Việc sử dụng các thiết bị bán dẫn (SS) là phổ biến trong điện tử vô tuyến. Do đó, kích thước của các thiết bị khác nhau đã giảm xuống. Bóng bán dẫn lưỡng cực đã được ứng dụng rộng rãi, do một số tính năng, chức năng của nó rộng hơn so với bóng bán dẫn hiệu ứng trường đơn giản. Để hiểu tại sao nó cần thiết và nó được sử dụng trong những điều kiện nào, cần phải xem xét nguyên lý hoạt động, các phương pháp kết nối và phân loại của nó.
Nội dung
Thiết bị và nguyên lý hoạt động
Transistor là một chất bán dẫn điện tử bao gồm 3 điện cực, một trong số đó là điện cực điều khiển. Transistor loại lưỡng cực khác với loại có cực ở chỗ có 2 loại hạt tải điện (âm và dương).
Điện tích âm là các êlectron được giải phóng ra khỏi lớp vỏ ngoài cùng của mạng tinh thể. Một loại điện tích dương, hoặc lỗ trống, được hình thành thay cho điện tử được giải phóng.
Thiết bị của bóng bán dẫn lưỡng cực (BT) khá đơn giản, mặc dù tính linh hoạt của nó. Nó bao gồm 3 lớp dẫn điện: cực phát (E), đế (B) và cực thu (K).
Bộ phát (từ tiếng Latinh "to release") là một loại tiếp giáp bán dẫn có chức năng chính là đưa điện tích vào đế. Bộ thu (từ tiếng Latinh "collector") được sử dụng để nhận các khoản phí của bộ phát. Cơ sở là điện cực điều khiển.
Các lớp cực phát và lớp thu gần như giống nhau, nhưng khác nhau về mức độ bổ sung tạp chất để cải thiện các đặc tính của PCB. Việc bổ sung các tạp chất được gọi là pha tạp. Đối với lớp cực thu (CL), sự pha tạp được biểu hiện yếu để tăng điện áp bộ thu (Uk). Lớp bán dẫn emitter được pha tạp nhiều để tăng sự đánh thủng ngược cho phép U và cải thiện việc phun hạt tải điện vào lớp cơ sở (hệ số truyền dòng điện tăng lên - Kt). Lớp nền được pha tạp nhẹ để tạo thêm sức đề kháng (R).
Sự chuyển đổi giữa đế và bộ phát có diện tích nhỏ hơn K-B. Do sự khác biệt trong các khu vực, sự cải thiện của Kt xảy ra. Trong quá trình hoạt động của PCB, quá trình chuyển đổi K-B được bật với phân cực ngược để giải phóng phần chính của lượng nhiệt Q, bị tiêu tán và cung cấp khả năng làm mát tinh thể tốt hơn.
Tốc độ của BT phụ thuộc vào chiều dày của lớp nền (BS). Sự phụ thuộc này là một giá trị thay đổi theo tỷ lệ nghịch. Với độ dày ít hơn - tốc độ cao hơn. Sự phụ thuộc này liên quan đến thời gian bay của các hãng vận chuyển cước.Tuy nhiên, đồng thời, Uk giảm.
Một dòng điện mạnh chạy giữa thiết bị phát và K, được gọi là dòng điện K (Ik). Một dòng điện nhỏ chạy giữa E và B - dòng điện B (Ib), được sử dụng để điều khiển. Khi Ib thay đổi, Ik cũng thay đổi.
Bóng bán dẫn có hai tiếp giáp p-n: E-B và K-B. Khi chế độ đang hoạt động, E-B được kết nối với phân cực thuận và CB được kết nối với phân cực ngược. Vì sự chuyển tiếp E-B ở trạng thái mở, các điện tích âm (electron) chạy vào B. Sau đó, chúng tái kết hợp một phần với các lỗ trống. Tuy nhiên, hầu hết các electron đạt đến K-B do tính hợp pháp và độ dày của B thấp.
Trong BS, các electron là hạt mang điện tích nhỏ, và trường điện từ giúp chúng vượt qua quá trình chuyển đổi K-B. Với sự gia tăng Ib, phần mở E-B sẽ mở rộng và nhiều electron hơn sẽ chạy giữa E và K. Trong trường hợp này, một sự khuếch đại đáng kể của tín hiệu biên độ thấp sẽ xảy ra, vì Ik lớn hơn Ib.
