Bóng bán dẫn Npn

Bóng bán dẫn mối nối lưỡng cực đầu tiên được phát minh vào năm 1947 tại phòng thí nghiệm Bell. "Hai cực" được viết tắt là lưỡng cực, do đó có tên là bóng bán dẫn tiếp giáp lưỡng cực. BJT là một thiết bị ba đầu cuối với Collector (C), Base (B) và Emitter (E). Việc xác định các cực của bóng bán dẫn yêu cầu sơ đồ chân của một bộ phận BJT cụ thể, nó sẽ có sẵn trong biểu dữ liệu. Có hai loại bóng bán dẫn BJT - NPN và PNP. Trong hướng dẫn này, chúng ta sẽ nói về các bóng bán dẫn NPN. Chúng ta hãy xem xét hai ví dụ về bóng bán dẫn NPN - BC547A và PN2222A, được hiển thị trong các hình ảnh trên.

Dựa trên quá trình chế tạo, cấu hình pin sẽ thay đổi và các chi tiết sẽ có trong biểu dữ liệu tương ứng. Khi định mức công suất của bóng bán dẫn tăng lên cần thiết tản nhiệt cần được gắn vào thân bóng bán dẫn. Một bóng bán dẫn không thiên vị hoặc một bóng bán dẫn không có điện thế đặt ở các đầu cuối tương tự như hai điốt được kết nối ngược nhau như thể hiện trong hình dưới đây.

Diode D1 có đặc tính dẫn ngược dựa trên sự dẫn thuận của diode D2. Khi dòng điện chạy qua diode D2, diode D1 cảm nhận được dòng điện và một dòng điện tỷ lệ sẽ được phép chạy theo hướng ngược lại từ đầu cực thu sang đầu cực phát với điều kiện điện thế cao hơn được đặt ở đầu cực thu. Hằng số tỷ lệ là Gain (β).

Hoạt động của bóng bán dẫn NPN:

Như đã thảo luận ở trên, bóng bán dẫn là một thiết bị được điều khiển hiện tại có hai lớp suy giảm với điện thế rào cản cụ thể cần thiết để khuếch tán lớp suy giảm. Điện thế rào cản đối với bóng bán dẫn silicon là 0,7V ở 25 ° C và 0,3V ở 25 ° C đối với bóng bán dẫn germani. Chủ yếu loại bóng bán dẫn được sử dụng phổ biến là loại silicon vì silicon là nguyên tố phong phú nhất trên trái đất sau oxy.

Hoạt động nội bộ:

Cấu tạo của bóng bán dẫn npn là vùng thu và vùng phát được pha tạp chất loại n và vùng cơ sở được pha tạp chất với lớp nhỏ vật liệu loại p. Vùng phát bị pha tạp nhiều khi so sánh với vùng thu. Ba vùng này tạo thành hai điểm giao nhau. Chúng là điểm nối cơ sở thu (CB) và đường giao nhau gốc-phát.

Khi một VBE tiềm năng được áp dụng qua tiếp giáp Cơ sở-Phát tăng từ 0V, các điện tử và lỗ trống bắt đầu tích tụ tại vùng suy giảm. Khi điện thế tăng trên 0,7V thì đạt đến hiệu điện thế cản và xảy ra hiện tượng khuếch tán. Do đó, các electron chảy về phía cực dương và dòng cơ bản chạy (IB) ngược lại với dòng electron. Bên cạnh đó, dòng điện từ bộ thu đến bộ phát bắt đầu chạy, với điều kiện là điện áp VCE được áp dụng ở đầu cực bộ thu. Bóng bán dẫn có thể hoạt động như một công tắc và một bộ khuếch đại.

Vùng hoạt động so với Phương thức hoạt động:

1. Vùng hoạt động, IC = β × IB - Hoạt động của bộ khuếch đại

2. Vùng bão hòa, IC = Dòng bão hòa - Hoạt động chuyển mạch (BẬT hoàn toàn)

3. Vùng cắt, IC = 0 - Hoạt động chuyển mạch (TẮT hoàn toàn)

Transistor như công tắc:

Để giải thích với PSPICE, mẫu BC547A đã được chọn. Điều quan trọng đầu tiên cần ghi nhớ để sử dụng một điện trở hạn chế hiện tại ở cơ sở. Dòng cơ bản cao hơn sẽ làm hỏng một BJT. Từ biểu dữ liệu, dòng thu tối đa là 100mA và độ lợi tương ứng (hFE hoặc β) được đưa ra.

Các bước để chọn thành phần, 1. Tìm dòng điện của bộ thu wiz dòng điện được tiêu thụ bởi tải của bạn. Trong trường hợp này nó sẽ là 60mA (cuộn dây chuyển tiếp hoặc đèn LED song song) và điện trở = 200 Ohms.

2. Để đưa bóng bán dẫn vào điều kiện bão hòa, phải cung cấp đủ dòng điện cơ bản để bóng bán dẫn BẬT hoàn toàn. Tính dòng điện cơ bản và điện trở tương ứng được sử dụng.

