Princip fungování tranzistoru v telefonu. Jednoduše řečeno, jak funguje tranzistor

Bez ohledu na princip fungování, polovodičový tranzistor obsahuje monokrystal z hlavního polovodičového materiálu, nejčastěji je to křemík, germanium, arsenid galia. V základním materiálu se přidávají legovací přísady pro p-n formace přechod (přechody), kovové závěry.

Krystal je umístěn v kovovém, plastovém nebo keramickém pouzdře, aby byl chráněn před vnějšími vlivy. Existují však i nezabalené tranzistory.

Princip činnosti bipolárního tranzistoru.

Bipolární tranzistor může být buď p-n-p nebo n-p-n, v závislosti na střídání polovodičových vrstev v krystalu. V každém případě se výstupy nazývají - báze, kolektor a emitor. Mezi vrstvou emitoru a kolektoru je uzavřena polovodičová vrstva odpovídající bázi. Má zásadně velmi malou šířku. Nosiče náboje se pohybují od emitoru přes základnu ke kolektoru. Podmínkou pro vznik proudu mezi kolektorem a emitorem je přítomnost volných nosičů v oblasti báze. Tyto nosiče tam pronikají, když se objeví proud emitor-báze. jehož příčinou může být rozdíl napětí mezi těmito elektrodami.

Tito. - Pro normální operace bipolární tranzistor jako zesilovač signálu je vždy nutná přítomnost napětí určité minimální úrovně pro předpětí přechodu emitor-báze v propustném směru. Přímé předpětí přechodu báze-emitor, otevírání tranzistoru, nastavuje tzv. pracovní bod režimu. Pro harmonické zesílení napěťového a proudového signálu se používá režim - A. V tomto režimu se napětí mezi kolektorem a zátěží rovná přibližně polovině napájecího napětí - tedy výstupního odporu tranzistoru a zátěže. jsou přibližně stejné. Aplikujeme-li nyní na přechodový signál báze - emitor střídavý proud, ODPOROVÝ emitor - kolektor se změní, graficky zopakuje tvar vstupního signálu. V souladu s tím se totéž stane s proudem procházejícím emitorem do kolektoru. Navíc amplituda proudu bude větší než amplituda vstupního signálu - bude získat signál.

Pokud dále zvýšíte předpětí báze-emitor, povede to ke zvýšení proudu v tomto obvodu a v důsledku toho k ještě většímu nárůstu proudu emitor-kolektor. Nakonec proud přestane růst - tranzistor přejde do plně otevřeného stavu (saturace). Pokud poté odstraníte předpětí, tranzistor se uzavře, proud emitor-kolektor se sníží, téměř zmizí. Takže tranzistor může fungovat jako elektronický klíč . Tento režim je z hlediska řízení výkonu nejúčinnější, při proudu protékajícím plně otevřeným tranzistorem je úbytek napětí minimální. V souladu s tím jsou proudové ztráty a zahřívání tranzistorových přechodů nízké.

Existují tři typy zapojení bipolárního tranzistoru. S společný emitor(OE) - zesílení se provádí jak v proudu, tak v napětí - nejčastěji používané schéma.
Takto postavené zesilovací kaskády jsou snáze vzájemně konzistentní, protože hodnoty jejich vstupního a výstupního odporu jsou relativně blízké ve srovnání s ostatními dvěma typy zahrnutí (ačkoli se někdy liší až desítkykrát) .

Se společným kolektorem (OK) se provádí pouze proudové zesílení - používá se k přizpůsobení zdrojů signálu s vysokým vnitřním odporem (impedancí) a zátěží s nízkým odporem. Například v koncových stupních zesilovačů a regulátorů.

Se společnou bází (OB) se provádí pouze zesílení napětí. Má nízkou vstupní a vysokou výstupní impedanci a širší frekvenční rozsah. To umožňuje použít takové zapojení k přizpůsobení zdrojů signálu s nízkým vnitřním odporem (impedancí) s následným zesilovacím stupněm. Například v vstupní obvody rádiová přijímací zařízení.