Để dễ dàng hiểu hơn ý nghĩa vật lý của hoạt động của bóng bán dẫn loại lưỡng cực, cần phải liên kết nó với một ví dụ điển hình. Phải cho rằng máy bơm để bơm nước là nguồn điện, vòi nước là tranzito, nước là Ik, độ quay của tay cầm vòi là Ib. Để tăng áp suất, bạn cần xoay nhẹ vòi - để thực hiện thao tác điều khiển. Dựa vào ví dụ, chúng ta có thể kết luận một cách đơn giản về nguyên lý hoạt động của phần mềm.
Tuy nhiên, với sự gia tăng đáng kể của U ở quá trình chuyển đổi K-B, quá trình ion hóa va chạm có thể xảy ra, dẫn đến nhân điện tích tuyết lở.Khi kết hợp với hiệu ứng đường hầm, quá trình này tạo ra một dòng điện, và với sự gia tăng thời gian, sự cố nhiệt, làm vô hiệu hóa PP. Đôi khi sự cố nhiệt xảy ra mà không xảy ra sự cố điện do dòng điện qua đầu ra bộ thu tăng đáng kể.
Ngoài ra, khi U thay đổi thành K-B và E-B, độ dày của các lớp này thay đổi, nếu B mỏng thì xảy ra hiệu ứng đóng (nó còn được gọi là sự chọc thủng B), trong đó các chuyển tiếp K-B và E-B được kết nối với nhau. Kết quả của hiện tượng này là PP ngừng thực hiện các chức năng của nó.
Chế độ hoạt động
Bóng bán dẫn loại lưỡng cực có thể hoạt động ở 4 chế độ:
- Tích cực.
- Ngắt (RO).
- Độ bão hòa (PH).
- Rào cản (RB).
Chế độ hoạt động của BT là bình thường (NAR) và nghịch đảo (IAR).
Chế độ hoạt động bình thường
Trong chế độ này, U chảy tại điểm nối E-B, là dòng trực tiếp và được gọi là điện áp E-B (Ue-b). Chế độ này được coi là tối ưu và được sử dụng trong hầu hết các chương trình. Chuyển đổi E đưa điện tích vào vùng cơ bản, vùng này di chuyển về phía bộ thu. Sau đó tăng tốc các khoản phí, tạo ra một hiệu ứng tăng cường.
Chế độ hoạt động nghịch đảo
Trong chế độ này, quá trình chuyển đổi K-B được mở. BT hoạt động theo hướng ngược lại, tức là các hạt mang điện tích lỗ được đưa vào từ K, đi qua B. Chúng được thu bởi quá trình chuyển đổi E. Đặc tính khuếch đại của PP là yếu, và BT hiếm khi được sử dụng trong chế độ này.
Chế độ bão hòa
Ở PH, cả hai quá trình chuyển đổi đều mở. Khi E-B và K-B được kết nối với các nguồn bên ngoài theo hướng về phía trước, BT sẽ hoạt động trong xe phóng. Trường điện từ khuếch tán của điểm nối E và K bị suy yếu bởi điện trường do các nguồn bên ngoài tạo ra.Kết quả là sẽ làm giảm khả năng chắn và hạn chế khả năng khuếch tán của các hạt mang điện tích chính. Quá trình bơm các lỗ từ E và K đến B sẽ bắt đầu. Chế độ này được sử dụng chủ yếu trong công nghệ tương tự, nhưng trong một số trường hợp có thể có ngoại lệ.
Chế độ ngắt
Trong chế độ này, BT đóng hoàn toàn và không thể dẫn dòng điện. Tuy nhiên, trong BTCT có các dòng mang điện tích nhỏ không đáng kể, chúng tạo ra các dòng nhiệt có giá trị nhỏ. Chế độ này được sử dụng trong các loại bảo vệ chống quá tải và ngắn mạch.
chế độ rào cản
Chân đế BT được nối qua một điện trở K. Trong đoạn mạch K hoặc E mắc một điện trở có giá trị cường độ dòng điện (I) qua BT. BR thường được sử dụng trong các mạch, vì nó cho phép BT hoạt động ở bất kỳ tần số nào và trên một phạm vi nhiệt độ lớn hơn.
Chuyển đổi kế hoạch
Để sử dụng chính xác và kết nối các BT, bạn cần biết phân loại và loại của chúng. Phân loại bóng bán dẫn lưỡng cực:
- Nguyên liệu sản xuất: germani, silicon và arsenidogallium.
