Jak vyrobit tranzistor doma. Kognitivní experimenty s tranzistory. Výroba tranzistorů planární technologií

Počet aplikací pro zařízení zvaná solární panely se každým dnem zvyšuje. Stále více se používají ve vojenském kosmickém průmyslu, průmyslu, zemědělství a v každodenním životě. Navzdory skutečnosti, že je stále snazší koupit takovou baterii za rozumnou cenu, je zajímavé si ji vyrobit sami.

Tento článek poskytuje praktické rady, jak vyrobit DIY solární baterii, kterou lze použít jako zdroj proudu pro nízkoenergetické amatérské radiostanice.

Podomácku vyrobená solární baterie z diod nebo tranzistorů je zařízení zajímavé nejen z pohledu praktické aplikace, ale také pro pochopení principu jeho fungování. Navíc pro jeho výrobu je lepší používat polovodičová zařízení vyrobená před 30-40 lety.

Jak funguje solární baterie?

Solární baterie jako zařízení, které přeměňuje světelnou energii na elektrickou energii, je známo již dlouhou dobu. Její práce je založena na fenoménu vnitřního fotoelektrického jevu v p-n přechodu. Vnitřní fotoelektrický jev - jev, kdy se v polovodiči objeví další proudové nosiče (elektrony nebo díry), když je světlo absorbováno.

Elektrony a díry jsou odděleny p-n přechodem, takže elektrony jsou koncentrovány v n-oblasti a díry v p-oblasti, v důsledku toho mezi těmito oblastmi vzniká EMF. Pokud k nim připojíte externí zátěž, pak když svítí p-n přechod, objeví se v něm proud. Sluneční energie se přeměňuje na elektrickou energii.

EMF a proudová síla v takovém polovodiči je určena následujícími faktory:

• polovodičový materiál (germanium, křemík atd.);
• povrchová plocha p-n přechod;
• osvětlení tohoto přechodu.

Proud generovaný jedním prvkem je velmi malý a aby bylo dosaženo požadovaného výsledku, musí být moduly sestaveny z velkého množství takových prvků. Takový proudový zdroj se nebojí krátkých poznámek, protože velikost jím generovaného proudu je omezena na nějakou maximální hodnotu - obvykle několik miliampérů.

Domácí solární baterie z polovodičových diod nebo tranzistorů

P-n přechody nutné k vytvoření solární baterie se nacházejí jak v polovodičových diodách, tak v tranzistorech. Dioda má 1 p-n přechod a tranzistor má 2 takové přechody - mezi bází a kolektorem, mezi bází a emitorem. Možnost použití polovodičového zařízení v této kapacitě je dána 2 podmínkami:

• musí být možné otevřít přechod p-n;
• oblast přechodu p-n by měla být dostatečně velká.

Domácí tranzistorová solární baterie

Druhá podmínka je obvykle splněna u vysoce výkonných přechodových tranzistorů. Křemíkový n-p-n tranzistor KT801 (a) je zajímavý tím, že jde snadno otevřít přechod. Kryt stačí zmáčknout kleštěmi a opatrně sejmout. U výkonných germaniových tranzistorů P210-P217 (b) je třeba opatrně odříznout kryt podél linie AA a odstranit jej.

Připravené tranzistory by měly být před použitím jako solární články zkontrolovány. K tomu můžete použít běžný multimetr. Přepnutím zařízení do režimu měření proudu (limit je několik miliampérů) jej zapněte mezi bází a kolektorem nebo emitorem tranzistoru, jehož přechod je dobře osvětlen. Zařízení by mělo vykazovat malý proud - obvykle zlomky miliampéru, méně často o něco více než 1 mA. Přepnutím multimetru do režimu měření napětí (limit 1-3 V) bychom měli získat hodnotu výstupního napětí v řádu několika desetin voltu. Je žádoucí je roztřídit do skupin s podobnými hodnotami výstupních napětí.

Pro zvýšení výstupního proudu a provozního napětí se používá smíšené zapojení prvků. V rámci skupin jsou paralelně zapojeny prvky s podobným výstupním napětím. Celkový výstupní proud skupiny je roven součtu proudů jednotlivých prvků. Skupiny jsou vzájemně propojeny postupně. Jejich výstupní napětí se sčítá. U tranzistorů se strukturou n-p-n bude polarita výstupního napětí opačná.

Pro sestavení zdroje proudu je lepší vyvinout obvodovou desku vyrobenou z fóliového skelného vlákna. Po zapájení prvků je lepší umístit desku do pouzdra vhodných velikostí a uzavřít ji nahoře plexiskelnou deskou. Proudový zdroj několika desítek tranzistorů generuje napětí několika voltů při výstupním proudu několika miliampérů. Lze jej použít k dobíjení nízkoenergetických baterií, k napájení nízkoenergetického rádia a dalších nízkoenergetických elektronických zařízení.

