Anwendungsbeispiele von Bipolartransistoren. Transistor und Bipolartransistor, Berechnung der Transistorkaskade

In diesem Artikel werden wir versuchen, es zu beschreiben Funktionsprinzip Der gebräuchlichste Transistortyp ist der Bipolartransistor. Bipolartransistor ist eines der wichtigsten aktiven Elemente radioelektronischer Geräte. Sein Zweck besteht darin, die Leistung des an seinem Eingang ankommenden elektrischen Signals zu verstärken. Die Leistungsverstärkung erfolgt über eine externe Energiequelle. Ein Transistor ist ein radioelektronisches Bauelement mit drei Anschlüssen

Konstruktionsmerkmal eines Bipolartransistors

Um einen Bipolartransistor herzustellen, benötigt man einen Halbleiter vom Loch- oder elektronischen Leitfähigkeitstyp, der durch Diffusion oder Legierung mit Akzeptorverunreinigungen gewonnen wird. Dadurch bilden sich auf beiden Seiten der Basis Bereiche mit polaren Leitfähigkeitstypen.

Basierend auf der Leitfähigkeit gibt es zwei Arten von Bipolartransistoren: n-p-n und p-n-p. Die Betriebsregeln, die einen Bipolartransistor mit n-p-n-Leitfähigkeit regeln (für p-n-p muss die Polarität der angelegten Spannung geändert werden):

Das positive Potenzial am Kollektor ist wichtiger als am Emitter.
Jeder Transistor hat seine eigenen maximal zulässigen Parameter Ib, Ik und Uke, deren Überschreitung grundsätzlich nicht akzeptabel ist, da dies zur Zerstörung des Halbleiters führen kann.
Die Basis-Emitter- und Basis-Kollektor-Anschlüsse funktionieren wie Dioden. In der Regel ist die Diode in Basis-Emitter-Richtung offen und in Basis-Kollektor-Richtung in die entgegengesetzte Richtung vorgespannt, d. h. die eingehende Spannung stört den Stromfluss durch sie.
Wenn die Schritte 1 bis 3 abgeschlossen sind, ist der Strom Ik direkt proportional zum Strom Ib und hat die Form: Ik = he21*Ib, wobei he21 die Stromverstärkung ist. Diese Regel charakterisiert die Haupteigenschaft des Transistors, nämlich dass der niedrige Basisstrom den starken Kollektorstrom steuert.

Bei verschiedenen Bipolartransistoren derselben Serie kann der he21-Indikator grundsätzlich zwischen 50 und 250 variieren. Sein Wert hängt außerdem vom fließenden Kollektorstrom, der Spannung zwischen Emitter und Kollektor sowie von der Umgebungstemperatur ab.

Lassen Sie uns Regel Nr. 3 studieren. Daraus folgt, dass die zwischen Emitter und Basis angelegte Spannung nicht wesentlich erhöht werden sollte, da, wenn die Basisspannung 0,6...0,8 V höher ist als die des Emitters (Durchlassspannung der Diode), ein extrem großer Strom entsteht erscheinen. Somit sind in einem funktionierenden Transistor die Spannungen an Emitter und Basis nach der Formel miteinander verbunden: Ub = Ue + 0,6 V (Ub = Ue + Ube)

Wir möchten Sie noch einmal daran erinnern, dass alle diese Punkte für Transistoren mit n-p-n-Leitfähigkeit gelten. Für den pnp-Typ sollte alles umgekehrt sein.

Außerdem ist darauf zu achten, dass der Kollektorstrom keinen Zusammenhang mit der Leitfähigkeit der Diode hat, da der Kollektor-Basis-Diode in der Regel Sperrspannung zugeführt wird. Außerdem hängt der durch den Kollektor fließende Strom kaum vom Potential am Kollektor ab (diese Diode ähnelt einer kleinen Stromquelle).

Wenn der Transistor im Verstärkungsmodus eingeschaltet ist, ist die Emitterverbindung offen und die Kollektorverbindung geschlossen. Dies wird durch den Anschluss von Netzteilen erreicht.

Da der Emitterübergang offen ist, fließt der Emitterstrom durch ihn, der durch den Übergang von Löchern von der Basis zum Emitter sowie von Elektronen vom Emitter zur Basis entsteht. Somit enthält der Emitterstrom zwei Komponenten – Loch und Elektron. Das Injektionsverhältnis bestimmt den Wirkungsgrad des Emitters. Ladungsinjektion ist die Übertragung von Ladungsträgern von der Zone, in der sie die Mehrheit hatten, in die Zone, in der sie zur Minderheit werden.

In der Basis rekombinieren Elektronen und ihre Konzentration in der Basis wird durch das Plus der EE-Quelle wieder aufgefüllt. Dadurch fließt im Basisstromkreis ein eher schwacher Strom. Die verbleibenden Elektronen, die keine Zeit hatten, sich in der Basis zu rekombinieren, bewegen sich unter dem beschleunigenden Einfluss des Feldes des gesperrten Kollektorübergangs als Minoritätsträger in den Kollektor und erzeugen einen Kollektorstrom. Die Übertragung von Ladungsträgern aus der Zone, in der sie in der Minderheit waren, in die Zone, in der sie zur Mehrheit wurden, wird als Extraktion elektrischer Ladungen bezeichnet.

Betrachten wir kurz die Arbeit n-р-n-Transistor. An der Schnittstelle zwischen Halbleitern und N(elektronisch) - und R Bei (Loch-)Leitfähigkeiten entsteht durch Diffusion ein Bereich entgegengesetzter Raumladungen. Es wird durch ionisierte Atome von Akzeptor- und Donor-Verunreinigungen gebildet und ist an mobilen Ladungsträgern verarmt: Elektronen und Löchern. Das Feld der zwischen Ladungen gebildeten Kontaktpotentialdifferenz ist eine Potentialbarriere, die den Diffusionsübergang von Ladungsträgern verhindert.

Wenn der Emitterübergang in Durchlassrichtung vorgespannt ist (wie in Abb. 4 dargestellt), verringert sich die Potentialbarriere und Elektronen werden vom Emitter in die Basis injiziert. Die Lochkonzentration in der Basis ist meist deutlich geringer als die Elektronenkonzentration im Emitter und die Injektion von Löchern in den Emitter kann vernachlässigt werden. Daher der Emitterstrom ich 3 wird durch die elektronische Komponente des Trägerstroms gebildet. Vom Emitter injizierte Elektronen sind Minoritätsladungsträger in der Basis und bewegen sich, hauptsächlich aufgrund der Diffusion, durch die Basis in Richtung des Kollektorübergangs. Am Kollektor liegt gegenüber der Basis eine positive Spannung an, die der Sperrspannung des Kollektorübergangs entspricht. Elektronen, die den Kollektorübergang erreichen, werden durch dessen Feld in den Kollektorbereich gezogen und bilden einen Kollektorstrom ich j. Da die Dicke der Basis gering und die Konzentration der Löcher darin gering ist, rekombiniert (vereinigt) sich nur ein kleiner Teil der Elektronen mit den Löchern in der Basis. Die restlichen Elektronen erreichen den Kollektorübergang. Die Rekombination der Elektronen in der Basis verursacht einen entsprechenden Strom im äußeren Stromkreis – den Basisstrom ich B.

Es gibt offensichtliche Beziehungen zwischen den Emitter-, Basis- und Kollektorströmen:

wobei α der Emitterstromübertragungskoeffizient ist; es werden je nach Transistortyp Werte im Bereich von 0,95 bis 0,99 angenommen. Aus den obigen Beziehungen erhalten wir die Abhängigkeit des Kollektorstroms vom Basisstrom:

Parameter (3)

wird als Basisstromübertragungskoeffizient bezeichnet und beträgt 20 ÷ 100. Man sagt, dass der Basisstrom im Transistor verstärkt wird.

3.3. Strom-Spannungs-Eigenschaften von Bipolar
Transistor in Emitterschaltung

Die Eigenschaften eines Bipolartransistors werden durch Familien statischer Strom-Spannungs-Kennlinien bestimmt, die die Beziehung zwischen seinen Strömen und Spannungen ausdrücken. Die Art dieser Eigenschaften hängt von der Transistor-Anschlussschaltung ab. Am beliebtesten ist die gemeinsame Emitterschaltung (Abb. 5). Die Eingabemerkmale sind die Familie ich b = F(u b) bei u ke = const (Abb. 6, a). Sie ähneln den Eigenschaften einer Halbleiterdiode. Die Ausgabemerkmale repräsentieren die Familie ich k = F(u ke) bei

ich b = const (Abb. 6, b).

Bei niedrig u ke wann ich b >0 (d. h. u≥ 0,6 V sein), stellt sich heraus, dass der Kollektorübergang (wie auch der Emitterübergang) in Durchlassrichtung vorgespannt ist, sodass nicht alle in die Basis injizierten Elektronen im Kollektorbereich landen.

Der Transistor arbeitet hier im Modus Sättigung , da eine Erhöhung des Basisstroms nicht zu einer Erhöhung des Kollektorstroms führt. Die diesem Modus entsprechenden Merkmale werden in einer Zeile zusammengefasst B. Weiter mit Wachstum u ke Kollektorstrom ich Zunächst wächst es schnell und bleibt dann nahezu unverändert.

Mit zunehmendem Basisstrom, der Teil des Emitterstroms ist, steigt auch der Kollektorstrom und die statischen Eigenschaften verschieben sich nach oben. Der Transistor funktioniert hier aktiv Modus und fungiert als Stromregler. Es ist zu beachten, dass der Zusammenhang zwischen Kollektor- und Basisstrom recht linear ist, was sich in der äquidistanten Anordnung flacher Abschnitte der Kollektorkennlinien äußert. Wenn schließlich der Emitterübergang in Sperrichtung vorgespannt ist (d. h. u bae< 0,6 В) последний заперт, и через транзистор протекает неуправляемый (его называют сквозным) ток ich kes. Dieser Modus wird als Stromabschaltmodus bezeichnet. Merkmal ich b = 0 (Linie A) trennt den aktiven Modus und den Grenzbereich.

3.4. Beschreibung des Transistors durch h-Parameter und seine
Ersatzschaltung

Bei der Analyse von Transistorschaltungen im Kleinsignalmodus bietet es sich an, den Transistor als lineares Zweipolnetzwerk darzustellen (Abb. 7) und den Zusammenhang von Strömen und Spannungen am Ein- und Ausgang mit vier Parametern zu beschreiben. Zur Beschreibung von Transistoren werden üblicherweise sogenannte Hybridtransistoren verwendet, die einfach zu messen sind. H-Parameter; stellen wir sie vor.

Nehmen wir den Eingangsstrom als unabhängige Variablen ich 1 und Ausgangsspannung u 2. Dann die Eingangsspannung u 1 und Ausgangsstrom ich 2 werden einige nichtlineare Funktionen der ausgewählten unabhängigen Variablen sein:

Für kleine Änderungen der Ströme und Spannungen können die Inkremente der Eingangsspannung und des Ausgangsstroms für den aktiven Bereich wie folgt geschrieben werden:

Hier werden die Ableitungen für einige konstante Werte von Strom und Spannung berechnet ICH 1,0 , U 2,0, die den DC-Modus des Transistors charakterisieren. Bezeichnen wir diese Konstanten

Die Rolle kleiner Inkremente können kleine Wechselströme und Spannungen mit Amplituden spielen ICH 1 , ICH 2 und U 1 , U 2. Anschließend wird der Zusammenhang zwischen Wechselströmen und Spannungen im Transistor durch ein lineares Gleichungssystem mit beschrieben H-Parameter:

(4a)

. (4b)

Gemäß (4) ist der Parameter H 11 ist der Eingangswiderstand des Transistors und H 21 - Stromübertragungskoeffizient bei einem Kurzschluss des Ausgangs ( U 2 = 0); H 22 - Ausgangsleitfähigkeit und H 12 - Spannungsrückkopplungskoeffizient bei offenem Eingang ( ICH 1 = 0). Parameter H 21 ist gleich α für eine Schaltung in Basisschaltung und β für eine Schaltung in Emitterschaltung.

Spezifische Werte H-Parameter variieren je nach Transistortyp, ihren Anschlussschaltungen und dem DC-Modus ICH 1,0 , U 2,0 ; H-Parameter können auch aus den statischen Strom-Spannungs-Kennlinien des Transistors berechnet werden, sofern diese bekannt sind.

Gemäß den Gleichungen (4) kann der Transistor formal durch die in Abb. gezeigte Ersatzschaltung dargestellt werden. 8. Stromgenerator H 21 ICH 1, im Ausgangskreis berücksichtigt die Wirkung der Stromverstärkung und des Generators H 12 U 2 spiegelt das Vorhandensein einer Rückkopplungsspannung im Eingangskreis wider.

Mit einer solchen Ersatzschaltung lassen sich Transistorschaltungen mit einem kleinen harmonischen Signal über einen weiten Frequenzbereich untersuchen. In diesem Fall werden die Gleichungen (4) für komplexe Amplituden von Strömen und Spannungen sowie für diese selbst geschrieben H-Parameter werden frequenzabhängige komplexe Größen sein. Für relativ niedrige Frequenzen H-Parameter können als Konstanten für den ausgewählten DC-Modus des Transistors betrachtet werden. Zum Beispiel für Silizium n-р-n-Transistor KT315B bei ICH k0 = 1 mA, U ke0 = 10 V H-Parameter in einer Schaltung mit gemeinsamem Emitter liegen normalerweise in den Wertebereichen:

Also der dritte und letzte Teil der Geschichte über Bipolartransistoren auf unserer Website =) Heute werden wir darüber sprechen, wie wir diese wunderbaren Geräte als Verstärker für möglich halten Bipolartransistor-Schaltkreise und ihre wichtigsten Vor- und Nachteile. Fangen wir an!

Diese Schaltung eignet sich sehr gut für die Verwendung von Hochfrequenzsignalen. Im Prinzip wird deshalb der Transistor überhaupt erst eingeschaltet. Ganz große Nachteile sind der geringe Eingangswiderstand und natürlich die fehlende Stromverstärkung. Sehen Sie selbst, am Eingang haben wir den Emitterstrom, am Ausgang.

Das heißt, der Emitterstrom ist um einen kleinen Betrag des Basisstroms größer als der Kollektorstrom. Dies bedeutet, dass es nicht nur keine Stromverstärkung gibt, sondern der Ausgangsstrom auch etwas geringer ist als der Eingangsstrom. Obwohl diese Schaltung andererseits einen ziemlich großen Spannungsübertragungskoeffizienten hat) Das sind die Vor- und Nachteile, machen wir weiter….

Anschlussplan für einen Bipolartransistor mit gemeinsamem Kollektor

So sieht der Schaltplan für einen Bipolartransistor mit gemeinsamem Kollektor aus. Erinnert es Sie an irgendetwas?) Wenn wir die Schaltung aus einem etwas anderen Blickwinkel betrachten, erkennen wir hier unseren alten Freund – den Emitterfolger. Es gab fast einen ganzen Artikel darüber (), daher haben wir bereits alles behandelt, was mit diesem Schema zu tun hat. Inzwischen warten wir auf die am häufigsten verwendete Schaltung – mit einem gemeinsamen Emitter.

Anschlussschaltung für einen Bipolartransistor mit gemeinsamem Emitter.

Diese Schaltung erfreut sich aufgrund ihrer verstärkenden Eigenschaften großer Beliebtheit. Von allen Schaltungen ergibt sich die größte Strom- und Spannungsverstärkung, dementsprechend ist auch die Steigerung der Signalleistung groß. Der Nachteil der Schaltung besteht darin, dass die Verstärkungseigenschaften stark durch steigende Temperatur und Signalfrequenz beeinflusst werden.

Wir haben uns mit allen Schaltungen vertraut gemacht. Schauen wir uns nun die letzte (aber nicht die unwichtigste) Verstärkerschaltung genauer an, die auf einem Bipolartransistor (mit gemeinsamem Emitter) basiert. Stellen wir es uns zunächst einmal etwas anders vor:

Hier gibt es einen Nachteil – den geerdeten Emitter. Wenn der Transistor auf diese Weise eingeschaltet wird, treten am Ausgang nichtlineare Verzerrungen auf, die natürlich bekämpft werden müssen. Nichtlinearität entsteht aufgrund des Einflusses der Eingangsspannung auf die Emitter-Basis-Sperrschichtspannung. Tatsächlich gibt es in der Emitterschaltung nichts „Extras“; es stellt sich heraus, dass die gesamte Eingangsspannung genau an der Basis-Emitter-Verbindung angelegt wird. Um diesem Phänomen entgegenzuwirken, fügen wir der Emitterschaltung einen Widerstand hinzu. Also bekommen wir negatives Feedback.

Was ist das?

Um es kurz zu sagen negatives Umkehrprinzip Th Kommunikation liegt darin, dass ein Teil der Ausgangsspannung auf den Eingang übertragen und vom Eingangssignal subtrahiert wird. Dies führt natürlich zu einer Verringerung der Verstärkung, da der Eingang des Transistors aufgrund des Rückkopplungseinflusses einen niedrigeren Spannungswert erhält als ohne Rückkopplung.

Dennoch ist negatives Feedback für uns sehr nützlich. Mal sehen, wie es dazu beiträgt, den Einfluss der Eingangsspannung auf die Spannung zwischen Basis und Emitter zu reduzieren.

Auch wenn keine Rückkopplung vorliegt, führt eine Erhöhung des Eingangssignals um 0,5 V zu derselben Erhöhung. Hier ist alles klar 😉 Und jetzt fügen wir Feedback hinzu! Und auf die gleiche Weise erhöhen wir die Eingangsspannung um 0,5 V. Anschließend erhöht sich ,, was zu einer Erhöhung des Emitterstroms führt. Und ein Anstieg führt zu einem Anstieg der Spannung am Rückkopplungswiderstand. Es scheint, was ist daran falsch? Diese Spannung wird jedoch vom Eingang abgezogen! Schauen Sie, was passiert ist:

Die Eingangsspannung ist gestiegen – der Emitterstrom ist gestiegen – die Spannung am Gegenkopplungswiderstand ist gestiegen – die Eingangsspannung ist gesunken (aufgrund der Subtraktion) – die Spannung ist gesunken.

Das heißt, die Gegenkopplung verhindert, dass sich die Basis-Emitter-Spannung ändert, wenn sich das Eingangssignal ändert.

Dadurch wurde unsere Verstärkerschaltung mit gemeinsamem Emitter durch einen Widerstand im Emitterkreis ergänzt:

Es gibt ein weiteres Problem mit unserem Verstärker. Wenn am Eingang ein negativer Spannungswert auftritt, schließt der Transistor sofort (die Basisspannung wird kleiner als die Emitterspannung und die Basis-Emitter-Diode schließt) und am Ausgang passiert nichts. Das ist irgendwie nicht sehr gut) Daher ist es notwendig, etwas zu erstellen Voreingenommenheit. Dies kann mit einem Divisor wie folgt erfolgen:

Wir haben so eine Schönheit bekommen 😉 Wenn die Widerstände gleich sind, beträgt die Spannung an jedem von ihnen 6 V (12 V / 2). Liegt also kein Signal am Eingang an, beträgt das Basispotential +6V. Wenn am Eingang ein negativer Wert, beispielsweise -4 V, anliegt, beträgt das Basispotential +2 V, dh der Wert ist positiv und beeinträchtigt den normalen Betrieb des Transistors nicht. So sinnvoll ist es, einen Offset im Grundkreis zu erzeugen)

Wie sonst könnten wir unser System verbessern ...

Teilen Sie uns mit, welches Signal wir verstärken werden, das heißt, wir kennen seine Parameter, insbesondere die Frequenz. Es wäre toll, wenn am Eingang nichts außer dem nützlichen verstärkten Signal ankäme. Wie kann dies sichergestellt werden? Natürlich mit einem Hochpassfilter) Fügen wir einen Kondensator hinzu, der in Kombination mit einem Vorwiderstand einen Hochpassfilter bildet:

So wurde die Schaltung, in der es außer dem Transistor selbst fast nichts gab, mit zusätzlichen Elementen überwuchert 😉 Vielleicht hören wir hier bald auf, es gibt einen Artikel über die praktische Berechnung eines Verstärkers auf Basis eines Bipolartransistors. Darin werden wir nicht nur komponieren Schaltplan des Verstärkers, aber wir berechnen auch die Werte aller Elemente und wählen gleichzeitig einen für unsere Zwecke geeigneten Transistor aus. Bis bald! =)

Transistoren werden in Bipolar- und Feldeffekttransistoren unterteilt. Jeder dieser Typen hat sein eigenes Funktionsprinzip und Design. Gemeinsam ist ihnen jedoch das Vorhandensein von pn-Halbleiterstrukturen.

Die Symbole der Transistoren sind in der Tabelle aufgeführt:

Gerätetyp
Bipolar	Bipolarer PNP-Typ
Bipolar	Bipolarer NPN-Typ
Feld	Mit dem Manager p-n-Übergang	Mit p-Typ-Kanal
	Mit dem Manager p-n-Übergang	Mit N-Typ-Kanal
	Mit isoliert Verschluss MOSFET-Transistoren	Mit eingebautem Kanal	Eingebauter Kanal p-Typ
		Mit eingebautem Kanal	Eingebauter Kanal n-Typ
		Mit induziert Kanal	Induzierter Kanal p-Typ
		Mit induziert Kanal	Induzierter Kanal n-Typ

Bipolartransistoren

Die Definition von „bipolar“ weist darauf hin, dass der Betrieb eines Transistors mit Prozessen verbunden ist, an denen Ladungsträger zweier Arten beteiligt sind – Elektronen und Löcher.

Ein Transistor ist ein Halbleiterbauelement mit zwei Elektron-Loch-Übergängen, das zur Verstärkung und Erzeugung elektrischer Signale dient. Ein Transistor nutzt beide Arten von Trägern – Haupt- und Nebenträger –, weshalb er bipolar genannt wird.

Ein Bipolartransistor besteht aus drei Bereichen eines monokristallinen Halbleiters mit unterschiedlichen Leitfähigkeitstypen: Emitter, Basis und Kollektor.

E - Emitter,
B - Basis,
K - Sammler,
EP - Emitterübergang,
KP - Kollektorverbindung,
W – Basisdicke.

Jeder der Übergänge des Transistors kann entweder in Vorwärts- oder Rückwärtsrichtung eingeschaltet werden. Abhängig davon gibt es drei Betriebsarten des Transistors:

Abschaltmodus – beide pn-Übergänge sind geschlossen, während normalerweise ein relativ kleiner Strom durch den Transistor fließt
Sättigungsmodus – beide pn-Übergänge sind offen
Aktiver Modus – einer der pn-Übergänge ist offen und der andere geschlossen

Im Cutoff-Modus und Sättigungsmodus kann der Transistor nicht gesteuert werden. Eine wirksame Ansteuerung des Transistors erfolgt nur im aktiven Modus. Dieser Modus ist der Hauptmodus. Wenn die Spannung am Emitterübergang direkt und am Kollektorübergang umgekehrt ist, gilt das Einschalten des Transistors als normal; bei entgegengesetzter Polarität ist es umgekehrt.

Im Normalmodus ist der Kollektor-pn-Übergang geschlossen, der Emitterübergang offen. Der Kollektorstrom ist proportional zum Basisstrom.

Die Bewegung der Ladungsträger in einem NPN-Transistor ist in der Abbildung dargestellt:

Wenn der Emitter mit dem Minuspol der Stromquelle verbunden ist, entsteht ein Emitterstrom Ie. Da an den Emitterübergang eine äußere Spannung in Durchlassrichtung angelegt wird, überqueren die Elektronen den Übergang und gelangen in den Basisbereich. Die Basis besteht aus einem p-Halbleiter, daher sind Elektronen Minoritätsladungsträger.

Elektronen, die in den Basisbereich gelangen, rekombinieren teilweise mit Löchern in der Basis. Die Basis besteht jedoch normalerweise aus einem sehr dünnen p-Leiter mit hohem spezifischem Widerstand (geringer Gehalt an Verunreinigungen), sodass die Konzentration an Löchern in der Basis gering ist und nur wenige in die Basis eintretende Elektronen mit ihren Löchern rekombinieren und eine Basis bilden aktuelles Ib. Die meisten Elektronen erreichen aufgrund der thermischen Bewegung (Diffusion) und unter dem Einfluss des Kollektorfeldes (Drift) den Kollektor und bilden eine Komponente des Kollektorstroms Ik.

Die Beziehung zwischen den Inkrementen der Emitter- und Kollektorströme wird durch den Stromübertragungskoeffizienten charakterisiert

Wie aus einer qualitativen Betrachtung der in einem Bipolartransistor ablaufenden Prozesse hervorgeht, ist der Stromübertragungskoeffizient immer kleiner als eins. Für moderne Bipolartransistoren beträgt α = 0,9 ÷ 0,95

Wenn Ie ≠ 0, ist der Kollektorstrom des Transistors gleich:

In der betrachteten Verbindungsschaltung ist die Basiselektrode den Emitter- und Kollektorkreisen gemeinsam. Diese Schaltung zum Anschluss eines Bipolartransistors wird als Schaltung mit gemeinsamer Basis bezeichnet, während die Emitterschaltung als Eingangsschaltung und die Kollektorschaltung als Ausgangsschaltung bezeichnet wird. Eine solche Schaltung zum Einschalten eines Bipolartransistors wird jedoch sehr selten verwendet.

Drei Schaltkreise zum Einschalten eines Bipolartransistors

Es gibt Schaltkreise mit einer gemeinsamen Basis, einem gemeinsamen Emitter und einem gemeinsamen Kollektor. Schaltungen für einen PNP-Transistor sind in den Abbildungen a, b, c dargestellt:

In einem Stromkreis mit gemeinsamer Basis (Abb. a) ist die Basiselektrode den Eingangs- und Ausgangsstromkreisen gemeinsam; in einem Stromkreis mit gemeinsamem Emitter (Abb. b) ist der Emitter in einem Stromkreis mit gemeinsamem Kollektor gleich; (Abb. c), der Kollektor ist üblich.

Die Abbildung zeigt: E1 – Stromversorgung des Eingangskreises, E2 – Stromversorgung des Ausgangskreises, Uin – Quelle des verstärkten Signals.

Beim Hauptschaltkreis handelt es sich um einen Schaltkreis, bei dem die gemeinsame Elektrode für die Eingangs- und Ausgangskreise der Emitter ist (Schaltkreis für einen Bipolartransistor mit einem gemeinsamen Emitter). Bei einer solchen Schaltung verläuft der Eingangskreis durch die Basis-Emitter-Strecke und darin entsteht ein Basisstrom:

Der niedrige Wert des Basisstroms im Eingangskreis hat zur weit verbreiteten Verwendung einer gemeinsamen Emitterschaltung geführt.

Bipolartransistor in einer gemeinsamen Emitterschaltung (CE).

Bei einem nach der OE-Schaltung angeschlossenen Transistor wird der Zusammenhang zwischen Strom und Spannung im Eingangskreis des Transistors Ib = f1 (Ube) als Eingangs- oder Grundstrom-Spannungs-Kennlinie (VC) des Transistors bezeichnet. Die Abhängigkeit des Kollektorstroms von der Spannung zwischen Kollektor und Emitter bei festen Werten des Basisstroms Iк = f2 (Uke), Ib – const wird als Familie der Ausgangs-(Kollektor-)Kennlinien des Transistors bezeichnet.

Die Eingangs- und Ausgangsstrom-Spannungs-Kennlinien eines Bipolartransistors mittlerer Leistung vom NPN-Typ sind in der Abbildung dargestellt:

Wie aus der Abbildung ersichtlich ist, ist die Eingangskennlinie praktisch unabhängig von der Spannung Uke. Die Ausgangskennlinien sind etwa gleich weit voneinander entfernt und über einen weiten Spannungsänderungsbereich Uke nahezu linear.

Die Abhängigkeit Ib = f(Ube) ist eine exponentielle Abhängigkeit des Stroms eines in Durchlassrichtung vorgespannten pn-Übergangs. Da es sich beim Basisstrom um eine Rekombination handelt, ist sein Wert Ib β-mal kleiner als der injizierte Emitterstrom Ie. Mit zunehmender Kollektorspannung Uк verschiebt sich die Eingangskennlinie in den Bereich höherer Spannungen Ub. Dies liegt daran, dass durch die Modulation der Basisbreite (Early-Effekt) der Anteil des Rekombinationsstroms in der Basis des Bipolartransistors abnimmt. Die Spannung Ube überschreitet 0,6...0,8 V nicht. Ein Überschreiten dieses Wertes führt zu einem starken Anstieg des Stroms, der durch den offenen Emitterübergang fließt.

Die Abhängigkeit Ik = f(Uke) zeigt, dass der Kollektorstrom direkt proportional zum Basisstrom ist: Ik = B Ib

Parameter des Bipolartransistors

Darstellung eines Transistors im Kleinsignalbetrieb als Vierpolnetzwerk

Im Kleinsignal-Betriebsmodus kann der Transistor durch ein Netzwerk mit vier Anschlüssen dargestellt werden. Wenn sich die Spannungen u1, u2 und die Ströme i1, i2 nach einem Sinusgesetz ändern, wird der Zusammenhang zwischen Spannungen und Strömen mithilfe der Parameter Z, Y, h hergestellt.

Die Potenziale 1", 2", 3 sind gleich. Es ist praktisch, einen Transistor mit h-Parametern zu beschreiben.

Der elektrische Zustand eines nach einer Schaltung mit gemeinsamem Emitter verbundenen Transistors wird durch vier Größen charakterisiert: Ib, Ube, Ik und Uke. Zwei dieser Größen können als unabhängig betrachtet werden und die anderen beiden können durch sie ausgedrückt werden. Aus praktischen Gründen ist es zweckmäßig, die Größen Ib und Uke unabhängig voneinander zu wählen. Dann ist Ube = f1 (Ib, Uke) und Ik = f2 (Ib, Uke).

Bei Verstärkergeräten sind die Eingangssignale Inkremente von Eingangsspannungen und -strömen. Innerhalb des linearen Teils der Kennlinien gelten für die Inkremente Ube und Ik folgende Gleichungen:

Physikalische Bedeutung der Parameter:

Für eine Schaltung mit OE werden die Koeffizienten mit dem Index E geschrieben: h11e, h12e, h21e, h22e.

Die Passdaten zeigen h21е = β, h21b = α. Diese Parameter charakterisieren die Qualität des Transistors. Um den Wert von h21 zu erhöhen, müssen Sie entweder die Basisbreite W verringern oder die Diffusionslänge vergrößern, was ziemlich schwierig ist.

Verbundtransistoren

Um den Wert von h21 zu erhöhen, werden Bipolartransistoren über eine Darlington-Schaltung angeschlossen:

Bei einem Verbundtransistor mit den gleichen Eigenschaften ist die Basis VT1 mit dem Emitter VT2 verbunden und ΔIе2 = ΔIb1. Die Kollektoren beider Transistoren sind verbunden und dieser Anschluss ist der Anschluss des Verbundtransistors. Die Basis VT2 spielt die Rolle der Basis des Verbundtransistors ΔIb = ΔIb2 und der Emitter VT1 spielt die Rolle des Emitters des Verbundtransistors ΔIe = ΔI1.

Lassen Sie uns einen Ausdruck für die Stromverstärkung β für die Darlington-Schaltung erhalten. Lassen Sie uns den Zusammenhang zwischen der Änderung des Basisstroms dIb und der daraus resultierenden Änderung des Kollektorstroms dIk des Verbundtransistors wie folgt ausdrücken:

Da bei Bipolartransistoren die Stromverstärkung normalerweise mehrere Zehner beträgt (β1, β2 >> 1), wird die Gesamtverstärkung des zusammengesetzten Transistors durch das Produkt der Verstärkungen jedes Transistors βΣ = β1 · β2 bestimmt und kann recht groß sein Wert.

Beachten wir die Besonderheiten der Betriebsart solcher Transistoren. Da der Emitterstrom VT2 Ie2 der Basisstrom VT1 dIb1 ist, sollte der Transistor VT2 im Mikroleistungsmodus und der Transistor VT1 im Hochinjektionsmodus arbeiten. Ihre Emitterströme unterscheiden sich um 1-2 Größenordnungen. Bei einer solch suboptimalen Wahl der Betriebseigenschaften der Bipolartransistoren VT1 und VT2 ist es nicht möglich, in jedem von ihnen hohe Stromverstärkungswerte zu erreichen. Selbst bei Verstärkungswerten β1, β2 ≈ 30 beträgt die Gesamtverstärkung βΣ jedoch βΣ ≈ 1000.

Hohe Verstärkungswerte in Verbundtransistoren werden nur im statistischen Modus realisiert, daher werden Verbundtransistoren häufig in den Eingangsstufen von Operationsverstärkern verwendet. In Schaltungen mit hohen Frequenzen haben Verbundtransistoren solche Vorteile nicht mehr, im Gegenteil, sowohl die Grenzstromverstärkungsfrequenz als auch die Betriebsgeschwindigkeit der Verbundtransistoren sind für jeden der Transistoren VT1, VT2 separat geringer als die gleichen Parameter.

Frequenzeigenschaften von Bipolartransistoren

Der Prozess der Ausbreitung von in die Basis injizierten Minoritätsladungsträgern vom Emitter- zum Kollektorübergang erfolgt durch Diffusion. Dieser Prozess ist recht langsam und die vom Emitter injizierten Ladungsträger erreichen den Kollektor frühestens während der Ladungsträgerdiffusion durch die Basis. Eine solche Verzögerung führt zu einer Phasenverschiebung zwischen dem Strom Ie und dem Strom Ik. Bei niedrigen Frequenzen fallen die Phasen der Ströme Ie, Ik und Ib zusammen.

Die Frequenz des Eingangssignals, bei der der Verstärkungsfaktor im Vergleich zum statischen Wert β0 um den Faktor abnimmt, wird als Grenzfrequenz der Stromverstärkung eines Bipolartransistors in einer Emitterschaltung bezeichnet

Fβ – Grenzfrequenz (Grenzfrequenz)
fgr – Grenzfrequenz (Einheitsverstärkungsfrequenz)

Feldeffekttransistoren

Feldeffekttransistoren oder unipolare Transistoren nutzen den Feldeffekt als wichtigstes physikalisches Prinzip. Im Gegensatz zu Bipolartransistoren, bei denen beide Arten von Trägern, sowohl Haupt- als auch Nebenträger, für den Transistoreffekt verantwortlich sind, verwenden Feldeffekttransistoren nur einen Trägertyp, um den Transistoreffekt zu realisieren. Aus diesem Grund werden Feldeffekttransistoren als unipolar bezeichnet. Abhängig von den Bedingungen für die Umsetzung des Feldeffekts werden Feldeffekttransistoren in zwei Klassen eingeteilt: Feldeffekttransistoren mit isoliertem Gate und Feldeffekttransistoren mit Steuer-pn-Übergang.

Feldeffekttransistoren mit Steuer-pn-Übergang

Schematisch lässt sich ein Feldeffekttransistor mit Steuer-pn-Übergang als Platte darstellen, an deren Enden Elektroden, eine Source und ein Drain angeschlossen sind. In Abb. zeigt den Aufbau und Anschlussplan eines Feldeffekttransistors mit n-Typ-Kanal:

In einem n-Kanal-Transistor sind die meisten Ladungsträger im Kanal Elektronen, die sich entlang des Kanals von einer Quelle mit niedrigem Potenzial zu einem Drain mit höherem Potenzial bewegen und dabei einen Drain-Strom Ic erzeugen. Zwischen Gate und Source wird eine Spannung angelegt, die den pn-Übergang blockiert, der durch den n-Bereich des Kanals und den p-Bereich des Gates gebildet wird.

Beim Anlegen einer Sperrspannung an den pn-Übergang Uzi entsteht an den Kanalgrenzen eine gleichmäßige, an Ladungsträgern verarmte Schicht mit hohem spezifischem Widerstand. Dies führt zu einer Verringerung der Leitfähigkeitsbreite des Kanals.

Durch Ändern des Werts dieser Spannung ist es möglich, den Querschnitt des Kanals und damit den Wert des elektrischen Widerstands des Kanals zu ändern. Bei einem n-Kanal-Feldeffekttransistor ist das Drain-Potential positiv gegenüber dem Source-Potential. Wenn das Gate geerdet ist, fließt Strom vom Drain zur Source. Um den Strom zu stoppen, muss daher eine Sperrspannung von mehreren Volt an das Gate angelegt werden.

Der Spannungswert Uzi, bei dem der Strom durch den Kanal nahezu Null wird, wird als Abschaltspannung Uzap bezeichnet

Somit stellt ein Feldeffekttransistor mit einem Gate in Form eines pn-Übergangs einen Widerstand dar, dessen Wert durch eine externe Spannung geregelt wird.

Der Feldeffekttransistor zeichnet sich durch folgende Strom-Spannungs-Kennlinie aus:

Dabei bestimmt die Abhängigkeit des Drain-Stroms Ic von der Spannung bei konstanter Spannung am Gate Uzi die Ausgangs- bzw. Drain-Charakteristik des Feldeffekttransistors. Im Anfangsabschnitt der Merkmale Usi + |Uzi |< Uзап ток стока Iс возрастает с увеличением Uси . При повышении напряжения сток - исток до Uси = Uзап - |Uзи | происходит перекрытие канала и дальнейший рост тока Iс прекращается (участок насыщения). Отрицательное напряжение Uзи между затвором и истоком смещает момент перекрытия канала в сторону меньших значений напряжения Uси и тока стока Iс . Участок насыщения является рабочей областью выходных характеристик полевого транзистора. Дальнейшее увеличение напряжения Uси приводит к пробою р-n-перехода между затвором и каналом и выводит транзистор из строя.

Die Strom-Spannungs-Kennlinie Ic = f(Uzi) zeigt die Spannung Uzap. Da Uzi ≤ 0 ist, ist der p-n-Übergang geschlossen und der Gate-Strom ist sehr klein, etwa 10 -8…10-9 A Zu den Hauptvorteilen eines Feldeffekttransistors im Vergleich zu einem Bipolartransistor gehört daher ein hoher Eingangswiderstand von etwa 10 10…1013 Ohm. Darüber hinaus zeichnen sie sich durch geringe Geräuschentwicklung und Herstellbarkeit aus.

Es gibt zwei Hauptschaltschemata, die praktische Anwendung finden. Ein Stromkreis mit gemeinsamer Source (Abb. a) und ein Stromkreis mit gemeinsamem Drain (Abb. b), die in der Abbildung dargestellt sind:

Feldeffekttransistoren mit isoliertem Gate
(MOS-Transistoren)

Mit dem Begriff „MOS-Transistor“ werden Feldeffekttransistoren bezeichnet, bei denen die Steuerelektrode – das Gate – durch eine dielektrische Schicht – einen Isolator – vom aktiven Bereich des Feldeffekttransistors getrennt ist. Das Grundelement dieser Transistoren ist die Metall-Isolator-Halbleiter-Struktur (M-D-S).

Die Technologie eines MOS-Transistors mit eingebautem Gate ist in der Abbildung dargestellt:

Der ursprüngliche Halbleiter, auf dem der MOS-Transistor besteht, wird Substrat (Pin P) genannt. Die beiden stark dotierten n+-Regionen werden Source (I) und Drain (C) genannt. Der Bereich des Substrats unter dem Gate (3) wird als eingebetteter Kanal (n-Kanal) bezeichnet.

Die physikalische Grundlage für die Funktionsweise eines Feldeffekttransistors mit Metall-Isolator-Halbleiter-Struktur ist der Feldeffekt. Der Feldeffekt besteht darin, dass sich unter dem Einfluss eines äußeren elektrischen Feldes die Konzentration freier Ladungsträger im oberflächennahen Bereich des Halbleiters ändert. Bei Feldgeräten mit MIS-Struktur wird das äußere Feld durch die an der Metall-Gate-Elektrode angelegte Spannung verursacht. Abhängig vom Vorzeichen und der Größe der angelegten Spannung kann es im Kanal zwei Zustände der Raumladungszone (SCR) geben – Anreicherung, Verarmung.

Der Verarmungsmodus entspricht einer negativen Spannung Uzi, bei der die Elektronenkonzentration im Kanal abnimmt, was zu einer Abnahme des Drainstroms führt. Der Anreicherungsmodus entspricht einer positiven Spannung Uzi und einem Anstieg des Drainstroms.

Die Strom-Spannungs-Kennlinie ist in der Abbildung dargestellt:

Die Topologie eines MOS-Transistors mit einem induzierten (induzierten) p-Typ-Kanal ist in der Abbildung dargestellt:

Bei Uzi = 0 gibt es keinen Kanal und Ic = 0. Der Transistor kann nur im Uzi-Anreicherungsmodus arbeiten< 0. Если отрицательное напряжение Uзи превысит пороговое Uзи.пор , то происходит формирование инверсионного канала. Изменяя величину напряжения на затворе Uзи в области выше порогового Uзи.пор , можно менять концентрацию свободных носителей в инверсионном канале и сопротивление канала. Источник напряжения в стоковой цепи Uси вызовет ток стока Iс .

Die Strom-Spannungs-Kennlinie ist in der Abbildung dargestellt:

Bei MOS-Transistoren ist das Gate durch eine Schicht aus SiO2-Oxid vom Halbleiter getrennt. Daher beträgt der Eingangswiderstand solcher Transistoren etwa 1013 ... 1015 Ohm.

Zu den Hauptparametern von Feldeffekttransistoren gehören:

Die Steigung der Kennlinie bei Usp = const, Upi = const. Typische Parameterwerte sind (0,1...500) mA/V;
Die Steigung der Kennlinie entlang des Substrats bei Usp = const, Uzi = const. Typische Parameterwerte (0,1...1) mA/V;
Anfänglicher Drainstrom Is.init.
– Entnahmestrom bei Nullspannungswert Uzi. Typische Parameterwerte: (0,2...600) mA – für Transistoren mit Steuerkanal-pn-Übergang; (0,1...100) mA – für Transistoren mit eingebautem Kanal; (0,01...0,5) µA – für Transistoren mit induziertem Kanal;
Drain-Source-Widerstand im offenen Zustand. Typische Werte (2..300) Ohm
Differenzwiderstand (intern): bei Uzi = const;
Statistischer Gewinn: μ = S ri

Thyristoren

Ein Thyristor ist ein Halbleiterbauelement mit drei oder mehr Elektronen-Loch-pn-Übergängen. Sie werden hauptsächlich als elektronische Schlüssel verwendet. Abhängig von der Anzahl der Außenanschlüsse werden sie in Thyristoren mit zwei Außenanschlüssen – Dinistoren – und Thyristoren mit drei Anschlüssen – Thyristoren – unterteilt. Zur Bezeichnung von Thyristoren wird das Buchstabensymbol VS verwendet.

Aufbau und Funktionsprinzip des Dinistors

Die Struktur, UGO und Strom-Spannungs-Kennlinie des Dinistors sind in der Abbildung dargestellt:

Der äußere p-Bereich wird Anode (A) genannt, der äußere n-Bereich wird Kathode (K) genannt. Drei pn-Übergänge sind mit den Nummern 1, 2, 3 gekennzeichnet. Die Struktur des Dinistors ist 4-schichtig - p-n-p-n.

Die Versorgungsspannung E wird dem Dinistor so zugeführt, dass einer der drei Anschlüsse offen und sein Widerstand unbedeutend ist und Übergang 2 geschlossen ist und die gesamte Versorgungsspannung Upr an ihn angelegt wird. Durch den Dinistor fließt ein kleiner Rückstrom, die Last R wird von der Stromquelle E getrennt.

Bei Erreichen einer kritischen Spannung gleich der Einschaltspannung Uon öffnet Übergang 2, während sich alle drei Übergänge 1, 2, 3 im geöffneten (eingeschalteten) Zustand befinden. Der Widerstand des Dinistors sinkt auf Zehntel Ohm.

Die Einschaltspannung beträgt mehrere hundert Volt. Der Dinistor öffnet sich und es fließen erhebliche Ströme durch ihn. Der Spannungsabfall am Dinistor im offenen Zustand beträgt 1-2 Volt und hängt wenig von der Größe des fließenden Stroms ab, dessen Wert τa ≈ E / R und UR ≈ E ist, d.h. Die Last ist an die Stromquelle E angeschlossen. Die Spannung am Dinistor, die dem maximal zulässigen Punkt Iopen.max entspricht, wird als Leerlaufspannung Uokr bezeichnet. Der maximal zulässige Strom liegt zwischen Hunderten von mA und Hunderten von A. Der Dinistor befindet sich im offenen Zustand, bis der durch ihn fließende Strom kleiner als der Haltestrom Iud wird. Der Dinistor schließt, wenn die externe Spannung auf einen Wert in der Größenordnung von 1 V absinkt oder wenn sich die Polarität der externen Quelle ändert. Daher wird ein solches Gerät in Transientenstromkreisen verwendet. Die Punkte B und D entsprechen den Grenzwerten der Dinistorströme und -spannungen. Die Erholungszeit des Übergangs 2-Widerstands nach dem Entfernen der Versorgungsspannung beträgt etwa 10–30 μs.

Dinistoren sind ihrem Prinzip nach wichtige Aktionsgeräte. Im eingeschalteten Zustand (BV-Abschnitt) ähnelt es einem geschlossenen Schlüssel, im ausgeschalteten Zustand (EG-Abschnitt) ähnelt es einem offenen Schlüssel.

Aufbau und Funktionsprinzip eines Thyristors (Thyristor)

Der Thyristor ist ein gesteuertes Gerät. Es enthält eine Steuerelektrode (CE), die mit einem Halbleiter vom p-Typ oder einem Halbleiter vom n-Typ des mittleren Übergangs 2 verbunden ist.

Die Struktur, UGO und Strom-Spannungs-Kennlinie eines Trinistors (üblicherweise als Thyristor bezeichnet) sind in der Abbildung dargestellt:

Die Spannung Uoff, bei der ein lawinenartiger Stromanstieg einsetzt, kann durch das Einbringen von Minoritätsladungsträgern in eine der an den Übergang 2 angrenzenden Schichten verringert werden. Das Ausmaß, in dem Uon abnimmt, wird an der Strom-Spannungs-Kennlinie angezeigt. Ein wichtiger Parameter ist der Entriegelungssteuerstrom Iу.оt, der dafür sorgt, dass der Thyristor bei Spannungen kleiner als die Spannung Uon in den offenen Zustand schaltet. Die Abbildung zeigt drei Werte der Einschaltspannung UI< Un вкл < Um вкл соответствует трем значениям управляющего тока UI у.от >Un u.ot > Ähm u.ot .

Betrachten wir die einfachste Schaltung mit einem Thyristor, der auf eine Widerstandslast Rн geladen ist

Ia – Anodenstrom (Leistungsstrom im Anoden-Kathoden-Kreis des Thyristors);
Uak – Spannung zwischen Anode und Kathode;
Iу – Steuerelektrodenstrom (in realen Schaltkreisen werden Stromimpulse verwendet);
Uuk ist die Spannung zwischen Steuerelektrode und Kathode;
Upit – Versorgungsspannung.

Um den Thyristor in den offenen Zustand zu überführen, wird die Nichtsteuerelektrode von der Impulserzeugungsschaltung mit einem kurzzeitigen (in der Größenordnung von mehreren Mikrosekunden) Steuerimpuls versorgt.

Ein charakteristisches Merkmal des in der Praxis weit verbreiteten nicht sperrbaren Thyristors besteht darin, dass er nicht über den Steuerstrom abgeschaltet werden kann.

Um den Thyristor praktisch abzuschalten, wird an ihn eine Sperrspannung Uac angelegt< 0 и поддерживают это напряжение в течении времени, большего так называемого времени выключения tвыкл . Оно обычно составляет единицы или десятки микросекунд.

Aufbau und Funktionsprinzip eines Triacs

Weit verbreitet sind sogenannte symmetrische Thyristoren (Triacs, Triacs). Jeder Triac ähnelt dem betrachteten Thyristorpaar und ist Rücken an Rücken parallel geschaltet. Symmetrische Thyristoren sind gesteuerte Geräte mit einer symmetrischen Strom-Spannungs-Kennlinie. Um eine symmetrische Charakteristik zu erhalten, werden doppelseitige p-n-p-n-p-Halbleiterstrukturen verwendet.

Der Aufbau des Triacs, seine UGO- und Strom-Spannungs-Kennlinien sind in der Abbildung dargestellt:

Ein Triac (Triac) enthält zwei gegeneinander geschaltete Thyristoren p1-n1-p2-n2 und p2-n2-p1-n4. Der Triac enthält 5 Übergänge P1-P2-P3-P4-P5. In Abwesenheit eines Steuerelektrons wird der UE-Triac als Diac bezeichnet.

Bei positiver Polarität an der Elektrode E1 tritt ein Thyristoreffekt in p1-n1-p2-n2 auf, bei entgegengesetzter Polarität in p2-n1-p1-n4.

Beim Anlegen einer Steuerspannung an UE ändert sich je nach Polarität und Größe die Schaltspannung Uon

Thyristoren (Dinistoren, Thyristoren, Triacs) sind die Hauptelemente in Geräten der Leistungselektronik. Es gibt Thyristoren, bei denen die Schaltspannung größer als 1 kV und der maximal zulässige Strom größer als 1 kA ist

Elektronische Schlüssel

Zur Steigerung der Effizienz leistungselektronischer Geräte wird häufig die gepulste Betriebsweise von Dioden, Transistoren und Thyristoren eingesetzt. Der Pulsmodus zeichnet sich durch plötzliche Änderungen der Ströme und Spannungen aus. Im Pulsbetrieb werden Dioden, Transistoren und Thyristoren als Schalter verwendet.

Mit elektronischen Schlüsseln werden elektronische Schaltkreise geschaltet: Verbinden/Trennen eines Schaltkreises mit/von Quellen für elektrische Energie oder Signale, Verbinden oder Trennen von Schaltkreiselementen, Ändern der Parameter von Schaltkreiselementen, Ändern der Art der beeinflussenden Signalquelle.

Die idealen UGO-Schlüssel sind in der Abbildung dargestellt:

Schlüssel zum Öffnen bzw. Schließen.

Der Tastenmodus ist durch zwei Zustände gekennzeichnet: „Ein“/„Aus“.

Ideale Schlüssel zeichnen sich durch eine augenblickliche Widerstandsänderung aus, die den Wert 0 oder ∞ annehmen kann. Der Spannungsabfall an einem ideal geschlossenen Schalter beträgt 0. Bei einem offenen Schalter beträgt der Strom 0.

Echte Tasten zeichnen sich außerdem durch zwei extreme Widerstandswerte Rmax und Rmin aus. Der Übergang von einem Widerstandswert zum anderen erfolgt bei realen Schaltern in einer endlichen Zeit. Der Spannungsabfall an einem echten geschlossenen Schalter ist nicht Null.

Die Schalter sind in Tasten für Schaltkreise mit geringer Leistung und Tasten für Schaltkreise mit hoher Leistung unterteilt. Jede dieser Klassen hat ihre eigenen Eigenschaften.

Die in Stromkreisen mit geringer Leistung verwendeten Schlüssel zeichnen sich aus durch:

Schlüsselwiderstände im offenen und geschlossenen Zustand;
Leistung – die Zeit, die ein Schlüssel benötigt, um von einem Zustand in einen anderen überzugehen;
Spannungsabfall bei geschlossenem Schalter und Leckstrom bei offenem Schalter;
Störfestigkeit – die Fähigkeit eines Schlüssels, in einem der Zustände zu bleiben, wenn er Störungen ausgesetzt ist;
Die Empfindlichkeit der Taste ist die Größe des Steuersignals, das die Taste von einem Zustand in einen anderen überführt;
Schwellenspannung – der Wert der Steuerspannung, in dessen Nähe sich der Widerstand des elektronischen Schlüssels stark ändert.

Elektronische Diodenschlüssel

Die einfachste Art elektronischer Schlüssel sind Diodenschalter. Der Schaltkreis des Diodenschalters, die statische Übertragungskennlinie, die Strom-Spannungs-Kennlinie und die Abhängigkeit des Differenzwiderstands von der Diodenspannung sind in der Abbildung dargestellt:

Das Funktionsprinzip eines elektronischen Diodenschalters basiert auf der Änderung des Werts des Differenzwiderstands einer Halbleiterdiode in der Nähe des Schwellenspannungswerts an der Diode Uthr. Abbildung „c“ zeigt die Strom-Spannungs-Kennlinie einer Halbleiterdiode, die den Wert von Uthr zeigt. Dieser Wert liegt am Schnittpunkt der Spannungsachse mit der Tangente an das aufsteigende Glied der Strom-Spannungs-Kennlinie.

Abbildung „d“ zeigt die Abhängigkeit des Differenzwiderstands von der Spannung an der Diode. Aus der Abbildung geht hervor, dass es in der Nähe der Schwellenspannung von 0,3 V zu einer starken Änderung des Differenzwiderstands der Diode mit Extremwerten von 900 und 35 Ohm kommt (Rmin = 35 Ohm, Rmax = 900 Ohm).

Im „Ein“-Zustand ist die Diode offen und Uout ≈ Uin.

Im „Aus“-Zustand ist die Diode geschlossen und Uout ≈ Uin · Rn / Rmax<

Um die Schaltzeit zu verkürzen, werden Dioden mit einer niedrigen Übergangskapazität in der Größenordnung von 0,5–2 pF verwendet, während gleichzeitig eine Ausschaltzeit in der Größenordnung von 0,5–0,05 μs bereitgestellt wird.

Diodenschalter ermöglichen keine elektrische Trennung der Steuer- und Regelkreise, was in praktischen Schaltungen oft erforderlich ist.

Transistorschalter

Die meisten Schaltkreise, die in Computern, Fernbedienungsgeräten, automatischen Steuerungssystemen usw. verwendet werden, basieren auf Transistorschaltern.

Die Schaltkreise des Bipolartransistors und die Strom-Spannungs-Kennlinien sind in der Abbildung dargestellt:

Der erste Zustand „aus“ (Transistor geschlossen) wird durch Punkt A1 auf der Ausgangskennlinie des Transistors bestimmt; es wird Cutoff-Modus genannt. Im Abschaltmodus ist der Basisstrom Ib = 0, der Kollektorstrom Ik1 gleich dem anfänglichen Kollektorstrom und die Kollektorspannung Uk = Uk1 ≈ Ek. Der Cutoff-Modus wird bei Uin = 0 oder bei negativen Basispotentialen implementiert. In diesem Zustand erreicht der Schalterwiderstand seinen Maximalwert: Rmax = , wobei RT der Widerstand des Transistors im geschlossenen Zustand ist, mehr als 1 MOhm.

Der zweite Zustand „Ein“ (der Transistor ist offen) wird durch Punkt A2 der Strom-Spannungs-Kennlinie bestimmt und wird als Sättigungsmodus bezeichnet. Vom Cutoff-Modus (A1) in den Sättigungsmodus (A2) wird der Transistor durch eine positive Eingangsspannung Uin geschaltet. In diesem Fall nimmt die Spannung Uout einen Minimalwert Uk2 = Uk.e.us in der Größenordnung von 0,2-1,0 V an, der Kollektorstrom Ik2 = Ik.us ≈ Ek / Rk. Der Basisstrom im Sättigungsmodus wird aus der Bedingung bestimmt: Ib > Ib.us = Ik.us / h21.

Die zum Schalten des Transistors in den offenen Zustand erforderliche Eingangsspannung wird aus der Bedingung U ermittelt in > Ib.us · Rb + Uk.e.us

Die gute Störfestigkeit und die geringe Verlustleistung im Transistor lassen sich dadurch erklären, dass der Transistor die meiste Zeit entweder gesättigt (A2) oder geschlossen (A1) ist und die Übergangszeit von einem Zustand in einen anderen nur einen kleinen Teil der Dauer ausmacht dieser Staaten. Die Schaltzeit von Schaltern an Bipolartransistoren wird durch die Barrierekapazitäten der pn-Übergänge und die Prozesse der Akkumulation und Resorption von Minoritätsladungsträgern in der Basis bestimmt.

Um die Geschwindigkeit und den Eingangswiderstand zu erhöhen, werden Feldeffekttransistorschalter verwendet.

Schaltkreise an Feldeffekttransistoren mit einem Steuer-pn-Übergang und einem induzierten Kanal mit gemeinsamer Source und gemeinsamem Drain sind in der Abbildung dargestellt:

Für jeden Schalter an einem Feldeffekttransistor Rn > 10-100 kOhm.

Das Steuersignal Uin am Gate beträgt etwa 10-15 V. Der Widerstand des Feldeffekttransistors im geschlossenen Zustand ist hoch, etwa 108 -109 Ohm.

Der Widerstand des Feldeffekttransistors im offenen Zustand kann 7-30 Ohm betragen. Der Widerstand des Feldeffekttransistors entlang des Steuerkreises kann 108 -109 Ohm betragen. (Stromkreise „a“ und „b“) und 1012 -1014 Ohm (Stromkreise „c“ und „d“).

Leistungshalbleiterbauelemente

Leistungshalbleiterbauelemente werden in der Energieelektronik eingesetzt, dem sich am schnellsten entwickelnden und vielversprechendsten Technologiebereich. Sie sind für die Steuerung von Strömen von mehreren zehn und Hunderten Ampere und Spannungen von mehreren zehn und Hunderten Volt ausgelegt.

Zu den Leistungshalbleiterbauelementen gehören Thyristoren (Dinistoren, Thyristoren, Triacs), Transistoren (Bipolar- und Feldeffekttransistoren) und statisch induzierte Bipolartransistoren (IGBT). Sie werden als elektronische Schlüssel verwendet, die elektronische Schaltkreise schalten. Sie versuchen, ihre Eigenschaften den Eigenschaften idealer Schlüssel anzunähern.

Hochleistungstransistoren ähneln hinsichtlich Funktionsprinzip, Eigenschaften und Parametern Low-Power-Transistoren, weisen jedoch bestimmte Merkmale auf.

Leistungs-Feldeffekttransistoren

Derzeit ist der Feldeffekttransistor eines der vielversprechendsten Leistungsgeräte. Die am häufigsten verwendeten Transistoren sind Transistoren mit isoliertem Gate und induziertem Kanal. Um den Widerstand des Kanals zu verringern, wird seine Länge verringert. Um den Drain-Strom zu erhöhen, werden im Transistor Hunderte und Tausende von Kanälen hergestellt und die Kanäle parallel geschaltet. Die Wahrscheinlichkeit einer Selbsterwärmung des Feldeffekttransistors ist gering, weil Der Kanalwiderstand steigt mit steigender Temperatur.

Leistungsfeldeffekttransistoren haben einen vertikalen Aufbau. Kanäle können sowohl vertikal als auch horizontal angeordnet sein.

DMOS-Transistor

Dieser im Doppeldiffusionsverfahren hergestellte MOS-Transistor verfügt über einen horizontalen Kanal. Die Abbildung zeigt ein Strukturelement, das einen Kanal enthält.

VMOS-Transistor

Dieser V-förmige MOS-Transistor hat einen vertikalen Kanal. Die Abbildung zeigt ein Strukturelement, das zwei Kanäle enthält.

Es ist leicht zu erkennen, dass die Strukturen eines VMOS-Transistors und eines DMIS-Transistors ähnlich sind.

IGBT-Transistor

IGBT ist ein Hybrid-Halbleiterbauelement. Es kombiniert zwei Methoden zur Steuerung des elektrischen Stroms, von denen eine typisch für Feldeffekttransistoren (Steuerung des elektrischen Feldes) und die zweite für bipolare Transistoren (Steuerung der Injektion elektrischer Träger) ist.

Typischerweise verwenden IGBTs eine MOS-Transistorstruktur mit induziertem Kanal vom n-Typ. Die Struktur dieses Transistors unterscheidet sich von der Struktur eines DMIS-Transistors durch eine zusätzliche Schicht aus p-Typ-Halbleiter.

Bitte beachten Sie, dass für IGBT-Elektroden häufig die Begriffe „Emitter“, „Kollektor“ und „Gate“ verwendet werden.

Durch das Hinzufügen einer p-Typ-Schicht entsteht eine zweite Bipolartransistorstruktur (pnp-Typ). Daher verfügt der IGBT über zwei bipolare Strukturen – den NPN-Typ und den PNP-Typ.

Der UGO- und der IGBT-Abschaltkreis sind in der Abbildung dargestellt:

Eine typische Art von Ausgangscharakteristik ist in der Abbildung dargestellt:

SIT-Transistor

SIT ist ein Feldeffekttransistor mit einem Steuer-pn-Übergang mit statischer Induktion. Es ist mehrkanalig und hat eine vertikale Struktur. Die schematische Darstellung des SIT und der Common-Source-Schaltung ist in der Abbildung dargestellt:

Die Bereiche eines p-Typ-Halbleiters haben die Form von Zylindern, deren Durchmesser einige Mikrometer oder mehr beträgt. Dieses Zylindersystem fungiert als Verschluss. Jeder Zylinder ist mit einer Gate-Elektrode verbunden (in Abbildung „a“ ist die Gate-Elektrode nicht dargestellt).

Die gestrichelten Linien geben die Bereiche der pn-Übergänge an. Die tatsächliche Anzahl der Kanäle kann Tausende betragen. Typischerweise wird SIT in Common-Source-Schaltungen verwendet.

Jedes der betrachteten Geräte hat seinen eigenen Anwendungsbereich. Thyristorschalter werden in Geräten verwendet, die bei niedrigen Frequenzen (Kilohertz und darunter) arbeiten. Der Hauptnachteil solcher Schlüssel ist ihre geringe Leistung.

Das Hauptanwendungsgebiet von Thyristoren sind Niederfrequenzgeräte mit hohen Schaltleistungen bis zu mehreren Megawatt, die keine hohen Leistungsanforderungen stellen.

Leistungsstarke Bipolartransistoren werden als Hochspannungsschalter in Geräten mit einer Schalt- bzw. Wandlungsfrequenz im Bereich von 10-100 kHz und einer Ausgangsleistung von einigen W bis zu mehreren kW eingesetzt. Der optimale Schaltspannungsbereich liegt zwischen 200 und 2000 V.

Feldeffekttransistoren (MOSFETs) werden als elektronische Schalter zum Schalten von Niederspannungs-Hochfrequenzgeräten verwendet. Die optimalen Werte der Schaltspannungen überschreiten nicht 200 V (Maximalwert bis 1000 V), während die Schaltfrequenz zwischen einigen kHz und 105 kHz liegen kann. Der Bereich der geschalteten Ströme liegt zwischen 1,5 und 100 A. Die positiven Eigenschaften dieses Geräts sind die Steuerbarkeit durch Spannung statt durch Strom und eine geringere Abhängigkeit von der Temperatur im Vergleich zu anderen Geräten.

Bipolartransistoren mit isoliertem Gate (IGBTs) werden bei Frequenzen unter 20 kHz (einige Gerätetypen werden bei Frequenzen über 100 kHz verwendet) mit Schaltleistungen über 1 kW verwendet. Die Schaltspannungen liegen nicht unter 300–400 V. Optimale Werte der Schaltspannungen liegen über 2000 V. IGBT und MOSFET benötigen eine Spannung von nicht mehr als 12–15 V, um eine vollständige Einschaltung zu ermöglichen Geräte. Sie zeichnen sich durch hohe Schaltgeschwindigkeiten aus.

Material zur Vorbereitung auf die Zertifizierung

Heutzutage ist es vielleicht schwierig, sich die moderne Welt ohne Transistoren vorzustellen; in fast allen elektronischen Geräten, von Radios und Fernsehern bis hin zu Autos, Telefonen und Computern, werden sie auf die eine oder andere Weise verwendet.

Es gibt zwei Arten von Transistoren: bipolar Und Feld. Bipolartransistoren werden durch Strom und nicht durch Spannung gesteuert. Es gibt Hochleistungs- und Niedrigleistungs-, Hochfrequenz- und Niederfrequenz-, pnp- und npn-Strukturen ... Transistoren gibt es in verschiedenen Gehäusen und in verschiedenen Größen, angefangen bei SMD-Chips (tatsächlich gibt es viel kleinere Chips) die für die Oberflächenmontage konzipiert sind und mit sehr leistungsstarken Transistoren enden. Basierend auf der Verlustleistung gibt es Transistoren mit geringer Leistung bis zu 100 mW, Transistoren mit mittlerer Leistung von 0,1 bis 1 W und Transistoren mit hoher Leistung über 1 W.

Wenn man von Transistoren spricht, meint man meist Bipolartransistoren. Bipolartransistoren bestehen aus Silizium oder Germanium. Sie werden bipolar genannt, weil ihre Arbeit auf der Verwendung sowohl von Elektronen als auch von Löchern als Ladungsträgern basiert. Transistoren in den Diagrammen werden wie folgt bezeichnet:

Einer der äußersten Bereiche der Transistorstruktur wird Emitter genannt. Der Zwischenbereich wird Basis genannt, der andere Extrembereich wird Kollektor genannt. Diese drei Elektroden bilden zwei pn-Übergänge: zwischen der Basis und dem Kollektor – der Kollektor, und zwischen der Basis und dem Emitter – der Emitter. Wie ein normaler Schalter kann ein Transistor zwei Zustände haben: „Ein“ und „Aus“. Dies bedeutet jedoch nicht, dass sie bewegliche oder mechanische Teile haben; sie schalten durch elektrische Signale von aus auf ein und wieder zurück.

Transistoren dienen der Verstärkung, Umwandlung und Erzeugung elektrischer Schwingungen. Die Funktionsweise eines Transistors lässt sich am Beispiel eines Sanitärsystems veranschaulichen. Stellen Sie sich einen Wasserhahn im Badezimmer vor, eine Elektrode des Transistors ist das Rohr vor dem Wasserhahn (Mischer), die andere (zweite) ist das Rohr nach dem Wasserhahn, wo das Wasser ausfließt, und die dritte Steuerelektrode ist der Wasserhahn, mit dem Wir werden das Wasser aufdrehen.
Man kann sich einen Transistor als zwei in Reihe geschaltete Dioden vorstellen. Bei NPN sind die Anoden miteinander verbunden, bei PNP sind die Kathoden miteinander verbunden.