- Tính năng sản xuất.
- Công suất tiêu tán: công suất thấp (lên đến 0,25 W), trung bình (0,25-1,6 W), mạnh (trên 1,6 W).
- Giới hạn tần số: tần số thấp (lên đến 2,7 MHz), trung tần (2,7-32 MHz), tần số cao (32-310 MHz), vi ba (hơn 310 MHz).
- Mục đích chức năng.
Mục đích chức năng của BT được chia thành các loại sau:
- Khuếch đại tần số thấp với con số nhiễu chuẩn hóa và không chuẩn hóa (NiNNKSh).
- Khuếch đại tần số cao với NiNNKSh.
- Khuếch đại vi sóng bằng NiNNKSh.
- Khuếch đại điện áp cao mạnh mẽ.
- Máy phát điện với tần số cao và cực cao.
- Thiết bị chuyển mạch điện cao áp công suất thấp và công suất cao.
- Xung mạnh mẽ cho giá trị U cao.
Ngoài ra, có những loại bóng bán dẫn lưỡng cực như vậy:
- P-n-p.
- N-p-n.
Có 3 mạch để chuyển đổi trên một bóng bán dẫn lưỡng cực, mỗi mạch đều có những ưu và nhược điểm riêng:
- Tổng quát B.
- Tổng quát E.
- K tổng quát.
Bật với một cơ sở chung (OB)
Mạch được áp dụng ở tần số cao, cho phép sử dụng tối ưu đáp tuyến tần số. Khi kết nối một BT theo sơ đồ với OE và sau đó với OB, tần suất hoạt động của nó sẽ tăng lên. Sơ đồ kết nối này được sử dụng trong các bộ khuếch đại kiểu ăng-ten. Mức độ tiếng ồn ở tần số cao được giảm bớt.
Thuận lợi:
- Nhiệt độ tối ưu và dải tần số rộng (f).
- Giá trị cao Uk.
Flaws:
- Tôi đạt được thấp.
- R đầu vào thấp.
Chuyển mạch phát điện chung (CE)
Khi được kết nối theo sơ đồ này, sự khuếch đại xảy ra ở U và I. Mạch có thể được cấp nguồn từ một nguồn duy nhất. Thường được sử dụng trong các bộ khuếch đại công suất (P).
Thuận lợi:
- Lợi nhuận cao cho I, U, P.
- Một nguồn cung cấp điện.
- Biến đầu ra U được đảo ngược so với đầu vào.
Nó có những nhược điểm đáng kể: độ ổn định nhiệt độ thấp nhất và đặc tính tần số kém hơn so với khi kết nối với OB.
Bật với một bộ thu chung (OK)
Đầu vào U được chuyển hoàn toàn trở lại đầu vào và Ki cũng tương tự khi được kết nối với OE, nhưng nó ở mức U thấp.
Loại chuyển mạch này được sử dụng để đấu nối tầng được thực hiện trên bóng bán dẫn hoặc với nguồn tín hiệu đầu vào có đầu ra R cao (micrô kiểu tụ điện hoặc đầu thu). Những ưu điểm bao gồm những điều sau: giá trị đầu vào lớn và đầu ra R nhỏ.Nhược điểm là độ lợi U thấp.
Đặc điểm chính của bóng bán dẫn lưỡng cực
Các đặc điểm chính của BT:
- Tôi đã hiểu rồi.
- Đầu vào và đầu ra R.
- Đảo ngược Ik-e.
- Thời gian bật máy.
- Tần số truyền Ib.
- Đảo ngược Ik.
- Giá trị I lớn nhất.
Các ứng dụng
Việc sử dụng bóng bán dẫn lưỡng cực phổ biến trong mọi lĩnh vực hoạt động của con người. Ứng dụng chính của thiết bị được sử dụng trong các thiết bị khuếch đại, tạo tín hiệu điện và cũng được sử dụng như một phần tử chuyển mạch. Chúng được sử dụng trong các bộ khuếch đại công suất khác nhau, trong các bộ nguồn thông thường và chuyển mạch với khả năng điều chỉnh các giá trị của U và I, trong công nghệ máy tính.
Ngoài ra, chúng thường được sử dụng để xây dựng các biện pháp bảo vệ người tiêu dùng khác nhau chống lại quá tải, tăng áp U và đoản mạch. Chúng được sử dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp khai thác và luyện kim.
Các bài tương tự:
