตกระหว่างตัวสะสมและตัวปล่อยเนื่องจากสำหรับโหมดความอิ่มตัวจะมีลำดับความสำคัญน้อยกว่าแรงดันไฟฟ้าของแหล่งจ่าย เนื่องจากกระแส 50 mA ไหลผ่านหลอดไฟเราจึงต้องเลือกทรานซิสเตอร์ที่มีกระแส EC สูงสุดอย่างน้อย 62.5 mA (โดยปกติแนะนำให้ใช้ส่วนประกอบที่ 75% ของพารามิเตอร์สูงสุดซึ่งเป็นแบบสำรอง) . เปิดไดเร็กทอรีและค้นหาทรานซิสเตอร์ pnp ที่เหมาะสม เช่น KT361. ในกรณีของเรา ในแง่ของกระแส เหมาะกับดัชนีตัวอักษร "a, b, c, d" เนื่องจากแรงดันไฟฟ้าสูงสุดของ EC คือ 20V แต่ในปัญหาของเราคือเพียง 12V
สมมติว่าเราจะใช้ KT361A โดยมีค่าเพิ่มขึ้นจาก 20 ถึง 90 เนื่องจากเราต้องการรับประกันว่าทรานซิสเตอร์จะเปิดได้อย่างสมบูรณ์ เราจึงใช้ Kus = 20 ขั้นต่ำในการคำนวณ ตอนนี้เราคิด กระแสไฟฟ้าขั้นต่ำใดที่ต้องไหลระหว่างตัวปล่อยและฐานเพื่อให้กระแสไฟฟ้า 50 mA ผ่านทาง EC
50 mA / 20 ครั้ง = 2.5 mA
ควรติดตั้งตัวต้านทานจำกัดกระแสค่าใดเพื่อส่งกระแส 2.5 mA ผ่าน BE
ทุกอย่างเรียบง่ายที่นี่ กฎของโอห์ม: I=U/R ดังนั้น R = (แหล่งจ่ายไฟ 12 V - การสูญเสีย 0.65 V ที่ทางแยก pn BE) / 0.0025 A = 4540 โอห์ม เนื่องจาก 2.5 mA เป็นกระแสขั้นต่ำที่ในกรณีของเราควรไหลจากตัวปล่อยไปยังฐาน คุณจึงต้องเลือกตัวต้านทานที่ใกล้ที่สุดซึ่งมีความต้านทานต่ำกว่าจากช่วงมาตรฐาน ตัวอย่างเช่น หากมีค่าเบี่ยงเบน 5% มันจะเป็นตัวต้านทาน 4.3 kOhm
ตอนนี้เกี่ยวกับปัจจุบัน ในการจุดไฟหลอดไฟด้วยกระแสไฟที่กำหนด 50 mA เราจำเป็นต้องเปลี่ยนกระแสไฟเพียง 2.5 mA และนี่คือเมื่อใช้สินค้าอุปโภคบริโภคทรานซิสเตอร์ราคาถูกที่มี Kus ต่ำพัฒนาเมื่อ 40 ปีที่แล้ว คุณรู้สึกถึงความแตกต่างหรือไม่? ขนาดของสวิตช์ (และต้นทุน) จะลดลงได้เท่าใดเมื่อใช้ทรานซิสเตอร์
กลับไปสู่ทฤษฎีอีกครั้ง
ในตัวอย่างที่กล่าวถึงข้างต้น เราใช้วงจรสวิตชิ่งทรานซิสเตอร์เพียงวงจรเดียวเท่านั้น โดยรวมแล้วขึ้นอยู่กับว่าเราใช้สัญญาณควบคุมที่ไหนและที่เรารับสัญญาณเอาท์พุตจากที่ใด (ซึ่งอิเล็กโทรดทั่วไปสำหรับสัญญาณเหล่านี้) มี 3 วงจรหลักสำหรับการสลับทรานซิสเตอร์แบบไบโพลาร์ (ตรรกะใช่ไหม? - ทรานซิสเตอร์ มีเอาต์พุต 3 ช่อง ซึ่งหมายความว่าหากแบ่งวงจรตามหลักการที่ขั้วใดขั้วหนึ่งเป็นแบบร่วม ก็จะมีทั้งหมด 3 วงจร):
1) วงจรอีซีแอลทั่วไป.