Princip činnosti tranzistoru s efektem pole.

Tranzistor s efektem pole, stejně jako bipolární, má tři elektrody. Říká se jim – odtok, zdroj a brána. Pokud na hradle není žádné napětí a kladné napětí je aplikováno na kolektor vzhledem ke zdroji, pak kanálem mezi zdrojem a kolektorem protéká maximální proud.

To znamená, že tranzistor je zcela otevřený. Aby se to změnilo, je na bránu přivedeno záporné napětí vzhledem ke zdroji. Pod vlivem elektrické pole(odtud název tranzistoru) kanál se zužuje, jeho odpor se zvyšuje a proud jím klesá. Při určité hodnotě napětí se kanál zúží natolik, že proud prakticky zmizí - tranzistor se uzavře.

Obrázek ukazuje zařízení s izolovaným hradlem s tranzistorem s efektem pole (IRF).

Pokud na bránu tohoto zařízení není přivedeno kladné napětí, pak mezi zdrojem a kolektorem není žádný kanál a proud je nulový. Tranzistor je zcela uzavřen. Kanál se vyskytuje při určitém minimálním napětí hradla (prahové napětí). Poté se odpor kanálu snižuje, dokud se tranzistor zcela neotevře.

Tranzistory s efektem pole, jako s p-n křižovatka ohm (kanál) a MOS (MDP) mají následující spínací obvody: se společným zdrojem (OI) - analog OE bipolárního tranzistoru; se společným odtokem (OS) - analog OK bipolárního tranzistoru; se společným hradlem (CG) - analog OB bipolárního tranzistoru.

Podle výkonu rozptýleného ve formě tepla rozlišují:
tranzistory s nízkým výkonem - až 100 mW;
tranzistory střední výkon- od 0,1 do 1 W;
výkonné tranzistory - více než 1 watt.

Důležité parametry bipolárních tranzistorů.

1. Součinitel aktuálního přenosu (zisk) - od 1 do 1000 at DC. Jak se frekvence zvyšuje, postupně klesá.
2. Maximální napětí mezi kolektorem a emitorem (s otevřenou bází) U speciálních vysokonapěťových tranzistorů dosahuje desítek tisíc voltů.
3. Mezní frekvence, do které je aktuální přenosový poměr vyšší než 1. Do 100 000 Hz. u nízkofrekvenčních tranzistorů nad 100 000 Hz. - při vysokých frekvencích.
4. Emitor-kolektor saturačního napětí - velikost úbytku napětí mezi těmito elektrodami v plně otevřeném tranzistoru.

Důležité parametry tranzistorů s efektem pole.

Zesilovací vlastnosti tranzistoru s efektem pole jsou určeny poměrem přírůstku proudu kolektoru k přírůstku napětí hradlo-zdroj, který jej způsobil, tzn.

∆Id /∆UGS

Tento poměr se nazývá transkonduktance zařízení, ale ve skutečnosti je to přenosová vodivost a měří se v miliampérech na volt (mA / V).

jiný nejdůležitější parametry FET jsou uvedeny níže:
1. I Dmax - maximální vypouštěcí proud.

2.U DSmax - maximální napětí kanalizační zdroj.

3.U GSmax - maximální napětí hradla-zdroje.

4.P Dmax - maximální výkon, který lze zařízení přidělit.

5.t on je typická doba náběhu svodového proudu pro dokonale pravoúhlý vstupní signál.

6.t off je typická doba poklesu odběrového proudu pro dokonale pravoúhlý vstupní signál.

7.R DS(on)max - maximální hodnota odporový zdroj - odtok v zapnutém (otevřeném) stavu.

Použití jakýchkoli materiálů na této stránce je povoleno, pokud existuje odkaz na stránku

Tranzistor(tranzistor) - polovodičový prvek se třemi vodiči (obvykle), z nichž jeden ( kolektor) je aplikován silný proud a na druhé straně ( základna) slabý ( řídící proud). Při určité síle řídicího proudu se „ventil otevře“ a proud od sběratele začne proudit na třetí výstup ( emitor).

