A "tranzisztor" szó a TRANSfer és az RESISTOR - ellenállás -átalakító szavakból áll. Az 1950 -es évek elején kicserélte a lámpákat. Ez egy háromvezetékes eszköz, amelyet az elektronikus áramkörök erősítésére és kapcsolására használnak. A "bipoláris" jelző (bipoláris csomópont tranzisztor) arra szolgál, hogy megkülönböztesse a mezőhatású tranzisztoroktól (FET). A bipoláris tranzisztor működési elve két p-n csomópont használata, gátréteget képezve, amely lehetővé teszi egy kis áram irányítását bOaktuálisabb. A bipoláris tranzisztor ellenőrzött ellenállásként és kapcsolóként is használható. Kétféle tranzisztor létezik: pnp és npn.
Tartalom:
- P-N átmenet
- PNP tranzisztor
- NPN tranzisztor
- Tranzisztoros kapcsolási áramkörök
- Közös kibocsátó
- Közös gyűjtő
- Közös alap
- Két fő működési mód
- Más típusú tranzisztorok
P-N átmenet
A germánium (Ge) és a szilícium (Si) félvezetők. Most elsősorban a szilíciumot használják. Si és Ge valenciája négy. Ezért ha ötértékű arzént (As) adunk a szilícium kristályrácsához, akkor „extra” elektronot kapunk, ha pedig háromértékű bórt (B) adunk hozzá, akkor üres helyet kapunk egy elektron számára. Az első esetben az egyik „donor” anyagról beszél, amely elektronokat ad, a második esetben egy „elfogadó” anyagról, amely elektronokat fogad el. Ezenkívül az első típusú anyagot N -nek (negatív), a másodikat pedig P -nek (pozitív) nevezik.
Ha P és N típusú anyagok kerülnek érintkezésbe, akkor áram keletkezik közöttük és egy dinamika egyensúly a kimerülési régióval, ahol a töltéshordozók koncentrációja - elektronok és üresedések („lyukak”) - kicsi. Ez a réteg egyoldalúan vezetőképes, és egy dióda nevű eszköz alapját képezi. Az anyagok közvetlen érintkezése nem hoz létre minőségi átmenetet; fúzióra (diffúzióra) vagy „bedugásra” van szükség az adalék ionok kristályába vákuumban.
PNP tranzisztor
Először készítettek egy bipoláris tranzisztort az indium cseppek germánium kristályba (n-típusú anyag) olvasztásával. Az indium (In) egy háromértékű fém, p-típusú anyag. Ezért az ilyen tranzisztorokat diffúznak (fúziónak) nevezték, p-n-p (vagy pnp) szerkezetűek. Az alábbi ábrán látható bipoláris tranzisztor 1965 -ben készült. Testét levágják az egyértelműség kedvéért.
A középső germániumkristályt bázisnak, a beleolvasztott indiumcseppeket emitternek és kollektornak nevezzük. Az átmeneteket EB (emitter) és KB (kollektor) tekintheti közönséges diódáknak, de az FE (kollektor-emitter) átmenet különleges tulajdonsággal rendelkezik. Ezért nem lehetséges bipoláris tranzisztor készítése két külön diódából.
Ha a (-) kollektor és az emitter (+) közötti pnp tranzisztorba több voltos feszültséget alkalmaznak, akkor az áramkörben nagyon gyenge, néhány μA áram folyik. Ha ezután kis (nyitó) feszültséget alkalmaz a germánium alapja ( -) és az emitter (+) között körülbelül 0,3 V (és szilícium esetén 0,6 V) - akkor egy bizonyos nagyságú áram folyik az emitterből a bázis. De mivel az alap nagyon vékony, gyorsan telítődik lyukakkal („elveszíti” az elektronfeleslegét, ami az emitterhez megy). Mivel az emitter erősen adalékolt lyukvezetéssel, és enyhén adalékolt bázisban, az elektronok rekombinációja kissé késik, majd jelentősen bOAz áram nagy része az emitterből a kollektorba kerül. A kollektor nagyobb, mint az emitter, és enyhén adalékolt, ami lehetővé teszi, hogy legyen bOnagyobb megszakítási feszültség (Umintákat. CE > Umintákat. EB). Továbbá, mivel a lyukak fő része a kollektorban újra egyesül, ez jobban felmelegszik, mint a készülék többi elektródája.