หากเราสมมติว่ากระแสอินพุตเป็นกระแสฐาน แรงดันไฟฟ้าอินพุตคือแรงดันไฟฟ้าที่ทางแยก BE กระแสเอาต์พุตคือกระแสตัวสะสม และแรงดันเอาต์พุตคือแรงดันไฟฟ้าระหว่างตัวสะสมและตัวปล่อย จากนั้นเราสามารถเขียนได้ว่า: Iout/Iin=Iк/Ib= β, Rin=Ube/Ib
นอกจากนี้ เนื่องจาก Uout = Epit-Iк*R เป็นที่ชัดเจนว่า ประการแรก แรงดันไฟเอาท์พุตสามารถสร้างให้สูงกว่าอินพุตได้อย่างง่ายดาย และประการที่สอง แรงดันไฟเอาท์พุตจะกลับด้านตามอินพุต (เมื่อ Ube = Uin เพิ่มขึ้นและกระแสอินพุตเพิ่มขึ้น - กระแสเอาต์พุตก็เพิ่มขึ้นเช่นกัน แต่ Uke = Uout ลดลง)
รูปแบบการเชื่อมต่อนี้ (สำหรับความกะทัดรัดเรียกว่า OE) เป็นวิธีที่พบได้บ่อยที่สุดเนื่องจากช่วยให้คุณสามารถขยายทั้งกระแสและแรงดันไฟฟ้านั่นคือช่วยให้คุณได้รับการขยายกำลังสูงสุด ฉันสังเกตว่ากำลังเพิ่มเติมจากสัญญาณขยายนี้ไม่ได้นำออกจากอากาศบาง ๆ และไม่ได้มาจากตัวทรานซิสเตอร์เอง แต่มาจากแหล่งพลังงาน (Epit) โดยที่ทรานซิสเตอร์จะไม่สามารถขยายสิ่งใด ๆ ได้และจะไม่มีกระแสไฟฟ้า ในวงจรเอาท์พุตได้เลย (ฉันคิดว่า - เราจะเขียนรายละเอียดเพิ่มเติมในภายหลังในบทความแยกต่างหากเกี่ยวกับวิธีการทำงานของแอมป์ทรานซิสเตอร์และวิธีการคำนวณ)
2) โครงการที่มีฐานร่วม.
ที่นี่กระแสอินพุตคือกระแสตัวปล่อย แรงดันไฟฟ้าอินพุตคือแรงดันไฟฟ้าที่ทางแยก BE กระแสเอาต์พุตคือกระแสตัวสะสม และแรงดันเอาต์พุตคือแรงดันไฟฟ้าที่โหลดที่เชื่อมต่อกับวงจรตัวสะสม สำหรับวงจรนี้: IoutσIin เพราะ อิก ก็คือ ริน = อุเบะ / อิเอะ
วงจรดังกล่าว (OB) จะขยายเฉพาะแรงดันไฟฟ้าเท่านั้นและไม่ขยายกระแส สัญญาณในกรณีนี้จะไม่เปลี่ยนเฟส
3) วงจรสะสมทั่วไป(ผู้ติดตามตัวปล่อย)
ที่นี่ กระแสอินพุตคือกระแสฐาน และแรงดันไฟฟ้าอินพุตเชื่อมต่อกับทางแยกของทรานซิสเตอร์ BE และโหลด กระแสเอาต์พุตคือกระแสของตัวปล่อย และแรงดันเอาต์พุตคือแรงดันตกคร่อมโหลดที่เชื่อมต่อกับวงจรตัวปล่อย . สำหรับวงจรนี้: Iout/Iin=Ie/Ib=(I K +I B)/I B =β+1 เพราะ โดยปกติแล้วค่าสัมประสิทธิ์ β จะค่อนข้างใหญ่ แต่บางครั้งอาจพิจารณา Iout/Iinγβ ริน=อูเบะ/อิบ+อาร์ Uout/Uin=(Ube+Uout)/Uoutµ1.
อย่างที่คุณเห็นวงจรดังกล่าว (OK) จะขยายกระแสและไม่ขยายแรงดันไฟฟ้า สัญญาณในกรณีนี้จะไม่เปลี่ยนเฟส นอกจากนี้วงจรนี้ยังมีความต้านทานอินพุตสูงสุดอีกด้วย
ลูกศรสีส้มในแผนภาพด้านบนแสดงวงจรการไหลของกระแสที่สร้างขึ้นโดยแหล่งพลังงานของวงจรเอาท์พุต (Epit) และสัญญาณอินพุตเอง (Uin) อย่างที่คุณเห็นในวงจรที่มี OB กระแสที่สร้างโดย Epit ไม่เพียงไหลผ่านทรานซิสเตอร์เท่านั้น แต่ยังผ่านแหล่งกำเนิดของสัญญาณที่ขยายด้วยและในวงจรที่มี OK ตรงกันข้ามกระแสที่สร้างขึ้นโดย สัญญาณอินพุตไม่เพียงไหลผ่านทรานซิสเตอร์เท่านั้น แต่ยังผ่านโหลดด้วย (การใช้สัญญาณเหล่านี้ทำให้คุณสามารถแยกแยะรูปแบบการเชื่อมต่อหนึ่งจากที่อื่นได้อย่างง่ายดาย)
