نحوه ساخت ترانزیستور در خانه آزمایشات شناختی با ترانزیستورها ساخت ترانزیستور با استفاده از فناوری مسطح

تعداد برنامه های کاربردی دستگاه هایی به نام پنل های خورشیدی هر روز در حال افزایش است. آنها به طور فزاینده ای در صنایع فضایی نظامی، صنعت، کشاورزی و در زندگی روزمره استفاده می شوند. با وجود این واقعیت که خرید چنین باتری با قیمت مناسب آسان تر می شود، جالب است که خودتان آن را بسازید.

این مقاله توصیه های عملی در مورد نحوه ساخت باتری خورشیدی DIY ارائه می دهد که می تواند به عنوان منبع جریان برای طراحی های رادیویی آماتور کم مصرف استفاده شود.

باتری خورشیدی خانگی ساخته شده از دیود یا ترانزیستور وسیله ای است که نه تنها از نظر کاربرد عملی، بلکه برای درک اصل عملکرد آن نیز جالب است. علاوه بر این، برای ساخت آن بهتر است از دستگاه های نیمه هادی ساخته شده 30-40 سال پیش استفاده شود.

باتری خورشیدی چگونه کار می کند؟

باتری خورشیدی به عنوان وسیله ای که انرژی نور را به انرژی الکتریکی تبدیل می کند از دیرباز شناخته شده است. کار او بر اساس پدیده اثر فوتوالکتریک داخلی در اتصال p-n است. اثر فوتوالکتریک داخلی - پدیده ظاهر شدن حامل های جریان اضافی (الکترون ها یا سوراخ ها) در نیمه هادی هنگام جذب نور.

الکترون‌ها و حفره‌ها توسط یک اتصال p-n از هم جدا می‌شوند به طوری که الکترون‌ها در ناحیه n متمرکز می‌شوند و حفره‌ها در ناحیه p، در نتیجه یک EMF بین این مناطق ایجاد می‌شود. اگر یک بار خارجی را به آنها وصل کنید، هنگامی که اتصال p-n روشن می شود، جریانی در آن ظاهر می شود. انرژی خورشید به انرژی الکتریکی تبدیل می شود.

EMF و قدرت جریان در چنین نیمه هادی توسط عوامل زیر تعیین می شود:

• مواد نیمه هادی (ژرمانیوم، سیلیکون و غیره)؛
• سطح سطح انتقال p-n.
• روشنایی این انتقال

جریان تولید شده توسط یک عنصر بسیار کم است و برای رسیدن به نتیجه مطلوب، ماژول ها باید از تعداد زیادی از این عناصر جمع شوند. چنین منبع جریانی از اظهارات کوتاه نمی ترسد، زیرا مقدار جریان تولید شده توسط آن به مقدار حداکثری محدود می شود - معمولاً چند میلی آمپر.

باتری خورشیدی خانگی از دیودهای نیمه هادی یا ترانزیستور

اتصالات p-n لازم برای ایجاد باتری خورشیدی هم در دیودهای نیمه هادی و هم در ترانزیستورها یافت می شود. دیود دارای 1 اتصال p-n است و ترانزیستور دارای 2 اتصال است - بین پایه و کلکتور، بین پایه و امیتر. امکان استفاده از یک دستگاه نیمه هادی در این ظرفیت با 2 شرط تعیین می شود:

• باز کردن انتقال p-n باید امکان پذیر باشد.
• ناحیه انتقال p-n باید به اندازه کافی بزرگ باشد.

باتری خورشیدی ترانزیستوری خانگی

شرط دوم معمولاً برای ترانزیستورهای اتصال با توان بالا برآورده می شود. ترانزیستور سیلیکونی n-p-n KT801 (a) از این نظر جالب است که به راحتی می توان محل اتصال را باز کرد. کافی است روکش را با انبردست فشار دهید و با احتیاط آن را بردارید. برای ترانزیستورهای قدرتمند ژرمانیومی P210-P217 (b)، باید پوشش را در امتداد خط AA به دقت برش دهید و آن را بردارید.

ترانزیستورهای آماده شده، قبل از استفاده از آنها به عنوان سلول خورشیدی، باید بررسی شوند. برای این کار می توانید از یک مولتی متر معمولی استفاده کنید. با تغییر دستگاه به حالت اندازه گیری جریان (حد مجاز چند میلی آمپر است)، آن را بین پایه و کلکتور یا امیتر ترانزیستور روشن کنید، که انتقال آن به خوبی روشن است. دستگاه باید جریان کمی را نشان دهد - معمولاً کسری از میلی آمپر، در موارد کمتر کمی بیشتر از 1 میلی آمپر. با تغییر مولتی متر به حالت اندازه گیری ولتاژ (حد 1-3 ولت)، باید مقدار ولتاژ خروجی در حد چند دهم ولت به دست آوریم. مطلوب است که آنها را به گروه هایی با مقادیر مشابه ولتاژ خروجی مرتب کنیم.