Es gibt Transistoren vom PNP- und NPN-Typ, PNP-Transistoren werden durch eine Spannung negativer Polarität geöffnet, NPN - durch eine positive. Bei NPN-Transistoren sind die Hauptladungsträger Elektronen, bei PNP sind es Löcher, die weniger beweglich sind, NPN-Transistoren schalten daher schneller.

Uke = Kollektor-Emitter-Spannung
Ube = Basis-Emitter-Spannung
Ic = Kollektorstrom
Ib = Basisstrom

Abhängig von den Zuständen, in denen sich die Übergänge des Transistors befinden, werden seine Betriebsarten unterschieden. Da der Transistor zwei Übergänge (Emitter und Kollektor) hat und jeder von ihnen zwei Zustände haben kann: 1) offen, 2) geschlossen. Es gibt vier Betriebsarten des Transistors. Der Hauptmodus ist der aktive Modus, in dem sich der Kollektorübergang im geschlossenen Zustand und der Emitterübergang im offenen Zustand befindet. Im aktiven Modus arbeitende Transistoren werden in Verstärkerschaltungen verwendet. Zusätzlich zum aktiven Modus gibt es einen inversen Modus, bei dem der Emitterübergang geschlossen und der Kollektorübergang offen ist, einen Sättigungsmodus, bei dem beide Übergänge offen sind, und einen Cutoff-Modus, bei dem beide Übergänge geschlossen sind.

Wenn ein Transistor mit Hochfrequenzsignalen arbeitet, entspricht die Zeit des Auftretens der Hauptprozesse (die Zeit der Bewegung der Träger vom Emitter zum Kollektor) der Änderungsperiode des Eingangssignals. Infolgedessen nimmt die Fähigkeit des Transistors, elektrische Signale zu verstärken, mit zunehmender Frequenz ab.

Einige Parameter von Bipolartransistoren

Kollektor-Emitter mit konstanter/gepulster Spannung.
Konstante Kollektor-Basis-Spannung.
Konstantspannungsemitter - Basis.
Grenzfrequenz des Basisstromübertragungskoeffizienten
Konstanter/gepulster Kollektorstrom.
Aktueller Übertragungskoeffizient
Maximal zulässiger Strom
Eingangsimpedanz
Verlustleistung.
Temperatur des pn-Übergangs.
Umgebungstemperatur usw.

Grenzspannung Ukeo gr. ist die maximal zulässige Spannung zwischen Kollektor und Emitter, bei geöffnetem Basiskreis und dem Kollektorstrom. Die Spannung am Kollektor ist geringer als bei Ukeo gr. Charakteristisch für gepulste Betriebsarten des Transistors bei von Null verschiedenen Basisströmen und den entsprechenden Basisströmen (bei n-p-n-Transistoren ist der Basisstrom >0 und bei p-n-p umgekehrt, Ib<0).

Bipolartransistoren können Unijunction-Transistoren wie KT117 umfassen. Ein solcher Transistor ist ein Halbleiterbauelement mit drei Elektroden und einem pn-Übergang. Ein Unijunction-Transistor besteht aus zwei Basen und einem Emitter.

In letzter Zeit werden in Schaltkreisen häufig zusammengesetzte Transistoren verwendet, sie werden als Paar- oder Darlington-Transistoren bezeichnet, sie haben einen sehr hohen Stromübertragungskoeffizienten, sie bestehen aus zwei oder mehr Bipolartransistoren, aber auch fertige Transistoren werden in einem Gehäuse hergestellt. wie der TIP140. Sie werden mit einem gemeinsamen Kollektor eingeschaltet. Wenn Sie zwei Transistoren verbinden, funktionieren sie als einer. Die Verbindung ist in der folgenden Abbildung dargestellt. Durch die Verwendung des Lastwiderstands R1 können einige Eigenschaften des Verbundtransistors verbessert werden.

Einige Nachteile eines Verbundtransistors: geringe Leistung, insbesondere beim Übergang vom offenen in den geschlossenen Zustand. Der Durchlassspannungsabfall am Basis-Emitter-Übergang ist fast doppelt so hoch wie bei einem herkömmlichen Transistor. Natürlich benötigen Sie mehr Platz auf der Tafel.

Überprüfung von Bipolartransistoren

Da der Transistor aus zwei Übergängen besteht, von denen jeder eine Halbleiterdiode ist, können Sie den Transistor auf die gleiche Weise testen wie eine Diode. Der Transistor wird normalerweise mit einem Ohmmeter überprüft; es werden beide pn-Übergänge des Transistors überprüft: Kollektor – Basis und Emitter – Basis. Um den direkten Widerstand der pnp-Übergänge des Transistors zu überprüfen, wird der Minuspol des Ohmmeters mit der Basis und der Pluspol des Ohmmeters abwechselnd mit Kollektor und Emitter verbunden. Um den Sperrwiderstand der Verbindungsstellen zu prüfen, wird der Pluspol des Ohmmeters mit der Basis verbunden. Bei der Prüfung von n-p-n-Transistoren erfolgt die Verbindung umgekehrt: Der Durchlasswiderstand wird gemessen, wenn er an die Basis des Pluspols des Ohmmeters angeschlossen wird, und der Rückwärtswiderstand wird gemessen, wenn er an die Basis des Minuspols angeschlossen wird. Transistoren können auch mit einem Digitalmultimeter im Diodentestmodus getestet werden. Für NPN verbinden wir die rote „+“-Sonde des Geräts mit der Basis des Transistors und berühren abwechselnd mit der schwarzen „-“-Sonde den Kollektor und den Emitter. Das Gerät sollte einen gewissen Widerstand anzeigen, etwa zwischen 600 und 1200. Dann ändern wir die Polarität des Anschlusses der Sonden, in diesem Fall sollte das Gerät nichts anzeigen. Bei einer PNP-Struktur wird die Prüfreihenfolge umgekehrt.

Ich möchte ein paar Worte zu MOSFET-Transistoren (Metalloxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor) (Metalloxid-Halbleiter (MOS)) sagen – das sind Feldeffekttransistoren, nicht zu verwechseln mit gewöhnlichen Feldeffekttransistoren! Feldeffekttransistoren haben drei Anschlüsse: G – Gate, D – Drain, S – Source. Es gibt N-Kanal und P-Kanal; in der Bezeichnung dieser Transistoren gibt es eine Schottky-Diode, sie leitet Strom von Source zu Drain und begrenzt die Drain-Source-Spannung.

Sie werden hauptsächlich zum Schalten hoher Ströme verwendet; sie werden nicht wie Bipolartransistoren durch Strom gesteuert, sondern haben in der Regel einen sehr geringen offenen Kanalwiderstand, der nicht von der Spannung abhängt aktuell. MOSFET-Transistoren sind speziell für Schlüsselschaltungen konzipiert, man könnte sagen als Ersatz für ein Relais, können aber in manchen Fällen auch in leistungsstarken Niederfrequenzverstärkern verstärkt werden;

Die Vorteile dieser Transistoren sind wie folgt:
Minimale Steuerleistung und hohe Stromverstärkung
Bessere Eigenschaften, wie z. B. schnellere Schaltgeschwindigkeit.
Beständig gegen große Spannungsstöße.
Schaltungen, in denen solche Transistoren zum Einsatz kommen, sind meist einfacher.

Nachteile:
Sie sind teurer als Bipolartransistoren.
Sie haben Angst vor statischer Elektrizität.
Am häufigsten werden MOSFETs mit N-Kanal zum Schalten von Stromkreisen verwendet. Die Steuerspannung muss die 4-V-Schwelle überschreiten, im Allgemeinen werden 10-12 V benötigt, um den MOSFET zuverlässig einzuschalten. Die Steuerspannung ist die Spannung, die zwischen Gate und Source angelegt wird, um den MOSFET-Transistor einzuschalten.

Die Werte der meisten Transistorparameter hängen vom tatsächlichen Betriebsmodus und der Temperatur ab, und mit steigender Temperatur können sich die Transistorparameter ändern. Das Nachschlagewerk enthält in der Regel typische (gemittelte) Abhängigkeiten von Transistorparametern von Strom, Spannung, Temperatur, Frequenz usw.

Um einen zuverlässigen Betrieb von Transistoren zu gewährleisten, müssen Maßnahmen ergriffen werden, die langfristige elektrische Belastungen nahe dem maximal zulässigen Wert ausschließen. Beispielsweise lohnt es sich nicht, einen Transistor durch einen ähnlichen Transistor mit geringerer Leistung zu ersetzen. Dies gilt nicht nur für Leistung, sondern auch auf andere Parameter des Transistors. In einigen Fällen können Transistoren zur Leistungssteigerung parallel geschaltet werden, wobei Emitter an Emitter, Kollektor an Kollektor und Basis an Basis angeschlossen werden. Überlastungen können verschiedene Ursachen haben, beispielsweise durch Überspannung; zum Schutz vor Überspannung werden häufig Hochgeschwindigkeitsdioden eingesetzt.

Was die Erwärmung und Überhitzung von Transistoren betrifft, beeinflusst das Temperaturregime der Transistoren nicht nur den Wert der Parameter, sondern bestimmt auch die Zuverlässigkeit ihres Betriebs. Es ist darauf zu achten, dass der Transistor während des Betriebs nicht überhitzt; in den Endstufen von Verstärkern müssen Transistoren auf großen Strahlern platziert werden. Transistoren müssen nicht nur im Betrieb, sondern auch beim Löten vor Überhitzung geschützt werden. Beim Verzinnen und Löten sollten Maßnahmen getroffen werden, um eine Überhitzung des Transistors zu verhindern. Es empfiehlt sich, die Transistoren während des Lötens mit einer Pinzette festzuhalten, um sie vor Überhitzung zu schützen.