什么是双极晶体管以及存在哪些开关电路

半导体器件 (SS) 的使用在无线电电子学中很普遍。因此，各种设备的尺寸已经减小。双极晶体管得到了广泛的应用，由于某些特性，它的功能比简单的场效应晶体管更广泛。要了解为什么需要它以及在什么条件下使用它，有必要考虑它的工作原理、连接方法和分类。

装置及工作原理

晶体管是由 3 个电极组成的电子半导体，其中一个是控制电极。双极型晶体管与极性晶体管的不同之处在于存在两种类型的电荷载流子（负和正）。

负电荷是从晶格外壳释放的电子。形成正电荷或空穴来代替释放的电子。

双极晶体管 (BT) 的器件非常简单，尽管它具有多功能性。它由 3 层导电类型组成：发射极 (E)、基极 (B) 和集电极 (K)。

发射极（源自拉丁语“释放”）是一种半导体结，其主要功能是将电荷注入基极。集电极（来自拉丁语“collector”）用于接收发射极的电荷。底座是控制电极。

发射极和集电极层几乎相同，只是为了改善PCB的特性而添加杂质的程度不同。添加杂质称为掺杂。对于集电极层（CL），掺杂被弱表达以增加集电极电压（Uk）。发射极半导体层被重掺杂以增加反向允许击穿U并改善载流子注入基极层（电流传输系数增加-Kt）。基层被轻掺杂以提供更大的电阻 (R)。

基极和发射极之间的过渡面积小于 K-B。由于面积的不同，出现了Kt的提高。在 PCB 运行期间，K-B 转换通过反向偏置开启，以释放热量 Q 的主要部分，这些热量被消散并提供更好的晶体冷却。

BT 的速度取决于基层 (BS) 的厚度。这种相关性是一个反比例变化的值。厚度更小 - 速度更快。这种依赖性与电荷载体的飞行时间有关。然而，与此同时，Uk 下降。

发射极和 K 之间流过强电流，称为电流 K (Ik)。在 E 和 B 之间流过小电流 - 电流 B (Ib)，用于控制。当 Ib 改变时，Ik 也会改变。

该晶体管有两个 p-n 结：E-B 和 K-B。模式激活时，E-B 接正向偏压，CB 接反向偏压。由于 E-B 跃迁处于开放状态，负电荷（电子）流入 B。之后，它们与空穴部分复合。然而，由于 B 的低合法性和厚度，大部分电子到达 K-B。

在 BS 中，电子是次要的电荷载流子，电磁场帮助它们克服 K-B 跃迁。随着 Ib 的增加，E-B 开口将扩大，更多的电子将在 E 和 K 之间运行。在这种情况下，将出现低幅度信号的显着放大，因为 Ik 大于 Ib。

为了更容易理解双极型晶体管工作的物理意义，有必要将其与一个很好的例子联系起来。必须假定抽水的泵为电源，水龙头为晶体管，水为Ik，水龙头手柄的转动度数为Ib。要增加压力，您需要轻轻转动水龙头 - 以执行控制动作。根据这个例子，我们可以总结出一个简单的软件操作原理。

然而，随着 K-B 跃迁中 U 的显着增加，会发生碰撞电离，从而导致雪崩电荷倍增。当与隧道效应相结合时，该过程会产生电击穿，并且随着时间的增加，会产生热击穿，从而禁用 PP。由于通过集电极输出的电流显着增加，有时会发生热击穿而没有电击穿。

此外，当 U 变为 K-B 和 E-B 时，这些层的厚度发生变化，如果 B 很薄，则发生闭合效应（也称为穿孔 B），其中过渡 K-B 和 E-B 相连。由于这种现象，PP 停止履行其职能。

操作模式

双极型晶体管可以在 4 种模式下工作：

1. 积极的。
2. 截止值 (RO)。
3. 饱和度 (PH)。
4. 屏障（RB）。

BT 的活动模式是正常 (NAR) 和反向 (IAR)。

正常活动模式

在这种模式下，U 在 E-B 结处流动，它是直接的，称为 E-B 电压（Ue-b）。该模式被认为是最优的，并在大多数方案中使用。跃迁 E 将电荷注入基区，这些电荷向集电极移动。后者加速充电，产生助推效应。