Domácí diodová solární baterie

Lze jej vyrobit ručně a solární baterií na diodách. Jako příklad popisujeme výrobu baterií na planárních křemíkových diodách KD202. . Místo toho můžete použít jiné polovodičové usměrňovače: D242, D237, D226 atd.

Chcete-li otevřít p-n přechod diody KD202, musíte provést následující operace:

1. Uchopte diodu ve svěráku za přírubu, odřízněte a poté opatrně narovnejte anodový vývod, abyste později mohli snadno uvolnit měděný drát připájený k p-n přechodu.
2. Po připevnění nože nebo jiného ostrého předmětu ke svařovanému spoji lehkými údery, otáčením diody ve svěráku, oddělte ochrannou přírubu.

Přibližně stejným způsobem můžete oddělit ochrannou přírubu a další diody.

V solární baterii jsou připravené diody, stejně jako tranzistory ve výše uvedeném obvodu, zapojeny smíšeně. V každé skupině jsou prvky také zapojeny paralelně: na jedné straně jsou vzájemně spojeny anody diod a na druhé straně katody. Prvky můžete vybírat podle skupin stejným způsobem jako tranzistory. Čím více jednotlivých prvků v takovém zdroji proudu, tím větší je jeho výkon.

Proudový zdroj 5 skupin po 10 diodách generuje napětí asi 2,5 V při proudu 20-25 mA. Pro výrobu domácího zdroje proudu je přípustné použít usměrňovací diody s nízkým výkonem typu D223. Jsou pohodlné v tom, že je pro ně snadné otevřít přechod p-n pro světlo. K tomu je stačí držet je nějakou dobu v acetonu, po kterém se ochranná barva snadno vyčistí ze skleněného pouzdra.

Nezapomeňte, že při práci s polovodičovými zařízeními byste neměli zapomínat, že při přehřátí snadno selžou. Pro pájení použijte pájku s nízkou teplotou tavení a páječku s nízkým výkonem, snažte se místo pájení příliš dlouho nezahřívat.

Je snadné vidět, že výroba a montáž domácí polovodičové solární baterie není pro člověka obeznámeného se základy navrhování elektronických zařízení příliš obtížným úkolem. Zkuste to - uspějete!

Elektronika nás obklopuje všude. Téměř nikdo se ale nezamýšlí nad tím, jak to celé funguje. Ve skutečnosti je vše docela jednoduché. To se dnes pokusíme ukázat. A začněme s tak důležitým prvkem, jako je tranzistor. Řekneme vám, co to je, co dělá a jak funguje tranzistor.

Co je to tranzistor?

Tranzistor- polovodičové zařízení určené k řízení elektrického proudu.

Kde se používají tranzistory? Ano, všude! Téměř žádný moderní elektrický obvod se neobejde bez tranzistorů. Jsou široce používány při výrobě výpočetní techniky, audio a video zařízení.

Časy, kdy Sovětské mikroobvody byly největší na světě, prošly a velikost moderních tranzistorů je velmi malá. Takže nejmenší z přístrojů má velikost řádově nanometr!

Řídicí panel nano označuje velikost řádově deset až mínus devátá mocnina.

Existují však obří exempláře, které se používají především v oblastech energetiky a průmyslu.

Existují různé typy tranzistorů: bipolární a polární, přímé a reverzní vedení. Provoz těchto zařízení je však založen na stejném principu. Tranzistor je polovodičová součástka. Jak je známo, nosiče náboje v polovodiči jsou elektrony nebo díry.

Oblast s přebytkem elektronů je označena písmenem n(negativní) a oblast s vodivostí otvoru p(pozitivní).

Jak funguje tranzistor?

Aby bylo vše velmi jasné, zvažte práci bipolární tranzistor (nejoblíbenější typ).

(dále jen tranzistor) je polovodičový krystal (nejčastěji používaný křemík nebo germanium), rozdělené do tří zón s různou elektrickou vodivostí. Podle toho jsou zóny pojmenovány kolektor, základna A emitor. Tranzistorové zařízení a jeho schematické znázornění je znázorněno na obrázku níže.

Samostatné tranzistory s přímou a zpětnou vodivostí. Tranzistory P-n-p se nazývají propustné tranzistory a tranzistory n-p-n se nazývají reverzní.

Nyní o tom, jaké jsou dva režimy provozu tranzistorů. Samotná činnost tranzistoru je podobná činnosti vodovodního kohoutku nebo ventilu. Pouze místo vody - elektrický proud. Jsou možné dva stavy tranzistoru - pracovní (tranzistor otevřen) a klidový stav (tranzistor uzavřen).

Co to znamená? Když je tranzistor zavřený, neprotéká jím žádný proud. V otevřeném stavu, kdy je do báze přiveden malý řídicí proud, se tranzistor otevře a emitorem-kolektorem začne protékat velký proud.