และสุดท้าย เรามาพูดถึงวิธีตรวจสอบทรานซิสเตอร์แบบไบโพลาร์เพื่อความสามารถในการซ่อมบำรุง ในกรณีส่วนใหญ่ ความสมบูรณ์ของทรานซิสเตอร์สามารถตัดสินได้จากสถานะของรอยต่อ pn หากเราพิจารณาจุดเชื่อมต่อ pn เหล่านี้แยกจากกัน ทรานซิสเตอร์สามารถแสดงเป็นการรวมกันของไดโอดสองตัว (ดังรูปด้านซ้าย) โดยทั่วไป อิทธิพลร่วมกันของรอยต่อ pn คือสิ่งที่ทำให้ทรานซิสเตอร์เป็นทรานซิสเตอร์ แต่เมื่อตรวจสอบแล้ว อิทธิพลซึ่งกันและกันนี้สามารถมองข้ามไปได้ เนื่องจากเราใช้แรงดันไฟฟ้าที่ขั้วของทรานซิสเตอร์เป็นคู่ (กับขั้วสองในสาม) ดังนั้นคุณสามารถตรวจสอบจุดเชื่อมต่อ pn เหล่านี้ด้วยมัลติมิเตอร์ปกติในโหมดทดสอบไดโอด เมื่อคุณเชื่อมต่อโพรบสีแดง (+) เข้ากับแคโทดของไดโอด และเชื่อมต่อโพรบสีดำเข้ากับขั้วบวก จุดเชื่อมต่อ pn จะถูกปิด (มัลติมิเตอร์แสดงความต้านทานสูงเป็นอนันต์) หากคุณสลับโพรบ จุดเชื่อมต่อ pn จะปิด เปิดอยู่ (มัลติมิเตอร์แสดงแรงดันไฟฟ้าตกคร่อมทางแยก pn แบบเปิด ซึ่งปกติคือ 0.6-0.8 V) เมื่อเชื่อมต่อโพรบระหว่างตัวรวบรวมและตัวปล่อย มัลติมิเตอร์จะแสดงความต้านทานสูงอย่างไม่จำกัด ไม่ว่าโพรบตัวใดจะเชื่อมต่อกับตัวรวบรวมและตัวส่งสัญญาณใด
ยังมีต่อ…
ทรานซิสเตอร์แบบไบโพลาร์ เป็นอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์ที่มีสองตัวโต้ตอบกัน ร-n- การเปลี่ยนผ่านและมีสามเทอร์มินัล (รูปที่ 1.15) ทรานซิสเตอร์มีความโดดเด่น ขึ้นอยู่กับการสลับพื้นที่ที่เจือ n-p-n-ประเภท (รูปที่ 1.15, ก) และ ร-ไม่มี-ประเภท (รูปที่ 1.15, ข).
ในรูป 1.15, วี ชมีสัญลักษณ์ของทรานซิสเตอร์ให้ พีพีพี-และ ร-ไม่มีประเภทตามลำดับ ขั้วต่อทรานซิสเตอร์ถูกกำหนดไว้: อี– ตัวส่ง บี- ฐาน, ถึง– นักสะสม
บริเวณตัวปล่อยและตัวสะสมมีความแตกต่างกันตรงที่ในบริเวณตัวปล่อยความเข้มข้นของสิ่งเจือปนจะสูงกว่าในบริเวณตัวสะสมมาก เรียกว่าการเปลี่ยนแปลงที่เกิดขึ้นระหว่างตัวปล่อยและฐาน ชุมทางตัวส่งสัญญาณ และการเปลี่ยนแปลงที่เกิดขึ้นระหว่างตัวสะสมและฐานคือ นักสะสม .
ในรูป รูปที่ 1.16 แสดงแผนภาพวงจรสำหรับเชื่อมต่อทรานซิสเตอร์กับแหล่งจ่ายแรงดันไฟฟ้าคงที่และตัวต้านทานแบบสะสม ในวงจรนี้ ขั้วต่อฐานของทรานซิสเตอร์จะเชื่อมต่อกับตัวเครื่อง จึงเรียกโครงการนี้ว่า วงจรสำหรับเชื่อมต่อทรานซิสเตอร์กับฐานร่วม (CB)
แยกแยะ โหมดการทำงานสี่โหมดของทรานซิสเตอร์แบบไบโพลาร์ :
1) โหมดแอคทีฟ – ทางแยกตัวปล่อยเปิดและทางแยกตัวรวบรวมปิด (รูปที่ 1.16)
2) โหมดตัด - ทั้งคู่ ร-n- ทางแยกปิดและไม่มีกระแสไฟฟ้าที่สำคัญผ่านทรานซิสเตอร์
เพื่อให้ได้โหมดนี้จำเป็นต้องเปลี่ยนขั้วของแหล่งกำเนิดในวงจร (ดูรูปที่ 1.16) อี อีตรงกันข้าม;
1) โหมดความอิ่มตัว - สอง ร-n- ชุมทางทรานซิสเตอร์เปิดและมีกระแสตรงไหลผ่าน เพื่อให้ได้โหมดนี้จำเป็นต้องเปลี่ยนขั้วของแหล่งกำเนิดในวงจร (ดูรูปที่ 1.16) อีเคตรงกันข้าม;
2) โหมดผกผัน – ชุมทางคอลเลคเตอร์เปิดอยู่และชุมทางตัวปล่อยปิด เพื่อให้ได้โหมดนี้ จำเป็นต้องเปลี่ยนขั้วของแหล่งกำเนิดเป็นขั้วตรงข้ามในวงจร (ดูรูปที่ 1.16) อีเคและ อี อี.
