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    • OEトランジスタ用のスイッチング回路。 エミッタ接地回路の入出力特性

    09.08.2019 フラッシュドライブとHDD

    接続図 バイポーラトランジスタと コモンエミッタ図 5.15 に示します。

    このモードのトランジスタの特性は、 共通ベース。 エミッタ接地回路に接続されたトランジスタでは、電圧だけでなく電流も増幅されます。 エミッタ接地回路の入力パラメータはベース電流 I b とコレクタ電圧 U k となり、出力特性はコレクタ電流 I k とエミッタ電圧 U e になります。

    以前は、ベース接地回路のバイポーラ トランジスタを解析するときに、コレクタ電流とエミッタ電流の関係が得られました。 次のフォーム:

    エミッタ共通回路内 (キルヒホッフの第一法則に基づく)。

    因数を並べ替えると、次のようになります。 (5.30)

    米。 5.15。 エミッタ接地トランジスタの接続回路

    係数 Ib の前の係数 α/(1-α) は、ベース電流 Ib の単位変化に応じてコレクタ電流 Ik がどのように変化するかを示します。 エミッタ接地回路におけるバイポーラトランジスタの電流利得と呼ばれます。 この係数をβで表すことにします。

    透過係数 α は 1 に近いため (α< 1), то из уравнения (5.31) следует, что коэффициент усиления β будет существенно больше единицы (β >> 1)。 透過係数値 α = 0.98÷0.99 の場合、ゲインは β = 50 ÷ 100 の範囲になります。

    (5.31) および I k0 * = I k0 /(1-α) を考慮すると、式 (5.30) は次のように書き換えることができます。

    (5.32)

    ここで、I k0 * = (1+β)I k0 - 単一の熱電流 pn接合これはコレクタの熱電流 I k0 よりもはるかに大きく、値 r k は r k * = r k /(1+β) として定義されます。

    式（5.32）をベース電流 I b に関して微分すると、β = ΔI k /ΔI b が得られます。 したがって、ゲインβはベース電流I b が変化したときにコレクタ電流I k が何倍変化するかを示すことになる。

    バイポーラ トランジスタのパラメータの関数として β の値を特徴付けるには、エミッタ電流伝達係数が α = γ·κ として定義されていることを思い出してください。 したがって、 。 値 β については、次の値が得られました: β = α/(1-α)。 W/Lだから<< 1, а γ ≈ 1, получаем:

    (5.33)

    図 5.16a は、エミッタ共通の回路に接続されたバイポーラ トランジスタの電流-電圧特性を、ベース電流を曲線のパラメータとして示しています。 これらの特性を、ベースが共通の回路内のバイポーラ トランジスタの同様の特性と比較すると、定性的に類似していることがわかります。


    ベース電流 I b の小さな変化が大きな変化を引き起こす理由を分析してみましょう コレクタ電流 I k. 係数 β の値が 1 よりも大幅に大きいということは、透過係数 α が 1 に近いことを意味します。 この場合、コレクタ電流はエミッタ電流に近く、ベース電流（その物理的性質、再結合により）はコレクタ電流とエミッタ電流の両方よりも大幅に小さくなります。 係数 α = 0.99 の場合、エミッタ接合を介して注入された 100 個の正孔のうち、99 個がコレクタ接合を介して抽出され、1 個だけがベースで電子と再結合してベース電流に寄与します。

    米。 5.16 エミッタ接地回路に従って接続されたバイポーラ トランジスタ KT215V の電流電圧特性: a) 入力特性。 b) 出力特性

    ベース電流が 2 倍になると (2 つの正孔が再結合する必要があります)、エミッタ接合を介した注入量が 2 倍 (200 個の正孔を注入する必要があります)、それに応じてコレクタ接合を介した抽出も 2 倍になります (198 個の正孔が抽出されます)。 したがって、ベース電流の小さな変化、たとえば 5 ～ 10 μA は、コレクタ電流にそれぞれ 500 μA ～ 1000 μA の大きな変化を引き起こします。

    必要な説明は終わりましたので、本題に入りましょう。

    トランジスタ。 定義と歴史

    トランジスタ- 2 つの電極の回路内の電流が 3 番目の電極によって制御される電子半導体デバイス。 (transistors.ru)

    電界効果トランジスタが最初に発明され (1928 年)、バイポーラ トランジスタは 1947 年にベル研究所で登場しました。 それは誇張することなく、エレクトロニクスにおける革命でした。

    非常に急速に、トランジスタはさまざまな電子機器の真空管に取って代わりました。 この点で、このようなデバイスの信頼性は向上し、サイズは大幅に縮小されました。 そして今日に至るまで、超小型回路がどれほど「洗練された」ものであっても、依然として多くのトランジスタ (およびダイオード、コンデンサ、抵抗器など) が含まれています。 非常に小さいものだけです。

    ちなみに、当初の「トランジスタ」は、印加する電圧の大きさによって抵抗値を変えることができる抵抗器でした。 プロセスの物理学を無視すると、現代のトランジスタは、供給される信号に依存する抵抗として表すこともできます。