Fyzikální procesy v tranzistoru

A nyní více o tom, proč se vše děje tímto způsobem, tedy proč se tranzistor otevírá a zavírá. Vezměme si bipolární tranzistor. Nech to být n-p-n tranzistor.

Pokud připojíte napájecí zdroj mezi kolektor a emitor, elektrony kolektoru se začnou přitahovat ke kladnému pólu, ale mezi kolektorem a emitorem nebude proud. Tomu brání základní vrstva a samotná vrstva emitoru.

Pokud je však mezi bázi a emitor zapojen další zdroj, začnou elektrony z oblasti n emitoru pronikat do oblasti bází. V důsledku toho bude oblast báze obohacena o volné elektrony, z nichž některé budou rekombinovat s dírami, některé budou proudit do plusu báze a některé (většina) půjde do kolektoru.

Tranzistor se tedy otevře a protéká v něm proud emitor-kolektor. Pokud se základní napětí zvýší, zvýší se také proud kolektor-emitor. Navíc při malé změně řídicího napětí je pozorováno výrazné zvýšení proudu kolektorem-emitorem. Právě na tomto efektu je založen provoz tranzistorů v zesilovačích.

To je celý smysl toho, jak tranzistory v kostce fungují. Potřebujete přes noc navrhnout výkonový zesilovač s bipolárním tranzistorem nebo provést nějakou laboratorní práci pro studium činnosti tranzistoru? To není problém ani pro začátečníka, pokud využijete pomoci našich specialistů studentského servisu.

Neváhejte a vyhledejte odbornou pomoc s důležitými záležitostmi, jako je studium! A teď, když už máte představu o tranzistorech, zveme vás k odpočinku a sledování videa skupiny Korn „Twisted transistor“! Například se rozhodnete koupit cvičnou zprávu, obraťte se na Korespondenci.

Princip polovodičového řízení elektrického proudu byl znám již na počátku 20. století. Navzdory skutečnosti, že inženýři pracující v oblasti radioelektroniky věděli, jak tranzistor funguje, pokračovali v navrhování zařízení na bázi elektronek. Důvodem takové nedůvěry k polovodičovým triodám byla nedokonalost tranzistorů prvního bodu. Rodina germaniových tranzistorů se nelišila stabilitou svých charakteristik a byla vysoce závislá na teplotních podmínkách.

Vážnou konkurenci elektronkám dělaly monolitické křemíkové tranzistory až na konci 50. let. Od té doby se elektronický průmysl začal rychle rozvíjet a kompaktní polovodičové triody aktivně nahradily energeticky náročné lampy z obvodů elektronických zařízení. S příchodem integrovaných obvodů, kde počet tranzistorů může dosáhnout miliard, získala polovodičová elektronika přesvědčivé vítězství v boji za miniaturizaci zařízení.

Co je to tranzistor?

V moderním smyslu se tranzistor nazývá polovodičový rádiový prvek určený ke změně parametrů elektrického proudu a jeho ovládání. Konvenční polovodičová trioda má tři výstupy: základnu, na kterou jsou přiváděny řídicí signály, emitor a kolektor. Existují také vysoce výkonné kompozitní tranzistory.

Nápadná je velikostní škála polovodičových součástek – od několika nanometrů (nezabalené prvky používané v mikroobvodech) až po centimetry v průměru výkonných tranzistorů určených pro elektrárny a průmyslová zařízení. Zpětná napětí průmyslových triod mohou dosáhnout až 1000 V.

přístroj

Konstrukčně se trioda skládá z polovodičových vrstev uzavřených v pouzdře. Polovodiče jsou materiály na bázi křemíku, germania, arsenidu galia a dalších chemických prvků. Dnes se provádí výzkum, který připravuje některé typy polymerů, a dokonce i uhlíkové nanotrubice, pro roli polovodičových materiálů. Zřejmě se v blízké budoucnosti dozvíme o nových vlastnostech grafenových tranzistorů s efektem pole.

Dříve byly polovodičové krystaly umístěny v kovových pouzdrech ve formě klobouků se třemi nohami. Tato konstrukce byla typická pro bodové tranzistory.

Dnes jsou návrhy většiny plochých, včetně křemíkových, polovodičových součástek vyráběny na bázi jednoho krystalu dopovaného v určitých částech. Lisují se do plastových, sklo-kovových nebo keramicko-kovových pouzder. Některé z nich mají vyčnívající kovové desky pro odvod tepla, které jsou namontovány na radiátorech.

Elektrody moderních tranzistorů jsou uspořádány v jedné řadě. Toto uspořádání nohou je vhodné pro automatickou montáž desky. Svorky nejsou na krytech označeny. Typ elektrody je určen referenčními knihami nebo měřením.