โหมดการทำงานแบบแอคทีฟส่วนใหญ่จะใช้เพื่อขยายและแปลงสัญญาณ การทำงานของทรานซิสเตอร์แบบไบโพลาร์ในโหมดแอคทีฟนั้นขึ้นอยู่กับปรากฏการณ์การแพร่กระจาย เช่นเดียวกับผลกระทบของการดริฟท์ของตัวพาประจุในสนามไฟฟ้า
การทำงานของทรานซิสเตอร์ในโหมดแอคทีฟ
ลองพิจารณาการทำงานของทรานซิสเตอร์ในโหมดแอคทีฟโดยใช้ตัวอย่างของทรานซิสเตอร์ชนิด pnp (รูปที่ 1.16) ในโหมดนี้ จุดเชื่อมต่อตัวส่งสัญญาณของทรานซิสเตอร์จะเปิดอยู่ แรงดันไฟฟ้าเปิดคือ อี อี= 0.4…0.7 โวลต์
กระแสไหลผ่านทางแยกตัวปล่อยแบบเปิด เช่น (เช่น= 0.1…10 mA สำหรับทรานซิสเตอร์กำลังต่ำ) ตามกฎแล้วในพื้นที่ตัวปล่อยของทรานซิสเตอร์ความเข้มข้นของสิ่งเจือปนของตัวรับจะมากกว่าความเข้มข้นของสิ่งเจือปนของผู้บริจาคในบริเวณฐานหลายเท่า ไม่มีพื้นที่ทรานซิสเตอร์ ดังนั้นความเข้มข้นของรูในบริเวณตัวปล่อยจึงมากกว่าความเข้มข้นของอิเล็กตรอนในบริเวณฐานมากและกระแสของตัวปล่อยเกือบทั้งหมดก็เป็นกระแสของรู
ในคนโสด พี-เอ็น- การเปลี่ยนแปลงระหว่างการแพร่กระจายของรูเข้า ป- ภูมิภาคเกิดการรวมตัวกันใหม่ของรูที่ถูกฉีดกับอิเล็กตรอนเกิดขึ้นอีกครั้ง ป-ภูมิภาค กระบวนการเดียวกันนี้เกิดขึ้นที่ทางแยกตัวส่งสัญญาณของทรานซิสเตอร์ ด้วยกระบวนการนี้ทำให้เกิดกระแสฐานขึ้น ฉันบี(ดูรูปที่ 1.16) อย่างไรก็ตาม กระบวนการที่ซับซ้อนมากขึ้นเกิดขึ้นในทรานซิสเตอร์
คุณสมบัติหลักของการออกแบบทรานซิสเตอร์คือความสัมพันธ์ พื้นที่ฐานบาง ข.ความกว้างฐาน ( ว) ในทรานซิสเตอร์มีค่าน้อยกว่าเส้นทางอิสระของรู ( ล- ในทรานซิสเตอร์ซิลิคอนสมัยใหม่ ว» 1 µm และความยาวการแพร่กระจาย ล= 5…10 ไมโครเมตร ด้วยเหตุนี้ รูส่วนใหญ่จึงไปถึงจุดเชื่อมต่อของตัวสะสมโดยไม่ต้องมีเวลารวมตัวกับอิเล็กตรอนฐานอีกครั้ง เมื่ออยู่ในทางแยกแบบ Reverse-biased Collector หลุมจะลอย (และเร่งความเร็ว) ในสนามทางแยกที่มีอยู่
เมื่อผ่านทางแยกของตัวสะสม หลุมจะรวมตัวกับอิเล็กตรอนที่ไหลจากแหล่งพลังงานไปยังตัวสะสม ( อีเค- โปรดทราบว่ากระแสของหลุมนี้มีค่ามากกว่ากระแสย้อนกลับภายในของทางแยกสะสมแบบปิดหลายเท่า และเกือบจะกำหนดกระแสของตัวสะสมเกือบทั้งหมด ( ฉันเค) ทรานซิสเตอร์
จากการวิเคราะห์โหมดแอคทีฟ (รูปที่ 1.16) สมการของกระแสทรานซิสเตอร์จะเป็นดังนี้:
ในสมการนี้ กระแสฐานจะน้อยกว่ากระแสของตัวปล่อยและกระแสของตัวสะสมมากและ
กระแสสะสมมีค่าเกือบเท่ากับกระแสตัวปล่อยของทรานซิสเตอร์
ความสัมพันธ์ระหว่างกระแสในทรานซิสเตอร์มีลักษณะเป็นพารามิเตอร์สองตัว:
ค่าสัมประสิทธิ์การถ่ายโอนปัจจุบันของตัวปล่อย
และ ค่าสัมประสิทธิ์การถ่ายโอนฐานปัจจุบัน
โดยใช้สูตร (1.2) เราได้สูตร ความสัมพันธ์ระหว่างค่าสัมประสิทธิ์การส่งผ่าน :
ค่าสัมประสิทธิ์ α และ β ขึ้นอยู่กับการออกแบบของทรานซิสเตอร์ สำหรับทรานซิสเตอร์กำลังต่ำส่วนใหญ่ที่ใช้ในอุปกรณ์สื่อสารและคอมพิวเตอร์ ค่าสัมประสิทธิ์ ข= 20...200 และค่าสัมประสิทธิ์ ก = 0,95…0,995.