    電界効果トランジスタとバイポーラトランジスタの違いは何ですか? 答えは彼らの名前そのものにあります。 バイポーラトランジスタでは、電荷の転送には次のことが含まれます。 そして電子、 そしてホール（「アンコール」 - 2回）。 そしてフィールド（別名ユニポーラ）では - または電子、 または穴。

    また、これらのタイプのトランジスタは応用分野も異なります。 バイポーラ型は主にアナログ技術で使用され、フィールド型はデジタル技術で使用されます。

    そして最後に： トランジスタの主な応用分野- 追加の電源による弱い信号の強化。

    バイポーラトランジスタ。 動作原理。 主な特徴


    バイポーラトランジスタは、エミッタ、ベース、コレクタの 3 つの領域で構成され、それぞれに電圧が供給されます。 これらの領域の導電性の種類に応じて、n-p-n トランジスタと p-n-p トランジスタが区別されます。 通常、コレクタ領域はエミッタ領域よりも広い。 ベースは低濃度にドープされた半導体でできており (そのため抵抗が高くなります)、非常に薄く作られています。 エミッタ・ベースの接触面積はベース・コレクタの接触面積よりも大幅に小さいため、接続極性を変更してエミッタとコレクタを交換することは不可能です。 したがって、トランジスタは非対称デバイスです。

    トランジスタがどのように動作するかの物理学を考える前に、一般的な問題の概要を説明しましょう。


    エミッタとコレクタ間に強い電流が流れることになります（ コレクタ電流)、エミッタとベースの間には弱い制御電流が流れます( ベース電流）。 ベース電流の変化に応じてコレクタ電流も変化します。 なぜ？
    トランジスタの pn 接合について考えてみましょう。 それらには、エミッタ-ベース (EB) とベース-コレクタ (BC) の 2 つがあります。 トランジスタのアクティブ動作モードでは、最初のトランジスタは順バイアスに接続され、2 番目のトランジスタは逆バイアスに接続されます。 pn接合では何が起こっているのでしょうか? より確実にするために、n-p-n トランジスタを考えます。 p-n-p の場合はすべてが同様で、「電子」という単語を「正孔」に置き換える必要があるだけです。

    EB 接合は開いているため、電子はベースに簡単に「横切る」ことができます。 そこで部分的に穴ができて再結合しますが、 ○それらのほとんどは、ベースの厚さが薄く、ドーピングが低いため、なんとかベース-コレクタ転移に到達します。 私たちが覚えているように、これは逆バイアスです。 そして、ベース内の電子は少数の電荷キャリアであるため、遷移の電場は電子がそれを克服するのに役立ちます。 したがって、コレクタ電流はエミッタ電流よりわずかに小さいだけです。 さあ、手を見てください。 ベース電流を増やすと、EB 接合がより強く開き、より多くの電子がエミッタとコレクタの間で滑り込むことができるようになります。 そして、最初はコレクタ電流がベース電流よりも大きいため、この変化は非常に顕著になります。 したがって、 ベースで受信した弱い信号は増幅されます。 もう一度言いますが、コレクタ電流の大きな変化は、ベース電流の小さな変化を比例的に反映したものです。

    バイポーラトランジスタの動作原理を水道の蛇口を例にして同級生に説明したのを覚えています。 その中の水はコレクタ電流であり、ベース制御電流はノブをどれだけ回すかです。 小さな力（制御作用）で蛇口からの水の流量を増やすのに十分です。

    考慮したプロセスに加えて、トランジスタの pn 接合では他の多くの現象が発生する可能性があります。 たとえば、ベースとコレクタの接合における電圧が大きく上昇すると、インパクトイオン化によりアバランシェ電荷の増殖が始まる可能性があります。 そして、トンネル効果と相まって、最初に電気的破壊が発生し、次に (電流の増加に伴って) 熱的破壊が発生します。 ただし、トランジスタの熱破壊は、電気的破壊を伴わずに (つまり、コレクタ電圧を降伏電圧まで上昇させずに) 発生する可能性があります。 これには、コレクタを流れる 1 つの過剰な電流で十分です。

    もう 1 つの現象は、コレクタおよびエミッタ接合の電圧が変化すると、それらの厚さが変化するという事実によるものです。 また、ベースが薄すぎると、コレクタ接合とエミッタ接合の間の接続である閉鎖効果（いわゆるベースの「パンク」）が発生する可能性があります。 この場合、ベース領域が消失し、トランジスタは正常に動作しなくなります。

    トランジスタの通常のアクティブ動作モードにおけるトランジスタのコレクタ電流は、ベース電流よりも一定の倍大きい。 この番号はと呼ばれます 電流ゲイントランジスタの主要パラメータの 1 つです。 指定されています h21。 コレクタに負荷がかからずにトランジスタがオンになった場合、コレクタ - エミッタ間電圧が一定の場合、コレクタ電流とベース電流の比は次のようになります。 静電流ゲイン。 これは数十または数百のユニットに相当する可能性がありますが、負荷がオンになるとコレクタ電流が自然に減少するという事実により、実際の回路ではこの係数がより小さくなるという事実を考慮する価値があります。

    2 番目の重要なパラメータは、 トランジスタ入力抵抗。 オームの法則によれば、ベースとエミッタ間の電圧とベースの制御電流の比です。 値が大きいほど、ベース電流が低くなり、ゲインが高くなります。