Pro tranzistory se používají polovodičové krystaly s různou strukturou, např. p-n-p nebo n-p-n. Liší se polaritou napětí na elektrodách.

Schematicky lze strukturu tranzistoru znázornit jako dvě polovodičové diody oddělené další vrstvou. (Viz obrázek 1). Právě přítomnost této vrstvy umožňuje řídit vodivost polovodičové triody.

Rýže. 1. Struktura tranzistorů

Obrázek 1 schematicky znázorňuje strukturu bipolárních triod. Existuje další třída tranzistorů s efektem pole, o kterých bude pojednáno níže.

Základní princip činnosti

V klidu neprotéká mezi kolektorem a emitorem bipolární triody žádný proud. Odpor přechodu emitoru, který vzniká v důsledku interakce vrstev, brání elektrickému proudu. Pro zapnutí tranzistoru je nutné přivést na jeho bázi mírné napětí.

Obrázek 2 ukazuje schéma vysvětlující, jak trioda funguje.

Ovládáním základních proudů můžete zařízení zapínat a vypínat. Pokud je na základnu přiveden analogový signál, změní se amplituda výstupních proudů. V tomto případě bude výstupní signál přesně opakovat kmitání na základní elektrodě. Jinými slovy, dojde k zesílení elektrického signálu přijatého na vstupu.

Polovodičové triody tedy mohou pracovat v režimu elektronických klíčů nebo v režimu zesilování vstupních signálů.

Činnost zařízení v režimu elektronického klíče lze pochopit z obrázku 3.

Označení na schématech

Běžný zápis: "VT" nebo "Q" následuje poziční index. Například VT 3. V dřívějších diagramech lze nalézt zastaralá označení: „T“, „PP“ nebo „PT“. Tranzistor je znázorněn jako symbolické čáry označující odpovídající elektrody, zakroužkované nebo ne. Směr proudu v emitoru je označen šipkou.

Obrázek 4 ukazuje obvod ULF, ve kterém jsou tranzistory označeny novým způsobem, a obrázek 5 ukazuje schematická znázornění různých typů tranzistorů s efektem pole.

Rýže. 4. Příklad ULF obvodu na triodách

Typy tranzistorů

Podle principu činnosti a struktury se rozlišují polovodičové triody:

• pole;
• bipolární;
• kombinovaný.

Tyto tranzistory plní stejné funkce, ale existují rozdíly v principu jejich činnosti.

pole

Tento typ triody se také nazývá unipolární kvůli elektrickým vlastnostem - mají proud pouze jedné polarity. Podle struktury a typu ovládání jsou tato zařízení rozdělena do 3 typů:

1. Tranzistory s řídicím p-n přechodem (obr. 6).
2. S izolovanou bránou (jsou s vestavěným nebo s indukovaným kanálem).
3. MDP, se strukturou: kov-dielektrikum-vodič.

Charakteristickým rysem izolované brány je přítomnost dielektrika mezi ní a kanálem.

Díly jsou velmi citlivé na statickou elektřinu.

Obvody polní triody jsou znázorněny na obrázku 5.

Věnujte pozornost názvu elektrod: odtok, zdroj a brána.

FETy spotřebují velmi málo energie. Na malou baterii nebo akumulátor vydrží i přes rok. Proto našly široké uplatnění v moderních elektronických zařízeních, jako jsou dálkové ovladače, mobilní gadgety atd.

Bipolární

O tomto typu tranzistoru bylo již mnoho řečeno v podkapitole „Základní princip činnosti“. Všimli jsme si pouze toho, že zařízení dostalo název „Bipolární“ kvůli schopnosti přenášet náboje opačných znamének jedním kanálem. Jejich vlastností je nízká výstupní impedance.

Tranzistory zesilují signály a fungují jako spínací zařízení. Do kolektorového okruhu lze zařadit dostatečně výkonnou zátěž. Díky velkému kolektorovému proudu lze snížit zátěžový odpor.

Níže se budeme podrobněji zabývat strukturou a principem fungování.

Kombinovaný

Aby bylo dosaženo určitých elektrických parametrů z použití jednoho diskrétního prvku, vynalezli vývojáři tranzistorů kombinované konstrukce. Mezi ně patří:

• s vestavěnými odpory a jejich obvodem;
• kombinace dvou triod (stejné nebo různé struktury) v jednom případě;
• lambda diody - kombinace dvou polních triod tvořících sekci se záporným odporem;
• konstrukce, ve kterých trioda s izolovaným hradlovým polem řídí bipolární triodu (používá se k ovládání elektromotorů).

Kombinované tranzistory jsou ve skutečnosti elementární mikroobvod v jednom pouzdru.

