Eigenschaften von Bipolartransistoren

Ganz am Ende des vorherigen Teils des Artikels wurde eine „Entdeckung“ gemacht. Seine Bedeutung ist, dass ein kleiner Basisstrom einen großen Kollektorstrom steuert. Dies ist genau die Haupteigenschaft. Transistor, seine Fähigkeit, elektrische Signale zu verstärken. Um die weitere Erzählung fortzusetzen, ist es notwendig zu verstehen, wie groß der Unterschied dieser Ströme ist und wie diese Steuerung erfolgt.

Um sich besser daran zu erinnern, was gesagt wird, zeigt 1 einen n-p-n-Transistor mit Stromversorgungen für die daran angeschlossenen Basis- und Kollektorschaltungen. Diese Zeichnung wurde bereits gezeigt. im vorherigen Teil des Artikels.

Eine kleine Bemerkung: Alles, was über den Transistor der n-p-n-Struktur erzählt wird, gilt für den Transistor p-n-p. Nur in diesem Fall sollte die Polarität der Stromquellen umgekehrt werden. Und in der Beschreibung selbst sollten "Elektronen" durch "Löcher" ersetzt werden, wo immer sie auftreten. Gegenwärtig sind Transistoren der n-p-n-Struktur moderner und gefragter, daher wird hauptsächlich über sie berichtet.

Abbildung 1

Niedrigleistungstransistor. Spannungen und Ströme

Die an den Emitterübergang angelegte Spannung (wie der Basis-Emitter-Übergang üblicherweise genannt wird) ist für Transistoren mit geringer Leistung niedrig und beträgt nicht mehr als 0,2 ... 0,7 V, wodurch ein Strom von mehreren zehn Mikroampere in der Basisschaltung erzeugt werden kann. Basisstrom gegen Basisspannung - Emitter wird aufgerufen Transistoreingangscharakteristik, die bei einer festen Kollektorspannung entfernt wird.

Eine Spannung in der Größenordnung von 5 ... 10 V wird an den Kollektorübergang eines Transistors mit niedriger Leistung angelegt (dies ist für unsere Forschung), obwohl es mehr sein kann. Bei solchen Spannungen kann der Kollektorstrom 0,5 bis mehrere zehn Milliampere betragen. Nun, nur im Rahmen des Artikels werden wir uns auf solche Größen beschränken, da angenommen wird, dass der Transistor eine geringe Leistung aufweist.

Übertragungseigenschaften

Wie oben erwähnt, steuert ein kleiner Basisstrom einen großen Kollektorstrom, wie in Abbildung 2 gezeigt. Es ist zu beachten, dass der Basisstrom in der Grafik in Mikroampere und der Kollektorstrom in Milliampere angegeben ist.

Abbildung 2

Wenn Sie das Verhalten der Kurve sorgfältig überwachen, können Sie feststellen, dass für alle Punkte im Diagramm das Verhältnis des Kollektorstroms zum Basisstrom gleich ist. Zu diesem Zweck ist es ausreichend, auf die Punkte A und B zu achten, für die das Verhältnis des Kollektorstroms zum Basisstrom genau 50 beträgt. Dies ist die STROMBESCHLEUNIGUNG, die durch das Symbol angezeigt wird h21e - Stromverstärkung.

h21e = Ik / Ib.

Bei Kenntnis dieses Verhältnisses ist es nicht schwierig, den Kollektorstrom Ik = Ib * h21e zu berechnen

Sie sollten jedoch auf keinen Fall glauben, dass die Verstärkung aller Transistoren genau 50 beträgt, wie in Abbildung 2. Je nach Transistortyp reicht sie von Einheiten bis zu mehreren hundert und sogar Tausenden!

Wenn Sie die Verstärkung für einen bestimmten Transistor kennen müssen, der auf Ihrem Tisch liegt, ist dies ganz einfach: Moderne Multimeter haben in der Regel einen Messmodus von h21e. Als nächstes erklären wir, wie die Verstärkung mit einem herkömmlichen Amperemeter bestimmt wird.

Die Abhängigkeit des Kollektorstroms vom Basisstrom (Abbildung 2) wird aufgerufen Transistorantwort. Fig. 3 zeigt eine Familie von Übertragungseigenschaften eines Transistors, wenn dieser gemäß einer Schaltung mit OE eingeschaltet wird. Die Eigenschaften werden bei einer festen Kollektor-Emitter-Spannung gemessen.