คุณสมบัติการขยายทรานซิสเตอร์
พิจารณาคุณสมบัติการขยายของทรานซิสเตอร์ ให้มีแรงดันไฟฟ้าที่อินพุตของทรานซิสเตอร์ อี อี= 0.5 V. และให้แรงดันนี้สร้างกระแส เช่น= 5 มิลลิแอมป์ พลังงานที่ใช้ในการควบคุมทรานซิสเตอร์เท่ากับ:
อาร์ วีเอ็กซ์= อี อีเช่น= 0.5 × 5 ×10 -3 = 2.5 มิลลิวัตต์
ให้ความต้านทานน้ำหนักบรรทุกในวงจรสะสมของทรานซิสเตอร์ (รูปที่ 1.17) เท่ากับ อาร์เค= 1 โอห์ม กระแสสะสมจะไหลผ่านตัวต้านทานโหลด ซึ่งมีค่าประมาณเท่ากับกระแสอิมิตเตอร์ของทรานซิสเตอร์: ฉันเค» เช่น- กำลังขับที่ปล่อยออกมาเมื่อโหลดเท่ากับ:
อาร์ เอ็น =ฉันเค 2RK = 25เมกะวัตต์ .
ดังนั้นวงจร (ดูรูปที่ 1.17) ให้กำลังขยายสิบเท่า โปรดทราบว่าเพื่อให้มีการขยายสัญญาณดังกล่าว จำเป็นต้องใช้แรงดันไฟฟ้าบล็อกขนาดใหญ่ที่จุดต่อตัวรวบรวม:
อี เค >ยูเค,
ที่ไหน U K = ฉัน K อาร์เค– แรงดันไฟฟ้าตกคร่อมความต้านทานโหลดในวงจรสะสม
พลังงานสัญญาณเอาท์พุตที่เพิ่มขึ้นนั้นมาจากแหล่งจ่ายไฟในวงจรคอลเลคเตอร์
พิจารณาโหมดการทำงานอื่นของทรานซิสเตอร์:
· อยู่ในโหมด ความอิ่มตัว กระแสไปข้างหน้าของทางแยกสะสมเกิดขึ้น ทิศทางของมันอยู่ตรงข้ามกับทิศทางของกระแสการแพร่กระจายของรู กระแสสะสมที่เกิดขึ้นจะลดลงอย่างรวดเร็วและคุณสมบัติการขยายของทรานซิสเตอร์ลดลงอย่างมาก
ทรานซิสเตอร์ที่ไม่ค่อยได้ใช้ ผกผัน โหมดเนื่องจากคุณสมบัติการฉีดของตัวสะสมนั้นแย่กว่าคุณสมบัติการฉีดของตัวปล่อยมาก
· วี โหมด การตัดยอด กระแสทั้งหมดผ่านทรานซิสเตอร์มีค่าเท่ากับศูนย์ - ทางแยกทั้งสองของทรานซิสเตอร์ถูกปิดและคุณสมบัติการขยายของทรานซิสเตอร์จะไม่ปรากฏ
นอกจากวงจรที่พิจารณาสำหรับการเชื่อมต่อทรานซิสเตอร์กับฐานร่วมแล้วยังมีการใช้วงจรอีกสองวงจร:
1) เมื่อเชื่อมต่อกับตัวตัวส่งสัญญาณของทรานซิสเตอร์เราจะได้ วงจรตัวส่งสัญญาณร่วม (CE) (รูปที่ 1.17) โครงการ OE มักพบในทางปฏิบัติมากที่สุด
2) เมื่อเชื่อมต่อกับตัวสะสมทรานซิสเตอร์ เราได้รับ วงจรที่มีตัวสะสมทั่วไป (ตกลง) - ในวงจรเหล่านี้ แรงดันไฟฟ้าควบคุมจะจ่ายไปที่ขั้วต่อฐานของทรานซิสเตอร์
เรียกว่าการพึ่งพากระแสผ่านขั้วของทรานซิสเตอร์กับแรงดันไฟฟ้าที่ใช้กับทรานซิสเตอร์ ลักษณะแรงดันกระแส (ลักษณะโวลต์-แอมแปร์) ทรานซิสเตอร์.
สำหรับวงจรที่มีตัวปล่อยทั่วไป (รูปที่ 1.17) ลักษณะแรงดันกระแสของทรานซิสเตอร์จะมีลักษณะดังนี้ (รูปที่ 1.18, 1.19) สามารถรับกราฟที่คล้ายกันสำหรับโครงร่างที่มีฐานร่วม เรียกว่าเส้นโค้ง (ดูรูปที่ 1.18) ลักษณะอินพุตของทรานซิสเตอร์ เนื่องจากแสดงการพึ่งพากระแสอินพุตกับแรงดันไฟฟ้าอินพุตควบคุมที่จ่ายระหว่างฐานและตัวปล่อยของทรานซิสเตอร์ คุณลักษณะอินพุตของทรานซิสเตอร์ใกล้เคียงกับคุณลักษณะ ร-n-การเปลี่ยนแปลง
การพึ่งพาคุณลักษณะอินพุตของแรงดันไฟฟ้าของตัวสะสมนั้นอธิบายได้จากการเพิ่มความกว้างของทางแยกของตัวสะสมและส่งผลให้ความหนาของฐานลดลงพร้อมกับการเพิ่มขึ้นของแรงดันย้อนกลับที่ตัวสะสมทรานซิสเตอร์ (เอฟเฟกต์เริ่มต้น)
เรียกว่าเส้นโค้ง (ดูรูปที่ 1.19) ลักษณะเอาต์พุตของทรานซิสเตอร์ - ใช้เพื่อกำหนดกระแสสะสมของทรานซิสเตอร์ การเพิ่มขึ้นของกระแสสะสมสอดคล้องกับการเพิ่มขึ้นของแรงดันไฟฟ้าควบคุมที่ฐานของทรานซิสเตอร์:
คุณ BE4 > คุณ BE3 > คุณเป็น BE2 > คุณเป็น BE1.