To znamená, že tranzistor je druh ventil, který při určité síle proudu prudce sníží odpor a pustí proud dále (od kolektoru k emitoru) Děje se tak proto, že za určitých podmínek ho díry, které mají elektron, ztrácejí přijetím nového a tak v kruhu. Pokud na bázi není aplikován žádný elektrický proud, pak bude tranzistor ve vyváženém stavu a nepropustí proud do emitoru.

V moderních elektronických čipech počet tranzistorů miliardy. Používají se především pro výpočty a skládají se ze složitých vztahů.

Polovodičové materiály používané hlavně v tranzistorech jsou: křemík, arsenid gallia A germanium. Existují také tranzistory uhlíkové nanotrubice, průhledný pro displeje LCD A polymerní(nejslibnější).

Typy tranzistorů:

Bipolární- tranzistory, ve kterých mohou být nosiče náboje jak elektrony, tak "díry". Proud může protékat jako směrem k emitoru, a směrem ke kolektoru. Pro řízení průtoku se používají určité řídicí proudy.

- běžná zařízení, ve kterých je elektrický tok řízen pomocí elektrického pole. To znamená, že když se vytvoří větší pole, zachytí se jím více elektronů a nemůže přenášet náboje dále. To znamená, že je to druh ventilu, který může změnit množství přeneseného náboje (pokud je řízen tranzistor s efektem pole p-n— přechod). Výrazná vlastnost Tyto tranzistory mají vysoké vstupní napětí a vysokonapěťové zesílení.

Kombinovaný- tranzistory s kombinovanými odpory nebo jiné tranzistory ve stejném pouzdru. Slouží k různým účelům, ale hlavně ke zvýšení proudového zisku.

Podtypy:

Bio-tranzistory- jsou založeny na biologických polymerech využitelných v lékařství, biotechnologii bez poškození živých organismů. Studie byly provedeny na bázi metaloproteinů, chlorofylu A (získaného ze špenátu), viru tabákové mozaiky.

Jednoelektronové tranzistory- byly poprvé vytvořeny ruskými vědci v r 1996. Na rozdíl od svých předchůdců mohly pracovat při pokojové teplotě. Princip činnosti je podobný tranzistoru s efektem pole, ale je jemnější. Vysílač signálu je jeden nebo více elektronů. Tento tranzistor se také nazývá nano- a kvantový tranzistor. S pomocí této technologie v budoucnu očekávají vytvoření tranzistorů o velikosti menší než 10 nm, na základě grafen.

K čemu slouží tranzistory?

jsou použity tranzistory zesilovací obvody, lampy, elektromotory a další zařízení v případě potřeby rychlá změna aktuální nebo pozice navypnuto. Tranzistor je schopen omezit proud resp hladce nebo metodou puls—pauza. Druhý se častěji používá pro ovládání. Pomocí silného zdroje energie ji vede skrz sebe a reguluje ji slabým proudem.

Pokud proudová síla nestačí k zapnutí tranzistorového obvodu, pak více tranzistorů s větší citlivostí, zapojené kaskádovitě.

Výkonné tranzistory zapojené v jednom nebo více pouzdrech se používají ve zcela digitální zesilovače na základě . Často potřebují dodatečné chlazení . Ve většině schémat fungují klíčový režim(ve spínacím režimu).

Používají se také tranzistory v energetických systémech digitální i analogové základní desky , grafické karty, Zásoby energie& atd ).

Centrální procesory, také sestávají z milionů a miliard tranzistorů zapojených v určitém pořadí pro specializované výpočetní.

Každá skupina tranzistorů určitým způsobem zakóduje signál a předá jej dále ke zpracování. Všechny typy a ROM paměti jsou také tvořeny tranzistory.