反向活动模式

在这种模式下，K-B 转换是开放的。 BT的工作方向相反，即空穴电荷载流子从K注入，穿过B，它们被E跃迁收集。PP的放大特性较弱，BT在这种模式下很少使用。

饱和模式

在 PH，两个转换都是开放的。当 E-B 和 K-B 正向连接外部源时，BT 将在运载火箭中工作。 E 和 K 结的扩散电磁场被外部源产生的电场削弱。其结果是，势垒能力降低，主电荷载流子的扩散能力受到限制。将开始从 E 和 K 向 B 注入空穴。这种模式主要用于模拟技术，但在某些情况下可能会有例外。

截止模式

在此模式下，BT 完全关闭，无法传导电流。然而，在 BT 中，少量载流子的流动微不足道，这会产生小值的热电流。该模式用于各种类型的过载和短路保护。

屏障制度

BT 基极通过一个电阻器连接到 K。K 或 E 电路中包含一个电阻器，它设置通过 BT 的电流值 (I)。 BR 常用于电路中，因为它允许 BT 在任何频率和更大的温度范围内工作。

切换方案

为了正确使用和连接BT，您需要知道它们的分类和类型。双极晶体管的分类：

1. 生产材料：锗、硅和砷化镓。
2. 制造特点。
3. 耗散功率：低功率（最高0.25 W）、中（0.25-1.6 W）、强（1.6 W以上）。
4. 限制频率：低频（最高2.7 MHz）、中频（2.7-32 MHz）、高频（32-310 MHz）、微波（大于310 MHz）。
5. 功能目的。

BT的功能用途分为以下几种：

1. 用归一化和非归一化噪声系数 (NiNNKSh) 放大低频信号。
2. 用 NiNNKSh 放大高频。
3. 用 NiNNKSh 放大微波。
4. 放大强大的高压。
5. 高频和超高频发生器。
6. 小功率和大功率高压开关器件。
7. 用于高 U 值的强大脉冲。

此外，还有这种类型的双极晶体管：

1. P-n-p。
2. N-p-n。

开启双极晶体管的电路有 3 种，各有优缺点：

1. B将军
2. E将军
3. K将军

使用公共底座 (OB) 开启

该电路适用于高频，允许最佳使用频率响应。当按照该方案连接一个BT与OE，再与OB连接时，其工作频率会增加。这种连接方案用于天线型放大器。高频下的噪音水平降低。

优点：

1. 最佳温度和宽频率范围 (f)。
2. 高价值的英国。

缺陷：

1. 低增益。
2. 低输入 R。

共射极开关 (CE)

根据该方案连接时，U 和 I 发生放大。电路可以由单一电源供电。常用于功率放大器（P）。

优点：

1. I、U、P 的高增益。
2. 一个电源。
3. 输出变量 U 相对于输入取反。

它有显着的缺点：最低温度稳定性和频率特性比与OB连接时差。

使用公共收集器开启 (OK)

输入 U 完全转回输入，与 OE 连接时 Ki 类似，但 U 为低电平。

这种类型的开关用于匹配晶体管上的级联，或与具有高输出 R（电容式麦克风或拾音器）的输入信号源匹配。优点包括：输入值大，输出 R 值小。缺点是 U 增益低。

双极晶体管的主要特性

BT的主要特点：

1. 我有所收获。
2. 输入和输出 R。
3. 反向 Ik-e。
4. 开机时间。
5. 传输频率 Ib。
6. 反向 Ik。
7. 最大 I 值。

应用

双极晶体管的使用广泛应用于人类活动的所有领域。该器件的主要应用是在接收器件中用于放大、产生电信号，也可用作开关元件。它们用于各种功率放大器，普通电源和开关电源，能够调整 U 和 I 的值，在计算机技术中。

此外，它们通常用于构建各种消费者保护，防止过载、U 浪涌和短路。它们广泛用于采矿和冶金行业。

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