ที่ คุณ FE£
คุณสหรัฐฯ(ดูรูปที่ 1.19) แรงดันไฟฟ้าที่ตัวสะสมของทรานซิสเตอร์จะน้อยกว่าแรงดันไฟฟ้าที่ฐาน ในกรณีนี้ทางแยกสะสมของทรานซิสเตอร์จะเปิดขึ้นและโหมดอิ่มตัวจะเกิดขึ้น
iation ซึ่งกระแสสะสมลดลงอย่างรวดเร็ว
ที่แรงดันไฟฟ้าสูงบนตัวสะสม กระแสของตัวสะสมจะเริ่มเพิ่มขึ้น เมื่อกระบวนการพังทลายของหิมะถล่ม (หรือความร้อน) ของทางแยกตัวสะสมของทรานซิสเตอร์เกิดขึ้น
จากการวิเคราะห์ลักษณะเฉพาะของแรงดันกระแสของทรานซิสเตอร์ พบว่าทรานซิสเตอร์เป็นองค์ประกอบที่ไม่เชิงเส้นเช่นเดียวกับไดโอด อย่างไรก็ตามในโหมดแอคทีฟด้วย คุณ FE> คุณสหรัฐฯกระแสสะสมของทรานซิสเตอร์เปลี่ยนแปลงโดยประมาณในสัดส่วนโดยตรงกับการเพิ่มขึ้นของแรงดันไฟฟ้าควบคุมอินพุตที่ฐานของทรานซิสเตอร์ เช่น วงจรเอาท์พุตของทรานซิสเตอร์มีคุณสมบัติใกล้เคียงกับแหล่งกำเนิดกระแสไฟฟ้าที่มีการควบคุมในอุดมคติ กระแสของตัวสะสมในโหมดแอคทีฟนั้นแทบไม่ขึ้นอยู่กับโหลดที่เชื่อมต่อกับตัวสะสมทรานซิสเตอร์
ในรูป 1.20 แสดงง่ายที่สุด วงจรทรานซิสเตอร์เทียบเท่าเชิงเส้น ได้รับสำหรับโหมดการทำงานที่ใช้งานอยู่เมื่อใช้สัญญาณสลับแอมพลิจูดขนาดเล็กกับทรานซิสเตอร์ ( อืม < 0,1 В). Основным элементом этой схемы является источник тока, управляемый входным напряжением:
ฉัน เค =สุเบ,
ที่ไหน ส– การทรานส์คอนดักเตอร์ของทรานซิสเตอร์ เท่ากับ 10...100 mA/V สำหรับทรานซิสเตอร์กำลังต่ำ
ความต้านทาน ซีอีแสดงลักษณะการสูญเสียพลังงานในวงจรสะสม ค่าของทรานซิสเตอร์กำลังต่ำคือหลายสิบและหลายร้อยกิโลโอห์ม ความต้านทานทางแยกของตัวส่งสัญญาณ ( พ.ศ) เท่ากับร้อยโอห์มหรือหน่วยกิโลโอห์ม ความต้านทานนี้เป็นลักษณะของพลังงานที่สูญเสียไปในการควบคุมทรานซิสเตอร์ ค่าของพารามิเตอร์ของวงจรสมมูลสามารถพบได้โดยการระบุจุดปฏิบัติการที่ลักษณะอินพุตและเอาต์พุต I-V ของทรานซิสเตอร์และกำหนดอนุพันธ์ที่สอดคล้องกันที่จุดปฏิบัติการเหล่านี้ (หรือระบุการเพิ่มขึ้นของกระแสและแรงดันไฟฟ้าที่สอดคล้องกันที่ จุดปฏิบัติการ)
ทรานซิสเตอร์เป็นส่วนประกอบที่แพร่หลายและสำคัญในไมโครอิเล็กทรอนิกส์สมัยใหม่ จุดประสงค์นั้นง่าย: ช่วยให้คุณควบคุมอันที่แรงกว่ามากโดยใช้สัญญาณอ่อน
โดยเฉพาะอย่างยิ่งสามารถใช้เป็น "แดมเปอร์" ที่ควบคุมได้: หากไม่มีสัญญาณที่ "เกต" จะปิดกั้นการไหลของกระแสและโดยการจ่ายไฟให้อนุญาต กล่าวอีกนัยหนึ่ง: นี่คือปุ่มที่กดไม่ได้ด้วยนิ้ว แต่ใช้แรงดันไฟฟ้า นี่เป็นแอปพลิเคชั่นที่พบบ่อยที่สุดในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ดิจิทัล
ทรานซิสเตอร์มีจำหน่ายในแพ็คเกจที่แตกต่างกัน: ทรานซิสเตอร์ตัวเดียวกันอาจมีรูปลักษณ์ที่แตกต่างไปจากเดิมอย่างสิ้นเชิง ในการสร้างต้นแบบ กรณีที่พบบ่อยที่สุดคือ:
TO-92 - กะทัดรัดสำหรับงานเบา
TO-220AB - กระจายความร้อนได้มากและดีสำหรับงานหนัก
การกำหนดบนไดอะแกรมยังแตกต่างกันไปขึ้นอยู่กับประเภทของทรานซิสเตอร์และมาตรฐานการกำหนดที่ใช้ในการรวบรวม แต่ไม่ว่ารูปแบบจะเปลี่ยนไปอย่างไร สัญลักษณ์ก็ยังคงเป็นที่จดจำได้
ทรานซิสเตอร์แบบสองขั้วทางแยก (BJT, ทรานซิสเตอร์ทางแยกแบบสองขั้ว) มีหน้าสัมผัสสามแบบ:
ตัวสะสม - ใช้ไฟฟ้าแรงสูงซึ่งคุณต้องการควบคุม
ฐาน - มีการจ่ายจำนวนเล็กน้อยผ่านมัน ปัจจุบันเพื่อปลดล็อคใหญ่ ฐานถูกต่อสายดินเพื่อปิดกั้น
ตัวส่ง - กระแสไหลผ่านจากตัวสะสมและฐานเมื่อทรานซิสเตอร์ "เปิด"
ลักษณะสำคัญของทรานซิสเตอร์แบบไบโพลาร์คือตัวบ่งชี้ สวัสดียังเป็นที่รู้จักกันในนามกำไร มันสะท้อนถึงจำนวนกระแสในส่วนตัวสะสม-ตัวปล่อยที่ทรานซิสเตอร์สามารถส่งผ่านได้มากเพียงใดโดยสัมพันธ์กับกระแสตัวปล่อยฐาน
ตัวอย่างเช่น ถ้า สวัสดี= 100 และ 0.1 mA ไหลผ่านฐาน จากนั้นทรานซิสเตอร์จะผ่านตัวเองได้สูงสุด 10 mA หากในกรณีนี้มีส่วนประกอบในส่วนกระแสสูงที่ใช้ เช่น 8 mA ก็จะได้รับ 8 mA และทรานซิสเตอร์จะมี "สำรอง" หากมีส่วนประกอบที่ดึงกระแสไฟ 20 mA ส่วนประกอบนั้นจะได้รับกระแสสูงสุดเพียง 10 mA เท่านั้น
นอกจากนี้ เอกสารสำหรับทรานซิสเตอร์แต่ละตัวยังระบุแรงดันไฟฟ้าและกระแสสูงสุดที่อนุญาตที่หน้าสัมผัส เกินค่าเหล่านี้นำไปสู่ความร้อนมากเกินไปและอายุการใช้งานลดลงและส่วนเกินที่รุนแรงอาจนำไปสู่การทำลายล้าง
ทรานซิสเตอร์ที่อธิบายไว้ข้างต้นเรียกว่าทรานซิสเตอร์ NPN ที่ถูกเรียกอย่างนั้นเพราะมันประกอบด้วยซิลิคอนสามชั้นที่เชื่อมต่อกันตามลำดับ: ลบ-บวก-ลบ โดยที่ค่าลบคือโลหะผสมซิลิกอนที่มีตัวพาประจุลบมากเกินไป (n-doped) และค่าบวกคือโลหะผสมที่มีตัวพาประจุบวกมากเกินไป (p-doped)
NPN มีประสิทธิภาพมากกว่าและพบได้ทั่วไปในอุตสาหกรรม
เมื่อกำหนดทรานซิสเตอร์ PNP จะแตกต่างกันตามทิศทางของลูกศร ลูกศรจะชี้จาก P ถึง N เสมอ ทรานซิสเตอร์ PNP มีลักษณะ "กลับด้าน": กระแสไฟฟ้าจะไม่ถูกบล็อกเมื่อฐานต่อสายดินและถูกบล็อกเมื่อกระแสไหลผ่าน
ทรานซิสเตอร์สนามผล (FET, ทรานซิสเตอร์สนามผล) มีวัตถุประสงค์เดียวกัน แต่มีโครงสร้างภายในแตกต่างกัน ส่วนประกอบเฉพาะบางประเภทคือทรานซิสเตอร์ MOSFET (Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor) ช่วยให้คุณทำงานด้วยกำลังที่มากขึ้นในขนาดเดียวกัน และการควบคุม "แดมเปอร์" นั้นทำได้โดยเฉพาะ โดยใช้แรงดันไฟฟ้า: ไม่มีกระแสไหลผ่านเกต ไม่เหมือนทรานซิสเตอร์แบบไบโพลาร์
ทรานซิสเตอร์สนามผลมีสามหน้าสัมผัส:
ท่อระบายน้ำ - ใช้ไฟฟ้าแรงสูงซึ่งคุณต้องการควบคุม
ประตู - ใช้แรงดันไฟฟ้าเพื่อให้กระแสไหล ประตูมีการต่อสายดินเพื่อป้องกันกระแสไฟ