Van egy arány a kollektor és az emitter áram között:
Általában az α 0,85-0,999 tartományban van, és fordítva függ az alap vastagságától. Ezt az értéket emitter áramátviteli együtthatónak nevezzük. A gyakorlatban gyakrabban használják a reciprokot (ezt h -ként is jelöljük21e):
Ez az alapáramátviteli arány, a bipoláris tranzisztor egyik legfontosabb paramétere. A gyakorlatban gyakran meghatározza az erősítő tulajdonságokat.
A pnp tranzisztort előrevezető vezetőtranzisztornak nevezzük. De létezik egy másik típusú tranzisztor is, amelynek szerkezete tökéletesen kiegészíti a pnp -t az áramkörökben.
NPN tranzisztor
A bipoláris tranzisztor N-típusú anyagkibocsátó kollektorral rendelkezhet. Ezután az alap P-típusú anyagból készül. És ebben az esetben az npn tranzisztor pontosan úgy működik, mint a pnp tranzisztor, kivéve a polaritást - ez egy fordított vezetésű tranzisztor.
A szilícium-alapú tranzisztorok elnyomják az összes többi típusú bipoláris tranzisztort. A kollektor és az emitter donor anyaga lehet As, amely „extra” elektronnal rendelkezik. A tranzisztorok gyártásának technológiája is megváltozott. Most síkban vannak, ami lehetővé teszi a litográfia használatát és az integrált áramkörök készítését. Az alábbi képen egy sík bipoláris tranzisztor látható (nagy nagyítású integrált áramkör részeként). Mind a pnp, mind az npn tranzisztorokat, beleértve az erőseket is, sík technológiával gyártják. A raftingot már megszüntették.
Vágott sík bipoláris tranzisztor a következő képen (egyszerűsített ábra).
A képen látható, hogy a sík tranzisztor milyen jól van kialakítva - a kollektor hatékonyan hűti a kristályos szubsztrátumot. Egy sík pnp tranzisztor is készült.
A bipoláris tranzisztor grafikus szimbólumai az alábbi képen láthatók.
Ezek az UGO-k nemzetközi jellegűek, és a GOST 2.730-73 szerint is érvényesek.
Tranzisztoros kapcsolási áramkörök
Általában bipoláris tranzisztorokat mindig közvetlen kapcsolatban használnak - az FE csomópont fordított polaritása nem ad semmi érdekeset. A közvetlen csatlakoztatási diagramhoz három csatlakozási séma létezik: közös emitter (OE), közös kollektor (OK) és közös bázis (OB). Mindhárom zárvány az alábbiakban látható. Csak a működés elvét magyarázzák - ha feltételezzük, hogy a működési pont valamilyen módon, egy további áramforrás vagy egy segédáramkör segítségével létrejön. A szilícium tranzisztor (Si) megnyitásához szükséges, hogy az emitter és a bázis között ~ 0,6 V potenciál legyen, a germániumhoz pedig ~ 0,3 V elegendő.
Közös kibocsátó
Az U1 feszültség okozza az Ib áramot, az Ic kollektoráram egyenlő az alapárammal, szorozva β -val. Ebben az esetben a + E feszültségnek elég nagynak kell lennie: 5V-15V. Ez az áramkör jól erősíti az áramot és a feszültséget, tehát a teljesítményt. A kimeneti jel fázisban ellentétes a bemeneti jellel (invertált). Ezt a digitális technológiában NEM funkcióként használják.
Ha a tranzisztor nem kulcs üzemmódban működik, hanem kis jelek erősítőjeként (aktív vagy lineáris üzemmódban), akkor az alapáram kiválasztásával beállítja az U feszültséget2 egyenlő E / 2 -vel, hogy a kimenő jel ne torzuljon. Ezt az alkalmazást például audió jelek erősítésére használják csúcskategóriás erősítőkben, alacsony torzítással és ennek következtében alacsony hatékonysággal.
Közös gyűjtő
Feszültség szempontjából az OK áramkör nem erősödik, itt a nyereség α ~ 1. Ezért ezt az áramkört emitterkövetőnek nevezik. Az emitter áramkörben az áram β + 1 -szer nagyobb, mint az alapkörben. Ez az áramkör jól erősíti az áramot, alacsony kimenettel és nagyon magas bemeneti impedanciával rendelkezik. (Ideje emlékezni arra, hogy a tranzisztorokat ellenállás transzformátoroknak nevezik.)