Để bão hòa hoàn toàn, dòng cơ bản xấp xỉ 0,6mA (Không quá cao hoặc quá thấp). Vì vậy, dưới đây là mạch có 0V để cơ sở trong đó công tắc ở trạng thái TẮT.

a) Mô phỏng PSPICE của BJT dưới dạng Công tắc, và b) Điều kiện Công tắc tương đương

Về mặt lý thuyết, công tắc hoàn toàn mở nhưng thực tế có thể quan sát thấy dòng điện rò rỉ. Dòng điện này là không đáng kể vì chúng ở pA hoặc nA. Để hiểu rõ hơn về điều khiển dòng điện, một bóng bán dẫn có thể được coi là một biến trở qua cực thu (C) và cực phát (E) có điện trở thay đổi dựa trên dòng điện qua đế (B).

Ban đầu khi không có dòng điện chạy qua đế, điện trở qua CE rất cao nên không có dòng điện nào chạy qua nó. Khi một điện thế từ 0,7V trở lên được đặt vào đầu nối cơ sở, điểm nối BE khuếch tán và làm cho điểm tiếp giáp CB khuếch tán. Bây giờ dòng điện chạy từ bộ thu đến bộ phát dựa trên độ lợi.

a) Mô phỏng PSPICE của BJT dưới dạng Công tắc, và b) Điều kiện Công tắc tương đương

Bây giờ chúng ta hãy xem cách điều khiển dòng điện đầu ra bằng cách điều khiển dòng điện cơ bản. Xét IC = 42mA và theo công thức tương tự trên ta được IB = 0,35mA; RB = 14,28kOhms ≈ 15kOhms.

a) Mô phỏng PSPICE của BJT dưới dạng Công tắc, và b) Điều kiện Công tắc tương đương

Sự thay đổi của giá trị thực tế so với giá trị tính toán là do điện áp giảm trên bóng bán dẫn và tải điện trở được sử dụng.

Transistor như bộ khuếch đại:

Khuếch đại là chuyển đổi tín hiệu yếu thành dạng có thể sử dụng được. Quá trình khuếch đại là một bước quan trọng trong nhiều ứng dụng như tín hiệu truyền không dây, tín hiệu nhận không dây, máy nghe nhạc Mp3, điện thoại di động, v.v. Bóng bán dẫn có thể khuếch đại công suất, điện áp và dòng điện ở các cấu hình khác nhau.

Một số cấu hình được sử dụng trong mạch khuếch đại là

1. Bộ khuếch đại phát chung
2. Bộ khuếch đại thu chung
3. Bộ khuếch đại cơ sở chung

Trong số các loại trên, loại bộ phát phổ biến là loại cấu hình phổ biến và được sử dụng nhiều nhất. Hoạt động xảy ra trong vùng hoạt động, Mạch khuếch đại bộ phát chung một tầng là một ví dụ cho nó. Điểm phân cực DC ổn định và độ lợi AC ổn định rất quan trọng trong việc thiết kế bộ khuếch đại. Tên bộ khuếch đại giai đoạn đơn khi chỉ sử dụng một bóng bán dẫn.

Trên đây là mạch khuếch đại một giai đoạn trong đó tín hiệu yếu được áp dụng ở đầu cuối cơ sở được chuyển đổi thành tín hiệu thực tế ở đầu cực thu.

Mục đích một phần:

CIN là tụ điện ghép nối tín hiệu đầu vào với đế của bóng bán dẫn. Do đó tụ điện này cách ly nguồn với bóng bán dẫn và chỉ cho phép tín hiệu xoay chiều đi qua. CE là tụ điện rẽ nhánh hoạt động như đường dẫn điện trở thấp cho tín hiệu khuếch đại. COUT là tụ điện ghép nối tín hiệu đầu ra từ bộ thu của bóng bán dẫn. Do đó tụ điện này cách ly đầu ra khỏi bóng bán dẫn và chỉ cho phép tín hiệu xoay chiều đi qua. R2 và RE cung cấp sự ổn định cho bộ khuếch đại trong khi R1 và R2 cùng nhau đảm bảo sự ổn định trong điểm phân cực DC bằng cách hoạt động như một bộ chia tiềm năng.

Hoạt động:

Mạch hoạt động tức thời trong mỗi khoảng thời gian. Hiểu một cách đơn giản, khi điện áp xoay chiều ở cực cơ bản tăng thì dòng điện chạy qua điện trở phát tương ứng sẽ tăng lên. Do đó, sự gia tăng dòng phát này làm tăng dòng cực thu cao hơn để chạy qua bóng bán dẫn, làm giảm sụt giảm bộ phát cực thu VCE. Tương tự như vậy khi điện áp xoay chiều đầu vào giảm theo cấp số nhân, điện áp VCE bắt đầu tăng do dòng điện phát giảm. Tất cả những thay đổi về điện áp này phản ánh ngay lập tức ở đầu ra, sẽ là dạng sóng đảo ngược của đầu vào, nhưng được khuếch đại.

Nét đặc trưng	Cơ sở, nền tảng chung	Máy phát điện chung	Bộ sưu tập chung
Tăng điện áp	Cao	Trung bình	Thấp
Lợi ích hiện tại	Thấp	Trung bình	Cao
Tăng sức mạnh	Thấp	Rất cao	Trung bình

Bảng: Bảng so sánh lợi nhuận

Dựa trên bảng trên, cấu hình tương ứng có thể được sử dụng.