Jak funguje bipolární tranzistor? Pokyny pro figuríny

Činnost bipolárních tranzistorů je založena na vlastnostech polovodičů a jejich kombinací. Pro pochopení principu činnosti triod se budeme zabývat chováním polovodičů v elektrických obvodech.

Polovodiče.

Některé krystaly, jako je křemík, germanium atd., jsou dielektrika. Mají ale jednu vlastnost – pokud přidáte určité nečistoty, stanou se z nich vodiče se speciálními vlastnostmi.

Některé přísady (donory) vedou ke vzniku volných elektronů, zatímco jiné (akceptory) tvoří „díry“.

Pokud je např. křemík dopován fosforem (donor), pak získáme polovodič s přebytkem elektronů (struktura n-Si). Po přidání boru (akceptoru) se dopovaný křemík stane děrově vodivým polovodičem (p-Si), to znamená, že v jeho struktuře budou převládat kladně nabité ionty.

Jednosměrné vedení.

Proveďme myšlenkový experiment: zapojme dva heterogenní polovodiče ke zdroji energie a přiveďte proud do našeho návrhu. Stane se něco nečekaného. Pokud záporný vodič připojíte ke krystalu typu n, obvod se uzavře. Když však přepólujeme, v obvodu nebude žádná elektřina. Proč se tohle děje?

V důsledku spojení krystalů s různými typy vodivosti mezi nimi vzniká oblast s p-n přechodem. Část elektronů (nosičů náboje) z krystalu typu n bude proudit do krystalu s děrovou vodivostí a rekombinovat díry v kontaktní zóně.

V důsledku toho vznikají nekompenzované náboje: v oblasti typu n - od záporných iontů a v oblasti typu p od kladných. Rozdíl potenciálů dosahuje hodnoty 0,3 až 0,6 V.

Vztah mezi napětím a koncentrací nečistot lze vyjádřit vzorcem:

φ= V T*ln( N n* Np)/n 2 i , kde

V T – hodnota termodynamického napětí, N n A Np – koncentrace elektronů, respektive děr, a n i označuje vnitřní koncentraci.

Při připojení plusu k p-vodiči a mínusu k polovodiči typu n elektrické náboje překoná bariéru, protože jejich pohyb bude namířen proti elektrickému poli uvnitř p-n přechodu. V tomto případě je přechod otevřený. Ale pokud jsou póly obráceny, přechod bude uzavřen. Z toho plyne závěr: p-n přechod tvoří jednosměrné vedení. Tato vlastnost se využívá při návrhu diod.

Od diody k tranzistoru.

Pokusme se zkomplikovat. Přidejme ještě jednu vrstvu mezi dva polovodiče se stejnými strukturami. Například mezi křemíkové destičky typu p vložíme vodivou vrstvu (n-Si). Není těžké odhadnout, co se bude dít v kontaktních zónách. Analogicky s výše popsaným procesem se vytvářejí oblasti s p-n přechody, které blokují pohyb elektrických nábojů mezi emitorem a kolektorem bez ohledu na polaritu proudu.

Nejzajímavější se stane, když na mezivrstvu (základnu) přivedeme mírné napětí. V našem případě aplikujeme proud se záporným znaménkem. Stejně jako v případě diody je vytvořen obvod emitor-báze, kterým bude protékat proud. Současně se vrstva začne nasycovat otvory, což povede k vedení otvorů mezi emitorem a kolektorem.

Podívejte se na obrázek 7. Ukazuje, že kladné ionty zaplnily celý prostor našeho podmíněného návrhu a nyní nic neruší vedení proudu. Získali jsme vizuální model p-n-p bipolárního tranzistoru.

Při odbuzení báze se tranzistor velmi rychle vrátí do původního stavu a uzavře se kolektorový přechod.

Zařízení může také pracovat v režimu zesílení.

Kolektorový proud je přímo úměrný proudu báze. : jáNa= ß* jáB , Kde ß – aktuální zisk, jáB – základní proud.

Pokud změníte hodnotu řídicího proudu, změní se intenzita tvorby děr na základně, což bude mít za následek proporcionální změnu amplitudy výstupního napětí při zachování frekvence signálu. Tento princip se používá k zesílení signálů.

Přivedením slabých impulsů na bázi získáme na výstupu stejnou frekvenci zesílení, ale s mnohem větší amplitudou (nastavenou napětím přivedeným na obvod kolektor-emitor).

NPN tranzistory fungují podobným způsobem. Mění se pouze polarita napětí. Zařízení se strukturou n-p-n mají přímou vodivost. Tranzistory typu P-n-p mají obrácenou vodivost.

Zbývá dodat, že polovodičový krystal reaguje podobně jako ultrafialové spektrum světla. Zapínáním a vypínáním fotonového toku nebo úpravou jeho intenzity lze ovládat činnost triody nebo měnit odpor polovodičového rezistoru.