    バイポーラトランジスタの3番目のパラメータは次のとおりです。 電圧利得。 これは、出力 (エミッタ - コレクタ) と入力 (ベース - エミッタ) の交流電圧の振幅または実効値の比に等しくなります。 通常、最初の値は非常に大きく (数十ボルト)、2 番目の値は非常に小さい (数十ボルト) ため、この係数は数万単位に達する可能性があります。 各ベース制御信号には独自の電圧ゲインがあることに注意してください。

    トランジスタにはまた、 周波数応答これは、周波数がカットオフ増幅周波数に近づく信号を増幅するトランジスタの能力を特徴付けます。 実際、入力信号の周波数が増加すると、ゲインは減少します。 これは、主要な物理プロセスの発生時間（エミッタからコレクタへのキャリアの移動時間、容量性バリア接合の充放電時間）が入力信号の変化の周期と一致するためです。 。 それらの。 トランジスタは入力信号の変化に反応する時間がなく、ある時点で入力信号の増幅を停止します。 これが起こる頻度を次のように呼びます。 境界.

    また、バイポーラ トランジスタのパラメータは次のとおりです。

    • 逆電流コレクタ-エミッタ
    • 時間通りに
    • 逆コレクタ電流
    • 最大許容電流

    n-p-n トランジスタと p-n-p トランジスタの記号は、エミッタを示す矢印の方向のみが異なります。 特定のトランジスタに電流がどのように流れるかを示します。

    バイポーラトランジスタの動作モード

    上で説明したオプションは、トランジスタの通常のアクティブ動作モードを表します。 ただし、開いた/閉じた pn 接合の組み合わせは他にもいくつかあり、それぞれがトランジスタの個別の動作モードを表します。
    1. インバースアクティブモード。 ここでは、BC トランジションはオープンですが、逆に EB はクローズしています。 もちろん、このモードの増幅特性はこれまでよりも悪いため、このモードではトランジスタが使用されることはほとんどありません。
    2. 飽和モード。 両方の交差点は開いています。 したがって、コレクタとエミッタの主電荷キャリアはベースに「走り」、そこで主キャリアと積極的に再結合します。 結果として生じる過剰な電荷キャリアにより、ベースと p-n 接合の抵抗が減少します。 したがって、飽和モードのトランジスタを含む回路は短絡していると考えることができ、この無線素子自体は等電位点として表すことができます。
    3. カットオフモード。 トランジスタの両方の遷移が閉じています。つまり、 エミッタとコレクタ間の主な電荷キャリアの電流が停止します。 少数電荷キャリアの流れは、制御できない小さな熱遷移電流のみを生成します。 ベースと電荷キャリアの遷移が不足しているため、それらの抵抗は大幅に増加します。 したがって、カットオフ モードで動作するトランジスタは開回路を表すと考えられることがよくあります。
    4. バリアモードこのモードでは、ベースは直接または低抵抗を介してコレクタに接続されます。 コレクタまたはエミッタ回路には抵抗も含まれており、トランジスタに流れる電流を設定します。 これにより、抵抗が直列に接続されたダイオード回路と同等の回路が作成されます。 このモードは、回路がほぼすべての周波数、広い温度範囲で動作することができ、トランジスタのパラメータを要求しないため、非常に便利です。

    バイポーラトランジスタ用スイッチング回路

    トランジスタには 3 つの接点があるため、一般に 2 つのソースから電力を供給する必要があり、合わせて 4 つの出力が生成されます。 したがって、トランジスタのコンタクトの一方には、両方のソースから同じ符号の電圧が供給される必要があります。 そして、その接点の種類に応じて、バイポーラトランジスタを接続するための回路は、エミッタ接地（CE）、コレクタ接地（OC）、ベース接地（CB）の 3 つがあります。 それぞれに長所と短所の両方があります。 どちらのパラメータを選択するかは、どのパラメータが私たちにとって重要で、どのパラメータを犠牲にしてもよいかに応じて行われます。

    エミッタ接地接続回路

    この回路は、電圧と電流 (したがって最大数万ユニットまでの電力) で最大のゲインを提供するため、最も一般的です。 ここでは、エミッタ - ベース接合が直接オンになり、ベース - コレクタ接合が逆にオンになります。 また、ベースとコレクタの両方に同じ符号の電圧が供給されるため、回路は 1 つの電源から電力を供給できます。 この回路では、出力 AC 電圧の位相は入力 AC 電圧の位相に対して 180 度変化します。

    しかし、すべての利点に加えて、OE スキームには重大な欠点もあります。 それは、周波数と温度の上昇がトランジスタの増幅特性の大幅な劣化につながるという事実にあります。 したがって、トランジスタを高周波数で動作させる必要がある場合は、別のスイッチング回路を使用する方がよいでしょう。 たとえば、共通のベースの場合。

    コモンベース接続図

    この回路は大幅な信号増幅を提供しませんが、トランジスタの周波数応答をより完全に利用できるため、高周波数に適しています。 同じトランジスタが最初に共通エミッタを備えた回路に従って接続され、次に共通ベースに接続された場合、2番目のケースでは、増幅のカットオフ周波数が大幅に増加します。 このような接続では、入力インピーダンスが低く、出力インピーダンスがそれほど高くないため、OB回路に従って組み立てられたトランジスタカスケードがアンテナアンプで使用され、ケーブルの特性インピーダンスは通常100オームを超えません。