Všechno úspěchy mikroelektroniky by bylo prakticky nemožné bez vynálezu a použití tranzistorů. Je těžké si představit alespoň jedno elektronické zařízení bez alespoň jednoho tranzistoru.

Potřebná vysvětlení jsou uvedena, pojďme k věci.

Tranzistory. Definice a historie

Tranzistor- elektronické polovodičové zařízení, ve kterém je proud v obvodu dvou elektrod řízen třetí elektrodou. (tranzistors.ru)

Tranzistory rychle nahradily elektronky v různých elektronických zařízeních. V tomto ohledu se spolehlivost takových zařízení zvýšila a jejich velikost se značně zmenšila. A dodnes, bez ohledu na to, jak „efektní“ je mikroobvod, stále obsahuje spoustu tranzistorů (stejně jako diody, kondenzátory, odpory atd.). Jen velmi malé.

Mimochodem, zpočátku se "tranzistory" nazývaly rezistory, jejichž odpor bylo možné měnit pomocí velikosti použitého napětí. Pokud pomineme fyziku procesů, pak lze moderní tranzistor také reprezentovat jako odpor, který závisí na signálu, který je na něj aplikován.

Jaký je rozdíl mezi polními a bipolárními tranzistory? Odpověď spočívá v jejich samotných jménech. V bipolárním tranzistoru zahrnuje přenos náboje A elektrony, A otvory ("bis" - dvakrát). A v terénu (aka unipolární) - nebo elektrony, nebo díry.

Tyto typy tranzistorů se také liší v aplikačních oblastech. Bipolární se používají hlavně v analogové technologii a pole - v digitální.

A nakonec: hlavní oblast použití všech tranzistorů- zesílení Slabý signál s přídavným napájecím zdrojem.

bipolární tranzistor. Princip činnosti. Hlavní charakteristiky

Než se budeme zabývat fyzikou tranzistoru, nastíníme obecný problém.


Skládá se z následujícího: mezi emitorem a kolektorem protéká silný proud ( kolektorový proud), a mezi emitorem a základnou - slabý řídicí proud ( základní proud). Kolektorový proud se bude měnit se změnou základního proudu. Proč?
Uvažujme p-n přechody tranzistoru. Existují dva z nich: emitor-base (EB) a base-collector (BC). V aktivním režimu tranzistoru je první z nich spojen s předpětím a druhý se zpětným předpětím. Co se pak stane na p-n přechodech? Pro větší jistotu budeme uvažovat n-p-n tranzistor. U p-n-p je vše při starém, jen slovo „elektrony“ je třeba nahradit slovem „díry“.

Vzhledem k tomu, že přechod EB je otevřený, elektrony snadno "přeběhnou" k bázi. Tam se částečně rekombinují s dírami, ale Ó Většině z nich se díky malé tloušťce základny a jejímu slabému legování podaří dosáhnout přechodu základna-kolektor. Což, jak si pamatujeme, je zahrnuto s obráceným zkreslením. A protože elektrony v bázi jsou menšími nosiči náboje, elektrické pole přechodu jim pomáhá jej překonat. Kolektorový proud je tedy jen o málo menší než proud emitoru. Nyní pozor na ruce. Pokud zvýšíte proud báze, pak se EB přechod více otevře a mezi emitor a kolektor může proklouznout více elektronů. A protože kolektorový proud je zpočátku větší než základní proud, bude tato změna velmi, velmi patrná. Tím pádem, dojde k zesílení slabého signálu přijímaného základnou. Ještě jednou, velká změna kolektorového proudu je proporcionálním odrazem malé změny proudu báze.

Pamatuji si, že princip činnosti bipolárního tranzistoru byl vysvětlen mému spolužákovi na příkladu vodovodního kohoutku. Voda v něm je kolektorový proud a základní řídicí proud je to, o kolik otočíme knoflíkem. Ke zvýšení průtoku vody z kohoutku stačí malé úsilí (kontrolní akce).