Spínací obvody bipolárních tranzistorů

Technici obvodů používají tato schémata zapojení: se společnou bází, společnými emitorovými elektrodami a zapínání se společným kolektorem (obr. 8).

Pro zesilovače se společnou základnou je typické:

• nízká vstupní impedance, která nepřesahuje 100 ohmů;
• dobré teplotní vlastnosti a frekvenční charakteristiky triody;
• vysoké povolené napětí;
• vyžaduje dva různé zdroje napájení.

Obvody společných emitorů mají:

• vysoké proudové a napěťové zisky;
• nízký výkonový zisk;
• inverze výstupního napětí vzhledem ke vstupu.

Při tomto zapojení stačí jeden napájecí zdroj.

Schéma připojení podle principu "společného kolektoru" poskytuje:

• vysoká vstupní a nízká výstupní impedance;
• nízkonapěťový zisk (< 1).

Jak funguje tranzistor s efektem pole? Vysvětlení pro figuríny

Struktura tranzistoru s efektem pole se od bipolárního liší tím, že proud v něm neprochází zónami p-n přechodu. Nálože se pohybují po nastavitelné oblasti zvané brána. Šířka pásma brány je regulována napětím.

Prostor zóny p-n se působením elektrického pole zmenšuje nebo zvětšuje (viz obr. 9). V souladu s tím se mění počet volných nosičů náboje - od úplného zničení až po konečné nasycení. V důsledku takového dopadu na bránu se reguluje proud na drenážních elektrodách (kontaktech, které vydávají zpracovaný proud). Vstupní proud protéká přes kontakty zdroje.

Na podobném principu pracují polní triody s vestavěným a indukovaným kanálem. Jejich schémata jste viděli na obrázku 5.

FET spínací obvody

V praxi se schémata zapojení používají analogicky s bipolární triodou:

• se společným zdrojem - dává velké zesílení proudu a výkonu;
• obvody se společným hradlem poskytující nízkou vstupní impedanci a nízký zisk (s omezeným použitím);
• obvody se společným odběrem, které fungují stejným způsobem jako obvody se společným emitorem.

Obrázek 10 ukazuje různá schémata zapojení.

Téměř každý obvod je schopen pracovat při velmi nízkém vstupním napětí.

Video vysvětlující jednoduchým způsobem princip činnosti tranzistoru

Poté, co jsme začali studovat bipolární tranzistory, mnoho zpráv o nich začalo přicházet do osobních zpráv. Nejčastější dotazy jsou něco takového:

Pokud se tranzistor skládá ze dvou diod, tak proč nepoužít dvě diody a neudělat z nich jednoduchý tranzistor?

Proč teče elektrický proud z kolektoru do emitoru (nebo naopak), pokud se tranzistor skládá ze dvou diod, které jsou spojeny buď katodami nebo anodou? Proud totiž poteče jen diodou zapojenou v propustném směru, jinou přece nemůže, že?

Ale pravda je vaše ... Všechno je logické ... Ale něco se mi zdá, že je někde háček ;-). A zde je toto „zvýraznění“, o kterém budeme v tomto článku uvažovat ...

Struktura tranzistoru

Jak si tedy všichni pamatujete z předchozích článků, jakýkoli bipolární tranzistor se řekněme skládá ze dvou diod. Pro

ekvivalentní obvod vypadá takto:

A pro NPN tranzistor

něco takového:

A co být moudrý? Udělejme jednoduchý experiment!

Všichni máme svůj oblíbený sovětský tranzistor KT815B. Je to NPN křemíkový vodivostní tranzistor:

Sestavení jednoduchého schématu OE (O Všeobecné E mitter) k demonstraci některých jeho vlastností. Tuto zkušenost jsem ukázal v předchozích článcích. Ale jak se říká, opakování je matka učení.

K demonstraci zkušeností potřebujeme nízkoenergetickou žárovku a několik napájecích zdrojů. Dát to všechno dohromady takto:

Kde jsme Bat1- jedná se o napájení, které zapínáme mezi základnou a emitorem a Netopýr2- zdroj, který zapínáme mezi kolektor a emitor a navíc sériově drží další žárovka.

Všechno to vypadá takto:

Jelikož žárovka běžně svítí při napětí 5V, nastavil jsem na Bat 2 i 5V.

Na Bat 1 postupně zvyšujeme napětí ... a při napětí 0,6V

máme žárovku. Proto se náš tranzistor "otevřel"

Ale když se tranzistor skládá z diod, proč nevezmeme diody dvě a „neuděláme“ z nich tranzistor? Sotva řečeno, než uděláno. Ekvivalentní obvod tranzistoru KT815B sestavujeme ze dvou diod značky 1N4007.

Na obrázku níže jsem označil vývody diod jako anodu a katodu a také označil vývody „tranzistoru“.