    ベース接地回路では信号の位相が反転せず、高周波のノイズレベルが低減されます。 ただし、すでに述べたように、現在のゲインは常に 1 よりわずかに小さくなります。 確かに、ここでの電圧ゲインはエミッタ共通の回路と同じです。 ベース接地回路の欠点には、2 つの電源を使用する必要があることも含まれます。

    コモンコレクタとの接続図

    この回路の特徴は、入力電圧が完全に入力に伝達されること、つまり負帰還が非常に強いことです。

    負帰還とは、出力信号が入力にフィードバックされ、入力信号のレベルが低下するフィードバックのことを思い出してください。 したがって、入力信号パラメータが誤って変更された場合に自動調整が行われます。

    電流利得はエミッタ接地回路とほぼ同じです。 しかし、電圧利得は小さいです (この回路の主な欠点)。 それは 1 に近づきますが、常にそれよりも小さくなります。 したがって、電力利得はわずか数十単位に相当します。

    コレクタ接地回路では、入力電圧と出力電圧の間に位相シフトはありません。 電圧ゲインは 1 に近いため、出力電圧は位相と振幅が入力電圧と一致します。つまり、それを繰り返します。 このような回路がエミッタフォロワと呼ばれるのはこのためです。 エミッタ - 出力電圧が共通線に対してエミッタから除去されるため。

    この接続は、トランジスタ段を整合させるため、または入力信号ソースの入力インピーダンスが高い場合 (圧電ピックアップやコンデンサー マイクなど) に使用されます。

    カスケードについて一言

    場合によっては、出力電力を増やす（つまり、コレクタ電流を増やす）必要があります。 この場合、必要な数のトランジスタを並列接続することになります。

    当然のことながら、それらの特性はほぼ同じであるはずです。 ただし、最大合計コレクタ電流は、カスケード トランジスタの最大コレクタ電流の 1.6 ～ 1.7 を超えてはいけないことに注意してください。
    ただし (wrewolf さんのメモに感謝します)、バイポーラ トランジスタの場合、これはお勧めできません。 2 つのトランジスタは、たとえ同じタイプであっても、互いに少なくともわずかに異なるためです。 したがって、並列接続すると、異なる大きさの電流が流れます。 これらの電流を均等化するために、トランジスタのエミッタ回路に平衡抵抗が取り付けられます。 それらの抵抗の値は、動作電流範囲での両端の電圧降下が少なくとも 0.7 V になるように計算されています。これが回路の効率の大幅な低下につながることは明らかです。

    また、感度が良く、同時にゲインも優れたトランジスタが必要になる場合もあります。 このような場合、高感度だが低電力のトランジスタ (図の VT1) のカスケードが使用され、より強力なトランジスタ (図の VT2) の電源を制御します。

    バイポーラトランジスタのその他の用途

    トランジスタは信号増幅回路だけに使用されるわけではありません。 たとえば、飽和モードとカットオフ モードで動作できるため、電子キーとして使用されます。 信号発生回路にトランジスタを使用することも可能です。 キーモードで動作する場合は、制御動作に応じて、方形信号が生成され、増幅モードの場合は、任意の形状の信号が生成されます。

    マーキング

    この記事はすでにとんでもなく膨大な量になっているため、この時点では、半導体デバイス (トランジスタを含む) の主なマーキング システムを詳細に説明する 2 つの優れたリンクを紹介するだけです。 http://kzs.ru/guide/transistors /mark_all .html および .xls ファイル (35 kb)。

    役立つコメント:
    http://habrahabr.ru/blogs/easyelectronics/133136/#comment_4419173

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    バイポーラトランジスタをエミッタ接地に接続する回路図を図に示します。 6.13:

    エミッタ接地回路に接続されたトランジスタでは、電圧だけでなく電流も増幅されます。 エミッタ接地回路の入力パラメータはベース電流になります。 私 B、およびエミッタに対するベースの電圧 U BE、出力特性はコレクタ電流となります。 私 にとコレクタ電圧 U CE。 任意の電圧の場合:

    U CE = U KB + U なれ

    OE による動作モードの特徴は、入力 (ベース) と出力 (コレクタ) のバイアス電圧の極性が同じであることです。この場合、負の電位になります。 プンプ-トランジスタとケースのプラス NPN-トランジスタ。 この場合、ベース-エミッタ接合は順方向にバイアスされ、ベース-コレクタ接合は逆方向にバイアスされます。

    以前は、ベース接地回路のバイポーラ トランジスタを解析する場合、コレクタ電流とエミッタ電流の関係は次の形式で得られました。
    。 エミッタ共通の回路では、 プンプ- トランジスタ (キルヒホッフの第一法則に従う) (6.1):
    ここから、次のようになります。

    係数 α/(1-α)呼ばれた エミッタ接地回路におけるバイポーラトランジスタの電流利得 。 この係数を符号で表しましょう β 、 それで：

    .