Abbildung 3. Die Familie der Übertragungseigenschaften des Transistors, wenn dieser gemäß dem Schema mit OE eingeschaltet wird

Wenn Sie sich diese Familie genauer ansehen, können Sie mehrere Schlussfolgerungen ziehen.Erstens ist die Übertragungscharakteristik nicht linear, sondern eine Kurve (obwohl sich in der Mitte der Kurve ein linearer Abschnitt befindet). Es ist diese Kurve, die zu nichtlinearen Verzerrungen führt, wenn der Transistor zum Verstärken eines Signals verwendet wird, beispielsweise eines Audio-Signals. Daher ist es notwendig, den Arbeitspunkt des Transistors auf einen linearen Teil der Kennlinie zu "verschieben".

Zweitens sind die bei unterschiedlichen Spannungen Uke1 und Uke2 gemessenen Eigenschaften äquidistant (äquidistant voneinander). Dies lässt den Schluss zu, dass die Verstärkung des Transistors (bestimmt durch den Winkel der Kurve zur Koordinatenachse) nicht von der Kollektor-Emitter-Spannung abhängt.

Drittens beginnen Merkmale nicht am Ursprung. Dies legt nahe, dass selbst bei einem Basisstrom von Null ein Teil des Stroms durch den Kollektor fließt. Dies ist genau der Anfangsstrom, der beschrieben wurde im vorherigen Teil des Artikels. Der Anfangsstrom für beide Kurven ist unterschiedlich, was darauf hinweist, dass er von der Spannung am Kollektor abhängt.

So entfernen Sie die Übertragungscharakteristik

Diese Eigenschaft lässt sich am einfachsten entfernen, wenn Sie den Transistor gemäß der in Abbildung 4 gezeigten Schaltung einschalten.

Abbildung 4

Durch Drehen des Knopfes des Potentiometers R können Sie einen sehr kleinen Basisstrom Ib ändern, was zu einer proportionalen Änderung des großen Kollektorstroms Ik führt. Ein solcher „kreativer“ Prozess wie die unwillkürliche Drehung des Knopfes eines Potentiometers legt nahe: „Ist es möglich, diesen Prozess der Torsion eines Knopfes irgendwie zu automatisieren?“ Es stellt sich heraus, dass Sie können.

Zu diesem Zweck reicht es aus, anstelle eines Potentiometers eine Wechselspannungsquelle, beispielsweise ein Kohlenstoffmikrofon, einen Schwingkreis einer Antenne oder einen Detektor eines Empfängers, aus den EB-e-Batterien in Reihe zu schalten. Diese Wechselspannung steuert dann den Kollektorstrom des Transistors, wie in 5 gezeigt.

Abbildung 5

In dieser Schaltung wirkt die EB-e-Batterie als Vorspannungsquelle für den Betriebspunkt des Transistors, und das Wechselspannungssignal wird verstärkt. Wenn Sie ein Wechselsignal, beispielsweise eine Sinuskurve, ohne Vorspannung anlegen, öffnen die positiven Halbzyklen den Transistor und verstärken ihn möglicherweise sogar.

Aber die negativen Halbperioden des Transistors werden einfach geschlossen, so dass nicht nur nicht verstärkt wird, sondern sogar nicht durch den Transistor geht. Es ist ungefähr so, als ob Sie den Lautsprecher über eine Diode anschließen: Anstelle von angenehmer Musik und Stimmen können Sie unverständliches Keuchen hören.

Aber ziemlich oft verstärken sie Gleichstrom, während der Transistor in einem Schlüsselmodus wie einem Relais arbeitet. Diese Anwendung wird am häufigsten in digitalen Schaltkreisen gefunden. Im nächsten Artikel werden wir mit dem Schlüsselmodus als dem einfachsten und verständlichsten beginnen, die verschiedenen Betriebsmodi des Transistors zu betrachten.

Transistorschaltkreise

Abbildung 6. Transistorschaltkreise

Bisher erschien der Transistor in allen Figuren vor uns als drei Quadrate mit den Buchstaben n und p. In Fig. 6a ist der Transistor wie in einer realen elektrischen Schaltung gezeigt. Die Polarität des Spannungsanschlusses, die Namen der Elektroden, die Basis- und Emitterströme werden sofort angezeigt. Und in Abbildung 6b in Form eines Entwurfs von zwei Dioden, was häufig der Fall ist Wird beim Testen eines Transistors mit einem Multimeter verwendet.