Dát to všechno dohromady stejným způsobem:

Vzhledem k tomu, že náš tranzistor KT815B byl křemík a diody 1N4007 byly také křemíkové, pak by se teoreticky měl diodový tranzistor otevřít při napětí 0,6-0,7 V. Přidejte napětí k Bat1 na 0,7 V ...

A…

ne, kontrolka nesvítí

Pokud si dáte pozor na zdroj Bat1, můžete vidět, že spotřeba při 0,7 V byla již 0,14 A.

Zjednodušeně řečeno, kdybychom trochu více nabudili, spálili bychom diodu báze-emitor, pokud si ovšem vybavíme proudově napěťovou charakteristiku (CVC) diody.

Ale proč, co se děje? Proč tranzistor KT815B, který se v podstatě skládá ze stejných křemíkových diod, prochází přes kolektor-emitor elektrický proud a dvě připájené diody také nefungují jako tranzistor? Kde je zakopaný pes?

Víte, jak jsou tyto „diody“ umístěny v tranzistoru? Pokud vezmeme v úvahu, že polovodič N je chléb a tenká vrstva šunky je polovodič P, pak se v tranzistoru nacházejí něco takového (nedíváme se na salát):

Jde o to báze v tranzistoru je na šířku velmi tenká, jako tato šunka a kolektor a emitor jsou široké jako tyto půlky chleba (trochu to samozřejmě přeháním, jsou o něco menší), tudíž se tranzistor chová jako tranzistor :-), tedy otevírá a prochází proud kolektorem-emitorem.

Vzhledem k tomu, že základna je velmi tenká na šířku, to znamená, že dva P-N přechody jsou ve velmi malé vzdálenosti od sebe a dochází mezi nimi k interakci. Tato interakce se nazývá tranzistorový efekt. A jaký může být tranzistorový efekt mezi diodami, ve kterém je vzdálenost mezi dvěma P-N přechody jako k Měsíci?

Tento článek bude zajímat především ty, kteří milují a umí řemeslo. Samozřejmě si můžete zakoupit různá hotová zařízení a zařízení, včetně montovaných nebo volně ložených solárních fotovoltaických produktů. Ale řemeslníci se mnohem více zajímají o vytvoření vlastního zařízení, které není jako ostatní, ale má jedinečné vlastnosti. Například solární baterii lze vyrobit z tranzistorů vlastními rukama, na základě této solární baterie lze sestavit různá zařízení, například světelný senzor nebo nabíječku s nízkou spotřebou.

Sbíráme solární baterii

Průmyslové heliové moduly využívají křemík jako prvek, který přeměňuje sluneční světlo na elektřinu. Tento materiál samozřejmě prošel odpovídajícím zpracováním, které z přírodního prvku udělalo krystalický polovodič. Tento krystal je vyřezán do nejtenčích plátů, které pak slouží jako základ pro montáž velkých solárních modulů. Stejný materiál se používá také při výrobě polovodičových součástek. V zásadě tedy lze solární baterii vyrobit z dostatečného počtu křemíkových tranzistorů.

Pro výrobu heliové baterie je nejlepší použít stará výkonná zařízení označená "P" nebo "CT". Čím výkonnější je tranzistor, tím větší je plocha křemíkového krystalu a tím větší plocha bude mít fotobuňku. Je žádoucí, aby fungovaly, jinak může být jejich použití problematické. Můžete samozřejmě zkusit použít vadné tranzistory. Zároveň by však měl být každý z nich zkontrolován na nepřítomnost zkratu na jednom ze dvou křižovatek: emitor - základna nebo kolektor - základna.

Polarita vytvářené baterie závisí na struktuře použitých tranzistorů (p-n-p nebo n-p-n). Například KT819 má strukturu n-p-n, takže pro něj bude kladný („+“) výstup základní svorkou a záporný („-“) výstup bude svorka emitoru a kolektoru. A tranzistory typu P201, P416 mají strukturu p-n-p, takže pro ně bude výstup báze záporný („-“) a výstupy emitoru a kolektoru budou kladné („+“). Pokud vezmeme domácí P201 - P203 jako fotokonvertor, pak s dobrým osvětlením můžete získat výstupní proud až tři miliampéry při napětí 1,5 voltu.

Tranzistor P202M

Po výběru typu a sestavení dostatečného počtu tranzistorů, například P201 nebo P416, můžete začít vyrábět solární baterii. Chcete-li to provést, na vyvrtávačce odbruste příruby tranzistorů a odstraňte horní část pouzdra. Poté musíte provést rutinní, ale nezbytnou operaci, abyste zkontrolovali, zda jsou všechny tranzistory vhodné pro použití jako fotobuňky. K tomu použijte digitální multimetr a nastavte jej do režimu miliampérmetru s rozsahem měření až 20 miliampérů. „Pozitivní“ sondu připojíme ke kolektoru testovaného tranzistoru a „zápornou“ sondu k bázi.