    エミッタ接地回路に接続されたトランジスタの電流伝達係数 β コレクタ電流が何回変化するかを示します 私ベース電流が変化するときのK 私 B. 透過係数の値は次のとおりです。 α 統一に近いです（ α <1), то из уравнения (6.38) следует, что коэффициент усиления β は 1 よりも大幅に大きくなります ( β >>1）。 透過係数値において α =0.98÷0.99 のベース電流ゲインは次の範囲になります。 β =50÷100。

    6.2.1 エミッタ接地回路に接続されたトランジスタの静電流電圧特性

    電流電圧特性を考えてみましょう プンプ- OE モードのトランジスタ (図 6.13、6.14)。

    で U CE =0
    。 電圧上昇 U なれ EB 遷移における濃度が増加し (図 6.15a)、注入された正孔の濃度勾配が増加し、直接バイアスされた場合と同様に正孔の拡散電流が増加します。 ピン- 接合、指数関数的に増加し (t.A)、スケールのみがエミッタ電流と異なります (6.36) .

    コレクタに逆電圧がかかり、ED に固定電圧がかかる | U なれ| (図 6.15、b) エミッタ近くのベース内の正孔の濃度も一定になります。 電圧上昇 U CEコレクタ接合の SCR の拡大とベース幅の減少 (アーリー効果) が伴い、その結果、 総数ベースの穴。

    この場合、ベース内の正孔の濃度勾配が増加し、その濃度がさらに低下します。 したがって、単位時間当たりのベース内での電子と正孔の再結合の数が減少します（伝達係数が増加します） ）。 再結合のための電子がベース端子から入ってくるため、ベース電流が減少し、 入力電流電圧特性がシフトダウン.

    で U なれ=0 およびコレクタの負電圧 ( U kb << 0) エミッタ接合を流れる電流はゼロで、トランジスタのベースでは正孔の濃度が平衡値よりも低くなります。これは、CP ではこの濃度がゼロであり、EP ではその値が平衡値によって決まるためです。 コレクタから引き出されたホールの電流がコレクタ接合を流れる 私 CE 0 .

    データベースでは次のようになります ピン逆バイアス下での転移では、熱生成プロセスが再結合プロセスよりも優先されます。 生成された電子はベース端子を通ってベースから出ます。これは、電流がトランジスタのベース (点 B) に向かうことを意味します。 これがモードです カットオフ、ベース電流の方向が変化するのが特徴です。

    週末のVAC。

    で アクティブモード (| U CE |> |U なれ |>0 ) エミッターによって注入された正孔の流れ  p OBモードと同様にコレクタ接合により係数を付けて抽出
    。 穴の部分 (1-α) pベースのオーム接触から来る電子とベース内で再結合します。

    ベース電流が増加すると、電子の負電荷によってエミッタ接合の電位障壁が低下し、ベースへの追加の正孔の注入が引き起こされます。

    ベース電流がわずかに変化する理由を分析しましょう 私 B はコレクタ電流に大きな変化を引き起こします 私 K. 係数値 β 、 1 よりも大幅に大きいということは、透過係数が α 統一に近い。 この場合、コレクタ電流はエミッタ電流に近く、ベース電流（その物理的性質、再結合により）はコレクタ電流とエミッタ電流の両方よりも大幅に小さくなります。 係数値が α = エミッタ接合を介して注入された 100 個の正孔のうち 0.99 個、コレクタ接合を介して抽出されるのは 1 個だけで、ベースで電子と再結合してベース電流に寄与します。

    ベース電流が 2 倍になると (2 つの正孔が再結合する必要があります)、エミッタ接合を介した注入量が 2 倍 (200 個の正孔を注入する必要があります)、それに応じてコレクタ接合を介した抽出も 2 倍になります (198 個の正孔が抽出されます)。 したがって、ベース電流の小さな変化、たとえば 5 ～ 10 μA は、コレクタ電流にそれぞれ 500 μA ～ 1000 μA の大きな変化を引き起こします。 ベース電流により、コレクタ電流が 100 倍に増加します。

    (6.34) から類推すると、次のように書くことができます。

    (6.1) を考慮すると:
    、 我々が得る：

    それを考えると

    、A

    ここで、単一コレクタの貫通熱電流は次のようになります。 ピン- デタッチベースモードへの移行 (
    、t.C、モード カットオフ）。 ベース接合の順方向バイアスにより (図 6.16)、電流は
    コレクタ熱電流よりはるかに大きい 私 に 0 .

    米。 6.16 U なれ=定数、 U CE- 変数

    モード中 飽和塩基には非主要キャリアが豊富に含まれている必要があります。 この領域の基準は、CP での平衡キャリア濃度です ( U KB =0 ）。 方程式により U CE = U KB + U なれ、コレクタ接合の電圧がゼロになることは、ベースとエミッタ間の小さな負の電圧で発生する可能性があります。 で U CE 0と U なれ <0, оба перехода смещаются в прямом направлении, их сопротивление падает. При малых напряжениях на коллекторе (U CE < U なれ) U KBの符号が変化すると、コレクタ接合の抵抗が急激に減少し、コレクタはベースに正孔を注入し始めます。 コレクタからの正孔の流れは、エミッタからの正孔の流れを補償します。 コレクタ電流の符号は変わります (この領域は通常、出力 I-V 特性には表示されません)。