Az emitterkövető tulajdonságai és teljesítményjellemzői nagyon alkalmasak az oszcilloszkóp szondákhoz. Hatalmas bemeneti impedanciáját és alacsony kimeneti impedanciáját használja, ami jó az alacsony impedanciájú kábellel való illesztéshez.
Közös alap
Ennek az áramkörnek a legkisebb a bemeneti impedanciája, de az áramerősítése α. A közös bázisáramkör jól erősít feszültségben, de nem teljesítményben. Jellemzője a kapacitás -visszacsatolás hatásának kiküszöbölése (eff. Molnár). Az OB fokozatok ideálisak az erősítők bemeneti szakaszaihoz az RF útvonalakon, alacsony és 50 ohmos impedanciákkal.
A közös bázissal rendelkező kaszkádokat nagyon széles körben használják a mikrohullámú technológiában, és alkalmazásuk a rádióelektronikában emitterkövető kaszkáddal nagyon gyakori.
Két fő működési mód
A működési módok megkülönböztetése "kicsi" és "nagy" jel használatával. Az első esetben a bipoláris tranzisztor jellemzőinek kis részén működik, és ezt használják az analóg technológiában. Ilyen esetekben fontos a jelek lineáris erősítése és az alacsony zajszint. Ez egy lineáris mód.
A második esetben (kulcs mód) a bipoláris tranzisztor a teljes tartományban működik - a telítettségtől a levágásig, mint egy kulcs. Ez azt jelenti, hogy ha megnézzük a p-n csomópont I-V karakterisztikáját, akkor egy kis fordított irányt kell alkalmazni az alap és az emitter között, hogy teljesen blokkolja a tranzisztort feszültség, és a teljes nyitáshoz, amikor a tranzisztor telítési módba lép, kissé növelje az alapáramot a kis jelhez képest mód. Ezután a tranzisztor úgy működik, mint egy impulzuskapcsoló. Ezt a módot kapcsolókban és tápegységekben használják, tápegységek kapcsolására használják. Ilyenkor a tranzisztorok rövid kapcsolási idejét próbálják elérni.
A digitális logikát a „nagy” és „kicsi” jelek közötti köztes helyzet jellemzi. Az alacsony logikai szint a tápfeszültség 10% -ára, a magas logikai szint pedig 90% -ra korlátozódik. Az időkésleltetés és a váltás általában a határértékre csökken. Ez a működési mód kulcsfontosságú, de a teljesítményt itt minimálisra kell csökkenteni. Bármely logikai elem kulcs.
Más típusú tranzisztorok
A már leírt fő tranzisztorok nem korlátozzák a kialakításukat. Kompozit tranzisztorokat állítanak elő (Darlington -áramkör). Βjuk nagyon nagy, és egyenlő mindkét tranzisztor együtthatójának szorzatával, ezért „szuperbéta” tranzisztoroknak is nevezik őket.
Az elektrotechnika már elsajátította a szigetelt kapu bipoláris tranzisztor (IGBT), szigetelt kapuval. A térhatású tranzisztor kapuja valóban el van szigetelve a csatornájától. Igaz, a bemeneti kapacitás újratöltéséről van szó kapcsolás közben, tehát itt sem nélkülözheti az áramot.
Az ilyen tranzisztorokat nagy teljesítményű kapcsolókban használják: impulzusváltók, inverterek stb. A bemeneten az IGBT-k nagyon érzékenyek, a mezőhatású tranzisztorok kapuinak nagy ellenállása miatt. Kifelé menet - lehetővé teszik hatalmas áramok fogadását, és nagyfeszültségre gyárthatók. Például az Egyesült Államokban van egy új naperőmű, ahol az ilyen tranzisztorokat egy hídáramkörben nagy teljesítményű transzformátorokra terhelik, amelyek energiát adnak az ipari hálózatnak.
Összefoglalva, megjegyezzük, hogy a tranzisztorok, egyszerűen fogalmazva, az összes modern elektronika "munkalova". Mindenhol használják: az elektromos mozdonyoktól a mobiltelefonokig. Bármely modern számítógép gyakorlatilag minden tranzisztorból áll. A tranzisztoros működés fizikai alapjai jól ismertek, és még sok új fejlesztést ígérnek.
Kapcsolódó anyagok:
- Mi a dióda híd - egyszerű magyarázat
- Mi az ellenállás és mire való egy elektromos áramkörben?
- Mire való és mit mér a tranzisztoros tesztelő?
