Bipolaartransistor ühisemitteriga lülituses - Prax 3 (2)

Tallinna Tehnikaülikool

Elektriajamite ja Jõuelektroonika instituut

Üliõpilane: Rait Rääk
Teostatud: 14.03.2005
Õpperühm: AAAB41
Kaitstud:
Töö nr. 3

OT

Bipolaartransistor ühisemitteriga lülituses Töö eesmärk:

Ühisemitteriga lülituses transistori tunnusjoonte määramine ja nende kasutamise oskuste arendamine.

Töövahendid:
Transistor , toiteallikas , potentsiomeetrid, ampermeetrid , voltmeetrid.
Skeem
Teooria
Transistor on kolme väljastusega täielikult tüüritav pooljuhtseadis. Tööpõhimõtte järgi jagatakse nad bipolaartransistorideks (juhtivuses osalevad elektronid ja augud) ja unipolaar ehk väljatransistorideks (jutivuses osalevad elektronid või augud). Järgnevalt vaatleme bipolaartransistori (edaspidi transistor) ehitust ja tööpõhimõtet. Transistoridest on enamlevinud räni- või germaaniumtransistorid. Transistori valmistamise aluseks võib olla näiteks p- juhtivusega räni monokristsll. Sinna tehtud süvenditesse sulandatakse kaks eri kaalutist tina (Sn) ja fofori (P) segu, et saada kõrglegeeritud n- piirkonnad (joonis 3.17).
Transistoris tekkivad kolm vahelduva juhtivustüübiga ala, mida eraldavad kaks pnsiiret. Transistorid võivad olla kas pnp- või npn-struktuuriga (juhtivusega). Erinevus nende vahel seisneb vaid ühendatavate toiteallikate polaarsuses (voolude suunad vastupidised). Transistori ekvivalendiks on kaks dioodi, mis on ühendatud ühise anoodi või katoodiga.
Pingestamata väljundite korral on mõlema siirde läheduses kontsentreerunud lisandioonide ruumlaengud. Ruumlaengute elektriväli kujutab endast kaht ühesugust potentsiaalibarjääri (kahe dioodi vastulülitus). Väliste vooluallikate puudumisel on siirde voolud võrdsed nulliga. Transistori kasutamisel võimenduselemendina pingestatakse üks siire päri- ja teine vastassuunas.
Esimest nimetatakse emittersiirdeks, teist aga kollektorsiirdeks. Keskmist pooljuhtkihti nimetatakse baasiks . Emitterväljastusega ühendatakse toiteallikas UE (pingega ca. 1 V) ja sisendsignaaliallikas Usis. Kollektorväljastusega ühendatakse toiteallikas UK (pingega mõnikümmend volti) ja koormustakisti Rk. Siirde päripingestamisel potentsiaalibarjäär väheneb ja elektronid injekteeruvad baasi. Samaaegselt liiguvad baasipiirkonnast sealsed enamuslaengukandjad (augud) läbi siirde emitterisse. Need mõlemad komponendid moodustavad emitterivoolu IE (aukude osa voolu moodustumises on suhteliselt väike). Kokkuleppeline emitterivoolu suund on vastupidine elektronide liikumise suunale.
Baasis muutuvad elektronid vähemuslaengukandjateks liikudes edasi põhiliselt difusiooni teel vasaku siirde poole. Baasi elektriväli praktiliselt elektronide liikumist ei mõjuta, sest nende laengud kompenseeritakse aukude poolt. Difusiooni käigus osa elektrone rekombineerub aukudega , osa hajub kristallvõres, ülejäänud aga kanduvad kollektorsiirde välja mõjul kollektorile. Kollektorivool moodustub kahest komponendist - emitterist injekteeruvatest laengukandjatest ja kollektori vastupingest. Kollektor -baasi vastuvool IKB0 ei ole muudetav ning sõltub ainult temperatuurist. Suurtes piirides on aga muudetav kollektorivoolu esimene komponent ning selle tüürimiseks kasutatakse välist vooluallikat.
Joonis 3.20 Transistori ÜE-ühendus
ÜE - lülitust kasutatakse kõige enam kuna sel juhul tüüritakse väljundvoolu baasivoolu muutmise teel. Ühisemitter lülituse korral võib kollektorivoolu muudu avaldada järgmiselt:
ÜE - lülituse korral võib staatiline vooluvõimendustegur ulatuda kümnetesse tuhandetesse.
Transistori väljund- ja sisendsuuruste omavahelisi seoseid väljendavad nende staatiliste tunnusjoonte sarjad , mille abil saab hinnata transistori omadusi ja valida talitlusviisi. Eristatakse sisend - ja väljundtunnusjooni. ÜE- lülituse korral on sisendtunnusjooneks IB = f(UBE) kui UCE = const . ja väljundtunnusjooneks IK = f(UKE) kui IB = const. (joonis 3.21).
Bipolaartransistor võib töötada kolmes põhitalitluses:
1. Võimenditalitluses (aktiivtalitluses) on emittersiire avatud (takistus väike) ja kollektorsiire suletud (takistus suur).
2. Sulgetalitluses on peale kollektorsiirde ka emittersiire suletud, s.t. mõlemal siirdel on vastupinge .
3. Küllastustalitluses on mõlemad siirded avatud. Baasivool võib tugevuselt muutuda võrreldavaks emitterivooluga. Küllastus tekib, kui pinge kollektoril muutub npntransistoris baasi suhtes negatiivseks; seejuures emitteri suhtes võib ta olla veel positiivne.
Tulemused
Sisendtunnusjooned
Kui UKE=0
Kui UKE=5,2 V
UBK, V
IB, mA
UBK, V
IB, mA
n
C
nC
n
C
nC
n
C
nC
n
C
nC
75
3/150
1,5
 
 
101
74
3/150
1,48
 
 
99
65
3/150
1,3
 
 
88
65
3/150
1,3
 
 
88
55
3/150
1,1
 
 
74
55
3/150
1,1
 
 
74
45
3/150
0,9
 
 
60
45
3/150
0,9
 
 
61
35
3/150
0,7
 
 
48
35
3/150
0,7
 
 
48
25
3/150
0,5
 
 
33
25
3/150
0,5
 
 
34
20
3/150
0,4
 
 
25
20
3/150
0,4
 
 
26
Väljundtunnusjooned
Kui IB=29 mA
Kui IB=45 mA
UKE, V
IK, mA
UKE, V
IK, mA
n
C
nC
n
C
nC
n
C
nC
n
C
nC
82
7,5/150
4,1
98
75/150
49
38
7,5/150
1,9
102
75/150
51
74
7,5/150
3,7
89
75/150
44,5
33
7,5/150
1,65
88
75/150
44
64
7,5/150
3,2
76
75/150
38
30
7,5/150
1,5
80
75/150
40
55
7,5/150
2,75
66
75/150
33
26
7,5/150
1,3
70
75/150
35
45
7,5/150
2,25
54
75/150
27
22
7,5/150
1,1
60
75/150
30
35
7,5/150
1,75
42
75/150
21
19
7,5/150
0,95
50
75/150
25
30
7,5/150
1,5
35
75/150
17,5
15
7,5/150
0,75
40
75/150
20
Graafikud
Arvutused
Vastused
1. Tööpunkti paikapanekuks tuleb valida sisendvoolu väärtuseks 30/0,5=60 mA
2. Koormussirge valikust sõltub vastava transistori poolt läbilastav võimsus. Tööpunkti valikust sõltub voolu ja pinge vahekord , näiteks ei tohiks valida tööpunkti vastavalt kas siis üle kõrgeima lubatava pinge või voolu.