    コレクタに高電圧がかかると、SCR 内でのキャリアのなだれ増倍によりコレクタ接合が破壊される可能性があります (ポイント D)。 降伏電圧は、トランジスタ領域のドーピングの程度によって異なります。 非常に薄いベースを備えたトランジスタでは、SCR がベース領域全体に拡張される可能性があります (ベースのパンクが発生します)。

    OE と OB を備えた回路に接続されたトランジスタの出力電流-電圧特性 (図 6.17) を比較すると、2 つの最も重要な特徴に気づくことができます。 まず、OE を備えた回路の特性は傾きが大きく、出力電流の減少を示しています。トランジスタの出力抵抗、そして次に飽和モードへの移行がコレクタの負の電圧で観察されます。

    増加に伴うコレクタ電流の増加 U CEベースの幅の減少によって決まります。 キャリーオーバー係数 æ およびエミッタ電流伝送 α 増加しますが、OEを使用した回路のベース電流伝達係数は
    成長が早くなる α 。 したがって、ベース電流が一定の場合、コレクタ電流はOBのある回路よりも増加します。

    米。 6.23 出力特性 プンプ-トランジスタ

    a – OB のある回路内、b – OE のある回路内

    6.3 コレクタ接地回路によるトランジスタのスイッチオン

    入力回路と出力回路に共通電極、コレクタ (OC) があり、出力電流がエミッタ電流、入力電流がベース電流である場合、電流伝達係数は次のとおりです。

    このような接続では、ベースとエミッタ間の電位差がベース電流に実質的に依存しないため、電流伝達係数は OE 接続よりわずかに高く、電圧利得は 1 よりわずかに小さくなります。 エミッタ電位は実質的にベース電位を繰り返すため、OK のトランジスタに基づいて構築されたカスケードと呼ばれます。 エミッタフォロワ。 ただし、このタイプのインクルージョンが使用されることは比較的まれです。

    得られた結果を比較すると、 結論 :

      OE 回路は電圧と電流の両方で高いゲインを持ち、最も高い電力ゲインを持っています。 この回路は出力電圧の位相を 180°変化させることに注意してください。 最も一般的な増幅回路です。

      OB を備えた回路は電圧を増幅します (OE を備えた回路とほぼ同じ) が、電流は増幅しません。 入力に対する出力電圧の位相は変化しません。 この回路は、高周波および超高周波増幅器に応用されています。

      OK（エミッタフォロワ）の回路は電圧は増幅しませんが、電流は増幅します。 この回路の主な用途は、信号源と低インピーダンス負荷の抵抗を整合させることです。

    半導体デバイスのトランジスタの名前は、transfer - transfer という 2 つの単語から構成されています。+抵抗する - 抵抗。 なぜなら、それは実際には、ある電極の電圧によって調整される何らかの抵抗の形で表すことができるからです。 トランジスタは、半導体三極管と呼ばれることもあります。

    最初のバイポーラ トランジスタは 1947 年に作成され、1956 年にはその発明により 3 人の科学者がノーベル物理学賞を受賞しました。

    バイポーラ トランジスタは、不純物の導電性が交互に異なる 3 つの半導体で構成される半導体デバイスです。 各層に電極が接続されて出力されます。 バイポーラ トランジスタは、キャリアが電子である電荷を同時に使用します ( n - 「ネガティブ」）およびホール（p - 「ポジティブ」） "）、つまり2つのタイプのキャリアであるため、名前の接頭辞「bi」-2が形成されます。

    トランジスタは層交互のタイプが異なります。

    プンプ -トランジスタ（直接伝導）;

    んぷん- トランジスタ（逆導通）。

    ベース (B) はバイポーラトランジスタの中心層に接続される電極です。 外層の電極はエミッタ (E) およびコレクタ (K) と呼ばれます。

    図 1 – バイポーラ トランジスタの設計

    図では「 VT 」、古いロシア語の文書には、「T」、「PP」、「PT」という表記があります。 バイポーラ トランジスタは、半導体の導電性の変化に応じて、次のように電気回路上に描かれます。


    図 2 – バイポーラ トランジスタの指定

    上の図 1 では、コレクタとエミッタの違いは見えません。 トランジスタの簡略化された断面図を見ると、その領域がプン コレクタの遷移はエミッタの遷移より大きくなります。


    図 3 – トランジスタの断面図

    ベースは導電性が弱い、つまり材料の抵抗が高い半導体でできています。 トランジスタ効果が発生するには、ベース層が薄いことが前提条件です。 コンタクトエリアなので、プン コレクタ接合とエミッタ接合が異なるため、接続極性を変更することはできません。 この特性により、トランジスタは非対称デバイスとして分類されます。