Kromě uvažovaných procesů může na p-n přechodech tranzistoru docházet k řadě dalších jevů. Například při silném zvýšení napětí na přechodu báze-kolektor může začít lavinové znásobení náboje v důsledku nárazové ionizace. A ve spojení s tunelovým efektem to způsobí nejprve elektrický průraz a poté (s rostoucím proudem) tepelný průraz. K tepelnému průrazu v tranzistoru však může dojít i bez elektrického proudu (tj. bez zvýšení kolektorového napětí na průrazné napětí). K tomu bude stačit jeden nadměrný proud kolektorem.

Další jev souvisí s tím, že při změně napětí na přechodech kolektoru a emitoru se mění jejich tloušťka. A pokud je báze příliš tenká, pak může dojít k efektu uzavření (tzv. "proražení" báze) - spojení kolektorového přechodu s emitorem. V tomto případě oblast báze zmizí a tranzistor přestane normálně fungovat.

Kolektorový proud tranzistoru v normálním aktivním režimu tranzistoru je o určitý počet větší než proud báze. Toto číslo se volá aktuální zisk a je jedním z hlavních parametrů tranzistoru. Je určeno h21. Pokud se tranzistor zapne bez zatížení kolektoru, pak kdy konstantní napětí kolektor-emitor poměr kolektorového proudu k proudu báze dá statický proudový zisk. Může se rovnat desítkám nebo stovkám jednotek, ale stojí za to vzít v úvahu skutečnost, že v reálných obvodech je tento koeficient menší kvůli skutečnosti, že při zapnutí zátěže kolektorový proud přirozeně klesá.

Druhým důležitým parametrem je vstupní odpor tranzistoru. Podle Ohmova zákona je to poměr napětí mezi bází a emitorem k řídicímu proudu báze. Čím větší je, tím nižší je základní proud a vyšší zisk.

Třetím parametrem bipolárního tranzistoru je napěťový zisk. Je rovna poměru amplitudy resp efektivní hodnoty výstupní (emitor-kolektor) a vstupní (báze-emitor) střídavé napětí. Protože první hodnota je obvykle velmi velká (jednotky a desítky voltů) a druhá je velmi malá (desetiny voltů), může tento koeficient dosáhnout desítek tisíc jednotek. Je třeba poznamenat, že každý základní řídicí signál má svůj vlastní napěťový zisk.

Také tranzistory jsou frekvenční odezva , která charakterizuje schopnost tranzistoru zesilovat signál, jehož frekvence se blíží mezní frekvenci zesílení. Faktem je, že s rostoucí frekvencí vstupního signálu se zisk snižuje. To je způsobeno tím, že doba průtoku hl fyzikální procesy(doba pohybu nosičů od emitoru ke kolektoru, nabití a vybití bariérových kapacitních přechodů) se stává úměrnou periodě změny vstupního signálu. Tito. tranzistor prostě nestihne reagovat na změny vstupního signálu a v určité chvíli ho prostě přestane zesilovat. Frekvence, se kterou se to děje, se nazývá hranice.

Také parametry bipolárního tranzistoru jsou:

• zpětný proud kolektor-emitor
• doba zapnutí
• kolektorový zpětný proud
• maximální povolený proud

Podmiňovací způsob zápis n-p-n a p-n-p tranzistory se liší pouze ve směru šipky označující emitor. Ukazuje, jak teče proud v daném tranzistoru.