Pokud je osvětlení dostatečně dobré, pak multimetr ukáže hodnotu proudu v rozmezí od 0,15 do 0,3 miliampérů. Pokud je aktuální hodnota pod minimální hodnotou, pak je lepší tento tranzistor nepoužívat. Po kontrole proudu zkontrolujte napětí. Bez vyjmutí sond ze svorek by měl být multimetr přepnut na měření napětí v rozsahu do jednoho voltu. Při stejném osvětlení by mělo zařízení ukazovat napětí přibližně 0,3 voltu. Pokud indikátory proudu a napětí odpovídají uvedeným hodnotám, pak je tranzistor vhodný pro použití jako fotočlánek v solární baterii.

Schéma zapojení tranzistorů v solární baterii

Pokud je to možné, můžete se pokusit vybrat tranzistory s maximálním výkonem. U některých tranzistorů může být z hlediska umístění vývodů pro osazení baterie výhodnější použít přechod báze-emitor. Poté zůstává výstup kolektoru volný. A poslední poznámka, kterou je třeba mít na paměti při výrobě heliové baterie z tranzistorů. Při sestavování baterie je třeba dbát na odstranění tepla, protože při zahřátí polovodičový krystal, počínaje asi +25 ° C, ztrácí asi 0,5% počátečního napětí v každém dalším stupni.

Tranzistory P203E s chladicími radiátory

Za slunečného letního dne se může krystal křemíku zahřát až na teplotu +80°C. Při této vysoké teplotě může každý článek v heliové baterii ztratit v průměru 0,085 voltu. Účinnost takové domácí baterie se tedy znatelně sníží. Aby se minimalizovaly ztráty, je zapotřebí chladič.

Konvenční tranzistor jako prvek solární fotovoltaiky

Kromě toho, že z obyčejného tranzistoru lze celkem jednoduše udělat fotoelektrický měnič, lze jej s trochou fantazie použít i v jiných užitečných obvodech využívajících fotoelektrických vlastností polovodiče. A rozsah těchto vlastností může být nejneočekávanější. Upravený tranzistor lze navíc použít ve dvou verzích - v režimu solární baterie a v režimu fototranzistoru. V režimu solární baterie se ze dvou výstupů (základna - kolektor nebo základna - emitor) bez jakýchkoli úprav odebírá elektrický signál generovaný polovodičem při jeho rozsvícení.

Fototranzistor je polovodičové zařízení, které reaguje na světelný tok a pracuje ve všech rozsazích spektra. Toto zařízení převádí záření na stejnosměrný elektrický signál a přitom jej zesiluje. Kolektorový proud fototranzistoru závisí na výkonu záření. Čím intenzivněji je oblast báze fototranzistoru osvětlena, tím větší je kolektorový proud.

Z obyčejného tranzistoru můžete vyrobit nejen fotobuňku, která přeměňuje světelnou energii na elektrickou energii. Z obyčejného tranzistoru lze snadno udělat fototranzistor a jeho novou funkcionalitu lze využít v budoucnu. Pro takovou úpravu jsou vhodné téměř všechny tranzistory. Například série MP. Pokud otočíme tranzistor vývody nahoru, uvidíme, že základní vývod je připájen přímo k pouzdru tranzistoru a vývody emitoru a kolektoru jsou izolovány a přivedeny dovnitř. Elektrody tranzistoru jsou uspořádány do trojúhelníku. Pokud tranzistor natočíte tak, že vrchol tohoto trojúhelníku - báze - bude otočen k vám, pak bude kolektor vlevo a emitor vpravo.

Skříň tranzistoru se odemlela ze strany emitoru

Nyní byste měli jehlovým pilníkem opatrně odbrousit pouzdro tranzistoru ze strany emitoru, dokud nezískáte průchozí otvor. Fototranzistor je připraven k provozu. Stejně jako fotobuňka vyrobená z tranzistoru, i domácí fototranzistor může být použit v různých obvodech, které reagují na světlo. Například ve světelných senzorech, které řídí zapínání a vypínání například vnějšího osvětlení.

Schéma nejjednoduššího světelného senzoru

Oba tranzistory lze použít v obvodech pro sledování slunce pro řízení rotace solárních polí. Slabý signál z těchto tranzistorů je celkem jednoduše zesílen např. kompozitním Darlingtonovým tranzistorem, který už zase umí ovládat výkonová relé.

Existuje mnoho příkladů použití takových domácích produktů. Rozsah jejich použití je omezen pouze představivostí a zkušenostmi toho, kdo se takové práce ujal. Blikající girlandy vánočního stromku, stmívače v místnosti, ovládání osvětlení příměstské oblasti ... To vše můžete udělat sami.