    バイポーラトランジスタには、入力と出力という 2 つの電流電圧特性 (電圧電流特性) があります。

    入力電流-電圧特性は、ベース電流 ( IB ) ベース・エミッタ間電圧から (うべ）。



    図 4 – バイポーラ トランジスタの入力電流-電圧特性

    出力電流-電圧特性はコレクタ電流の依存性です( IK ）コレクタ・エミッタ間電圧（うけ）。



    図 5 – トランジスタの出力電流-電圧特性

    バイポーラトランジスタの動作原理を見てみましょう npnタイプ、pnp用 同様に、考慮されるのは電子ではなく正孔だけです。トランジスタには 2 つの pn 接合があります。 アクティブ動作モードでは、そのうちの 1 つは順方向バイアスに接続され、もう 1 つは逆方向バイアスに接続されます。 EB 接合が開いていると、エミッタからの電子がベースに移動しやすくなります (再結合が発生します)。 しかし、前述したように、ベース層は薄く、導電性が低いため、一部の電子はベース-コレクタ接合に移動する時間があります。 ここでは電子が少数キャリアであるため、電場は層遷移障壁を克服（強化）するのに役立ちます。 ベース電流が増加すると、エミッタとベースの接合がさらに開き、より多くの電子がエミッタからコレクタに流れることができるようになります。 コレクタ電流はベース電流に比例し、後者 (制御) がわずかに変化すると、コレクタ電流は大幅に変化します。 これがバイポーラトランジスタで信号が増幅される仕組みです。



    図 6 – トランジスタ動作のアクティブ モード

    写真を見れば説明できるトランジスタの動作原理 もう少しシンプルに。 KE は水道管、B は水の流れを制御できる蛇口であると想像してください。 つまり、ベースに加える電流が増えるほど、出力で得られる電流も多くなります。

    コレクタ電流の値は、ベース電流を形成するベースでの再結合損失を除いて、エミッタ電流とほぼ等しいため、次の式が有効です。

    I E = I B + I K。

    トランジスタの基本パラメータ:

    電流利得は、ベース電流に対するコレクタ電流の実効値の比です。

    入力抵抗 - オームの法則に従い、エミッタ・ベース電圧比と等しくなります。ＵＥＢ 電流を制御する IB.

    電圧ゲイン – パラメータは出力電圧の比率によって決まります。 U EC から U BE を入力します。

    周波数応答は、入力信号の特定の制限周波数まで動作するトランジスタの能力を表します。 最大周波数を超えると、トランジスタ内の物理プロセスが発生する時間がなくなり、その増幅能力がゼロになります。

    バイポーラトランジスタ用スイッチング回路

    トランジスタを接続するには、その 3 つの端子 (電極) のみを利用できます。 したがって、通常の動作には 2 つの電源が必要です。 トランジスタの 1 つの電極は 2 つのソースに同時に接続されます。 したがって、バイポーラ トランジスタには 3 つの接続方式があります。OE - エミッタ共通、OB - ベース共通、OK - コレクタ共通です。 それぞれに長所と短所があり、用途や必要な特性に応じて接続を選択します。

    エミッタ接地 (CE) を備えた接続回路は、電流と電圧、および電力の最大の増幅が特徴です。 この接続では、出力交流電圧は入力に対して電気角で 180 度シフトされます。 主な欠点は、周波数応答が低いこと、つまりカットオフ周波数の値が低いため、高周波入力信号では使用できないことです。

    (OB) は優れた周波数応答を提供します。 ただし、OE のような大きな信号電圧ゲインは得られません。 ただし、電流増幅は全く起こらないため、電流を安定させる性質があるため、この回路はカレントフォロワと呼ばれることがあります。

    コレクタ接地 (CC) を備えた回路は、OE とほぼ同じ電流利得を持ちますが、電圧利得はほぼ 1 に等しくなります (わずかに小さくなります)。 この接続図では、電圧オフセットは一般的ではありません。 出力電圧 (ＵＥＢ ) は入力電圧に対応します。

    トランジスタの応用:

    増幅回路。

    信号発生器。

    電子キー。

    エミッタ接地回路

    エミッタ接地 (CE) 回路を図に示します。 1.11. トランジスタ ピーピー このスキームでは、OB を使用したスキームと同じように機能します。 一般に受け入れられている電流の方向 (から +E に – 電圧源）、図に示されています。 1.11、 あ、 電子の運動方向とは逆方向。 OE を備えた回路の特徴は、負荷がコレクタ回路にあることです (図 1.11.6)。

    米。 1.11. エミッタ接地トランジスタの接続図(a)。 図の代表的なイメージ(b)

    OB付き回路と同様に、この回路の入力信号はベース・エミッタ間電圧、出力値はコレクタ電流です。 私 kと負荷電圧 U アウト = 私 に R n OEを備えた回路内のトランジスタは、電流伝達係数によって特徴付けられます。

    β = 10...100 の値を持ち、OB 関係を持つ回路の係数 α に関連付けられます。

    OEを使用した回路のゲイン係数の値を推定してみましょう（それらはインデックス「E」で示されます）。

    出力電流は、OB のある回路と同様に、 私 k、負荷を流れる入力電流（OBのある回路とは異なります）がベース電流です 私 B; OE を備えた回路の電流ゲインは次の値に等しくなります。

    α = 0.98 では、KIE = 0.98/(1 – 0.98) ≈ 50、つまり、 これは、OB を備えた回路の同様の係数よりも何倍も大きくなります。

    OE を備えた回路の入力抵抗も、OB を備えた回路よりも大幅に高くなります。これは、OE を備えた回路では入力電流がベース電流であり、OB を備えた回路ではエミッタ電流が何倍も大きいためです (つまり 1/ (1 – α ) ≈ β 倍):

    OE を使用した回路の入力抵抗の値は、OB を使用した回路の入力抵抗の値よりもほぼ β 倍で、数百オームに達します。

    OE を備えた回路の電圧ゲインは、OB を備えた回路の同じ係数に匹敵します。

    電力利得の点でも、OE を使用した回路は電流利得が大幅に高いため、OB を使用した回路よりも何倍も優れています。

    そして、電流伝達係数βと負荷抵抗と入力抵抗の比に依存します。

    注目された特性のおかげで、OE 回路は非常に幅広い用途に使用されています。

    エミッタ接地回路の入出力特性

    回路の動作は通常、特定の回路内のトランジスタの入出力特性を使用して説明されます。 OE を備えた回路の場合、入力特性は回路の入力電圧に対する入力電流の依存性です。 私 B = f (UBE) 固定コレクタ - エミッタ電圧値 ( U ケ = 定数)。

    出力特性は出力電流の依存性です。 コレクタ電流、トランジスタのコレクタとエミッタ間の電圧降下から 私 k = f (そして なれ ) ベース電流で 私 B = 定数。

    入力特性は、順方向電圧を印加した場合、基本的にダイオード特性の形状を繰り返します (図 1.12、 b）。 テンションが上がるにつれて U KE入力特性は若干右にシフトします。

    米。 1.12. 出力と入力(b ) エミッタ接地回路におけるトランジスタの特性

    出力特性の種類（図1.12） A) 小さい値（セクション OA）と比較的大きい値の領域では大きく異なります U ケ。 トランジスタが通常動作するには、ベース-エミッタ接合に直流電圧が印加され、ベース-コレクタ接合に逆電圧が印加される必要があることを思い出してください。 したがって、 |1/ke|< 1/БЭ, напряжение на коллекторном переходе оказывается прямым, что резко уменьшает ток 私 j. |UKE| と > U コレクタ接合部の BE 電圧 UБK = UКЭ – U BE は反転するため、主にエミッタ電流によって決まるコレクタ電流の大きさにはほとんど影響しません。 この電圧では、エミッタによってベースに注入され、ベース領域を通過するすべてのキャリアが、 外部ソース。 UBE電圧時< 0 эмиттер носителей не инжектирует и ток базы 私 B = 0ですが、コレクタ回路に電流が流れます。 私 K0（最低出力特性）。 この電流が逆電流に相当します。 私 通常の pn 接合の 0。

    トランジスタが動作するとモードが変わります。 実際、トランジスタを流れる電流が大きくなるほど、負荷の両端の電圧降下が大きくなり、したがって、トランジスタ自体の両端の電圧降下は少なくなります。 図に示されている特性。 1.12、 a、b、 説明のみ 静的モード 回路の動作。 回路の動作に対する負荷のダイナミクスと影響を評価するために、入出力特性に基づいたグラフィック解析計算手法が使用されます。 この方法を、OE を備えた回路の入出力特性を例に考えてみましょう。

    横軸にプロットされた点 Ek と点を通る直線を引いてみましょう。 E に /R 縦軸はｎであり、トランジスタの出力特性を示す。 結果として得られる直線は次のように呼ばれます。 負荷。 ドット E に /R この直線は、トランジスタが短絡した場合に負荷に流れる可能性のある電流に対応します。 ドット E k は別の極端なケースに対応します。回路は開いており、負荷を流れる電流はゼロで、電圧 Uke は次の値に等しいです。 E j. ポイント R 負荷線と入力電流に対応する静的出力特性との交点 私 B は回路の動作モードを決定します。つまり、 負荷電流 私 k、その両端の電圧降下 U n = 私 に R n と電圧降下 (トランジスタ自体の /ke。図 1.12) 、A ドット R トランジスタへのベース電流の供給に相当します 私 B = 1mA。 ベース電流の供給が容易にわかります。 私 B = 2 mA は動作点の点へのシフトにつながります。 あ 負荷とトランジスタ間の電圧の再分配。

    例1.1。 OEで回路を計算し、 R n =110 オーム（入力電圧 UBE = +0.1 V、電源電圧） E k = +25 V、トランジスタの特性を使用します。

    解決。 関係を見つけましょう E K /R n = 25/110 = 228 mA、そして、見つかった点を軸上に置きます 私 kと値 E Uke 軸に k = +25 V として、負荷の直線を描きます。

    電圧 1/BE = 0.1 V の入力特性を使用して、入力電流を決定します。 私 B = 1 mL。

    交点 R 特性に応じたストレート 私 B = 1 mA、電流が決まります 私 k = 150mA。

    負荷電圧は

    トランジスタのコレクタ・エミッタ間の電圧

    結論として、点に対応するモードは あ、 呼ばれた 飽和モード (与えられた値に対して R と E 現在まで 私 時点で あ 可能な最大値に達します)。 ポイントに応じたモード で (入力信号がゼロ)、およびポイント と (入力信号が負でトランジスタがオフになります)、と呼ばれます。 カットオフモード。 ポイント間に負荷がある場合のトランジスタのすべての中間状態 あ そして で 参照する アクティブモード 彼の仕事。