แหล่งที่มา - กระแสไหลผ่านจากท่อระบายน้ำเมื่อทรานซิสเตอร์ "เปิด"
โดยการเปรียบเทียบกับทรานซิสเตอร์แบบไบโพลาร์ ทรานซิสเตอร์แบบสนามแม่เหล็กจะมีขั้วต่างกัน ทรานซิสเตอร์ N-Channel อธิบายไว้ข้างต้น เป็นเรื่องธรรมดาที่สุด
เมื่อกำหนด P-Channel จะแตกต่างไปในทิศทางของลูกศร และจะมีพฤติกรรม "กลับหัว" อีกครั้ง
งานทั่วไปของไมโครคอนโทรลเลอร์คือการเปิดและปิดส่วนประกอบวงจรเฉพาะ ไมโครคอนโทรลเลอร์นั้นมักจะมีลักษณะการจัดการพลังงานที่พอประมาณ ดังนั้น Arduino ที่มีเอาต์พุต 5 V ต่อพินจึงสามารถทนกระแสไฟที่ 40 mA ได้ มอเตอร์อันทรงพลังหรือไฟ LED ที่สว่างเป็นพิเศษสามารถดึงพลังงานได้หลายร้อยมิลลิแอมป์ เมื่อเชื่อมต่อโหลดดังกล่าวโดยตรงชิปอาจล้มเหลวได้อย่างรวดเร็ว นอกจากนี้ สำหรับการทำงานของส่วนประกอบบางอย่าง จำเป็นต้องใช้แรงดันไฟฟ้าที่มากกว่า 5 V และ Arduino ไม่สามารถสร้างแรงดันไฟฟ้าเกิน 5 V จากพินเอาท์พุตดิจิทัลได้
แต่ควบคุมทรานซิสเตอร์ได้ง่ายพอที่จะควบคุมกระแสไฟขนาดใหญ่ได้ สมมติว่าเราต้องเชื่อมต่อแถบ LED ยาวซึ่งต้องใช้ไฟ 12 V และกินไฟ 100 mA:
ตอนนี้เมื่อเอาต์พุตถูกตั้งค่าเป็นโลจิคัล (สูง) 5 V ที่เข้าสู่ฐานจะเปิดทรานซิสเตอร์และกระแสจะไหลผ่านเทป - มันจะเรืองแสง เมื่อเอาต์พุตถูกตั้งค่าเป็นศูนย์ลอจิก (ต่ำ) ฐานจะถูกต่อสายดินผ่านไมโครคอนโทรลเลอร์และการไหลของกระแสจะถูกบล็อก
ให้ความสนใจกับตัวต้านทานจำกัดกระแส ร- จำเป็นเพื่อให้เมื่อใช้แรงดันไฟฟ้าควบคุม จะไม่เกิดไฟฟ้าลัดวงจรตามเส้นทางไมโครคอนโทรลเลอร์ - ทรานซิสเตอร์ - กราวด์ สิ่งสำคัญคือต้องไม่เกินกระแสไฟฟ้าที่อนุญาตผ่านหน้าสัมผัส Arduino ที่ 40 mA ดังนั้นคุณต้องใช้ตัวต้านทานที่มีค่าอย่างน้อย:
ที่นี่ คุณดี- นี่คือแรงดันตกคร่อมตัวทรานซิสเตอร์เอง ขึ้นอยู่กับวัสดุที่ใช้ทำและโดยปกติจะเป็น 0.3 – 0.6 V.
แต่ไม่จำเป็นอย่างยิ่งที่จะต้องรักษากระแสให้อยู่ในขีด จำกัด ที่อนุญาต จำเป็นเท่านั้นที่การเพิ่มของทรานซิสเตอร์ช่วยให้คุณควบคุมกระแสที่ต้องการได้ ในกรณีของเราคือ 100 mA ยอมรับได้สำหรับทรานซิสเตอร์ที่ใช้ สวัสดี= 100 ดังนั้นกระแสควบคุม 1 mA ก็เพียงพอสำหรับเรา
ตัวต้านทานที่มีค่าตั้งแต่ 118 โอห์มถึง 4.7 kOhm เหมาะสำหรับเรา สำหรับการทำงานที่เสถียรในด้านหนึ่งและโหลดที่เบาบนชิปอีกด้านหนึ่ง 2.2 kOhm เป็นตัวเลือกที่ดี
หากคุณใช้ทรานซิสเตอร์สนามแม่เหล็กแทนทรานซิสเตอร์แบบไบโพลาร์ คุณสามารถทำได้โดยไม่ต้องใช้ตัวต้านทาน:
นี่เป็นเพราะความจริงที่ว่าเกตในทรานซิสเตอร์ดังกล่าวถูกควบคุมโดยแรงดันไฟฟ้าเพียงอย่างเดียว: ไม่มีกระแสไฟฟ้าในส่วนไมโครคอนโทรลเลอร์ - เกต - แหล่งที่มา และเนื่องจากคุณลักษณะที่สูง วงจรที่ใช้ MOSFET จึงช่วยให้คุณสามารถขับเคลื่อนส่วนประกอบที่ทรงพลังมากได้