Provozní režimy bipolárního tranzistoru

1. Inverzní aktivní režim. Zde je přechod BC otevřený a EB naopak uzavřený. Zesilovací vlastnosti v tomto režimu samozřejmě nejsou nikde horší, proto se tranzistory v tomto režimu používají velmi zřídka.
2. Režim sytosti. Oba přechody jsou otevřené. V souladu s tím hlavní nosiče náboje kolektoru a emitoru "běží" k základně, kde se aktivně rekombinují s jejími hlavními nosiči. Vlivem vznikajícího přebytku nosičů náboje klesá odpor báze a p-n přechodů. Proto obvod obsahující tranzistor v saturačním režimu lze považovat za zkratovaný a tento rádiový prvek samotný může být reprezentován jako ekvipotenciální bod.
3. Režim cutoff. Oba tranzistorové přechody jsou uzavřené, tzn. proud hlavních nosičů náboje mezi emitorem a kolektorem se zastaví. Toky vedlejších nosičů náboje vytvářejí pouze malé a nekontrolované proudy tepelného přechodu. Vzhledem k chudobě báze a přechodům nosiči náboje se jejich odpor velmi zvyšuje. Proto se často věří, že tranzistor pracující v režimu cutoff představuje otevřený obvod.
4. bariérový režim V tomto režimu je základna přímo nebo přes malý odpor uzavřena ke kolektoru. V obvodu kolektoru nebo emitoru je také obsažen odpor, který nastavuje proud tranzistorem. Tímto způsobem se získá obvodový ekvivalent diody se sériovým odporem. Tento režim je velmi užitečný, neboť umožňuje obvodu pracovat na téměř libovolné frekvenci, v širokém teplotním rozsahu a je nenáročný na parametry tranzistorů.

Spínací obvody pro bipolární tranzistory

Vzhledem k tomu, že tranzistor má tři kontakty, musí být v obecném případě napájen ze dvou zdrojů, které mají dohromady čtyři výstupy. Proto musí být jeden z kontaktů tranzistoru napájen napětím stejného znaménka z obou zdrojů. A podle toho, o jaký kontakt se jedná, existují tři obvody pro zapínání bipolárních tranzistorů: se společným emitorem (OE), společným kolektorem (OK) a společnou bází (OB). Každý z nich má výhody i nevýhody. Volba mezi nimi se provádí podle toho, které parametry jsou pro nás důležité a které lze obětovat.

Spínací obvod se společným emitorem

Ale ke všem laskominám má OE schéma také významnou nevýhodu. Spočívá v tom, že zvýšení frekvence a teploty vede k výraznému zhoršení zesilovacích vlastností tranzistoru. Pokud tedy má tranzistor fungovat vysoké frekvence, pak je lepší použít jiné schéma přepínání. Například se společným základem.

Schéma zapojení se společnou základnou

Ve společném základním obvodu není fáze signálu invertována a hladina šumu při vysokých frekvencích je snížena. Ale jak již bylo zmíněno, jeho aktuální zisk je vždy o něco menší než jednota. Pravda, napěťový zisk je zde stejný jako v obvodu se společným emitorem. Mezi nevýhody obvodu se společnou základnou lze zařadit i nutnost použití dvou napájecích zdrojů.

Schéma spínání se společným kolektorem

Dovolte mi, abych vám připomněl, že negativní se tomu říká zpětná vazba, při kterém je výstupní signál přiváděn zpět na vstup, což snižuje úroveň vstupního signálu. Takhle se to stane automatické nastavení při náhodné změně parametrů vstupního signálu

Proudové zesílení je téměř stejné jako v obvodu se společným emitorem. Ale napěťové zesílení je malé (hlavní nevýhoda tohoto obvodu). Blíží se k jednotě, ale je vždy menší než ona. Výkonový zisk se tedy rovná pouze několika desítkám jednotek.

V obvodu se společným kolektorem nedochází k žádnému fázovému posunu mezi vstupním a výstupním napětím. Protože se napěťové zesílení blíží jednotce, shoduje se výstupní napětí ve fázi a amplitudě se vstupem, tj. opakuje se. Proto se takový obvod nazývá emitorový sledovač. Emitor - protože výstupní napětí je odstraněno z emitoru vzhledem ke společnému vodiči.

Toto zahrnutí se používá ke shodě tranzistorové stupně nebo když má vstupní zdroj vysokou vstupní impedanci (jako je piezoelektrický snímač nebo kondenzátorový mikrofon).

Dvě slova o kaskádách

Může být také potřeba tranzistor s dobrou citlivostí a přesto dobrým ziskem. V takových případech se používá kaskáda citlivého, ale nízkoenergetického tranzistoru (na obrázku - VT1), který řídí napájení výkonnějšího protějšku (na obrázku - VT2).

Další aplikace pro bipolární tranzistory

Označení

Užitečné komentáře:
http://habrahabr.ru/blogs/easyelectronics/133136/#comment_4419173

Štítky:

• tranzistory
• bipolární tranzistory
• elektronika

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 germaniové tranzistory se nelišil ve stabilitě charakteristik a silně závisel na teplotních režimech.

Vážná konkurence elektronické elektronky vyrobil 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 integrované obvody, kde počet tranzistorů může dosáhnout miliard, získala polovodičová elektronika rozhodující vítězství v boji za miniaturizaci zařízení.

Co je to tranzistor?

V moderní význam Tranzistor je 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.

Velikostní škála polovodičových součástek je nápadná - od několika nanometrů (nebalené prvky používané v mikroobvodech) až po centimetry v průměru výkonné tranzistory určené 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. chemické prvky. 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, typ pnp nebo n-p-n. Liší se polaritou napětí na elektrodách.

Schematicky lze strukturu tranzistoru znázornit jako dva polovodičové diody, oddělené vrstva navíc. (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 aplikujete na základ analogový signál, pak změní amplitudu 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 schémata ULF 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 řízení p-n přechod (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. dálkové ovládání, mobilní gadgety a tak dále.

Bipolární

O tomto typu tranzistorů již bylo řečeno mnoho v pododdíle „ Základní princip práce". 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. V kolektorovém okruhu můžete zahrnout dost silné zatížení. Díky vysoký proud kolektoru, můžete snížit zátěžový odpor.

Níže se budeme podrobněji zabývat strukturou a principem fungování.

Kombinovaný

Aby bylo dosaženo určitého elektrické parametry Z použití jediného diskrétního prvku vymýšlejí konstruktéři 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 kombinace krystalů s odlišné typy vodivosti, vzniká mezi nimi 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 tento případ přechod je 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 postupem popsaným výše se vytvářejí oblasti s p-n přechody, které blokují pohyb elektrické náboje mezi emitorem a kolektorem a 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.

Když je základna bez napětí, tranzistor se velmi rychle rozběhne původní stav a průchod kolektoru je uzavřen.

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).

Pracujte podobným způsobem npn tranzistory. Mění se pouze polarita napětí. Zařízení s n-p-n struktura mají přímou vodivost. Reverzní vedení p-n-p tranzistory typ.

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 brána je nastavitelná napětím.

Prostor p-n zóny působením elektrického pole klesá nebo stoupá (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 inkluze.

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

Video vysvětlující jednoduchým způsobem princip činnosti tranzistoru

Tranzistor je aktivní polovodičové zařízení, které zesiluje, převádí a generuje elektrické oscilace. Tuto aplikaci tranzistoru lze vidět v analogové technologii. Kromě toho se používají také v digitální technice, kde se používají v režimu klíče. Ale v digitálních zařízeních jsou téměř všechny tranzistory „skryty“ uvnitř integrovaných obvodů, a to ve velkém množství a v mikroskopických velikostech.

Zde se nebudeme příliš zdržovat elektrony, dírami a atomy, které již byly popsány v předchozích dílech článku, ale něco z toho, bude-li to nutné, bude třeba ještě připomenout.

Polovodičová dioda se skládá z jednoho p-n přechodu, jehož vlastnosti byly popsány. Tranzistor, jak víte, se skládá ze dvou přechodů, takže jej lze považovat za předchůdce tranzistoru nebo jeho polovinu.

Pokud je p-n přechod v klidu, pak jsou díry a elektrony distribuovány, jak je znázorněno na obrázku 1, a tvoří potenciální bariéru. Pokusme se nezapomenout na symboly pro elektrony, díry a ionty zobrazené na tomto obrázku.

Obrázek 1.

Jak funguje bipolární tranzistor?