برای افزایش جریان خروجی و ولتاژ کاری، از اتصال ترکیبی عناصر استفاده می شود. در داخل گروه ها، عناصر با ولتاژ خروجی مشابه به صورت موازی متصل می شوند. مجموع جریان خروجی گروه برابر است با مجموع جریان های تک تک عناصر. گروه ها به صورت متوالی به یکدیگر متصل می شوند. ولتاژهای خروجی آنها اضافه می شود. برای ترانزیستورهایی با ساختار n-p-n، قطبیت ولتاژ خروجی مخالف خواهد بود.

برای مونتاژ منبع جریان، بهتر است یک تخته مدار ساخته شده از فایبرگلاس فویل ایجاد کنید. پس از لحیم کاری المنت ها، بهتر است تخته را در جعبه ای با اندازه های مناسب قرار دهید و روی آن را با صفحه پلکسی گلاس ببندید. یک منبع جریان از چند ده ترانزیستور، ولتاژ چند ولتی را در جریان خروجی چند میلی آمپر تولید می کند. می توان از آن برای شارژ باتری های کم مصرف، برای تغذیه رادیو کم مصرف و سایر دستگاه های الکترونیکی کم مصرف استفاده کرد.

باتری خورشیدی دیودی خانگی

می توان آن را با دست و باتری خورشیدی روی دیود ساخت. به عنوان مثال، ما ساخت باتری ها را بر روی دیودهای سیلیکونی مسطح KD202 توضیح می دهیم. . در عوض، می توانید از یکسو کننده های نیمه هادی دیگر استفاده کنید: D242، D237، D226 و غیره.

برای باز کردن اتصال p-n دیود KD202، باید عملیات زیر را انجام دهید:

1. دیود را در یک گیره توسط فلنج نگه دارید، سرب آند را قطع کرده و با دقت صاف کنید تا بعداً بتوانید سیم مسی لحیم شده به محل اتصال p-n را به راحتی آزاد کنید.
2. با چسباندن یک چاقو یا شی تیز دیگر به محل اتصال جوش داده شده، با ضربات سبک، دیود را در یک گیره بچرخانید، فلنج محافظ را جدا کنید.

تقریباً به همان روشی که می توانید فلنج محافظ و سایر دیودها را جدا کنید.

در باتری خورشیدی دیودهای آماده شده مانند ترانزیستورهای مدار فوق به صورت مختلط متصل می شوند. در هر گروه، عناصر نیز به صورت موازی به هم متصل می شوند: از یک سو، آندهای دیودها به یکدیگر و از سوی دیگر، کاتدها متصل می شوند. شما می توانید مانند ترانزیستورها عناصر را بر اساس گروه ها انتخاب کنید. هر چه عناصر منفرد در چنین منبع جاری بیشتر باشد، قدرت آن بیشتر است.

یک منبع جریان از 5 گروه 10 دیودی ولتاژی در حدود 2.5 ولت در جریان 20-25 میلی آمپر تولید می کند. برای ساخت منبع جریان خانگی، استفاده از دیودهای یکسو کننده کم مصرف از نوع D223 مجاز است. آنها راحت هستند زیرا باز کردن انتقال p-n برای نور برای آنها آسان است. برای این کار کافی است آنها را مدتی در استون نگه دارید و پس از آن رنگ محافظ به راحتی از روی شیشه پاک می شود.

فراموش نکنید که هنگام کار با دستگاه های نیمه هادی، نباید فراموش کرد که هنگام گرم شدن بیش از حد آنها به راحتی خراب می شوند. برای لحیم کاری، از لحیم کاری کم ذوب و آهن لحیم کاری کم مصرف استفاده کنید، سعی کنید محل لحیم کاری را برای مدت طولانی گرم نکنید.

به راحتی می توان فهمید که ساخت و مونتاژ باتری خورشیدی نیمه هادی خانگی برای شخصی که با اصول طراحی دستگاه های الکترونیکی آشناست کار چندان دشواری نیست. آن را امتحان کنید - موفق خواهید شد!

الکترونیک همه جا ما را احاطه کرده است. اما تقریباً هیچ کس به این فکر نمی کند که این کل چگونه کار می کند. در واقع، همه چیز بسیار ساده است. این چیزی است که ما امروز سعی خواهیم کرد نشان دهیم. و بیایید با عنصر مهمی مانند ترانزیستور شروع کنیم. ما به شما خواهیم گفت که آن چیست، چه کاری انجام می دهد و یک ترانزیستور چگونه کار می کند.

ترانزیستور چیست؟

ترانزیستور- یک دستگاه نیمه هادی که برای کنترل جریان الکتریکی طراحی شده است.

ترانزیستورها کجا استفاده می شوند؟ بله، همه جا! تقریباً هیچ مدار الکتریکی مدرنی نمی تواند بدون ترانزیستور کار کند. آنها به طور گسترده در تولید فناوری رایانه، تجهیزات صوتی و تصویری استفاده می شوند.

زمان هایی که ریز مدارهای شوروی بزرگترین در جهان بودند، گذشته است و اندازه ترانزیستورهای مدرن بسیار کوچک است. بنابراین، کوچکترین دستگاه ها اندازه ای برابر با یک نانومتر دارند!

کنسول نانونشان دهنده قدری از مرتبه ده تا منهای توان نهم است.

با این حال، نمونه های غول پیکری وجود دارد که عمدتا در زمینه های انرژی و صنعت استفاده می شود.

ترانزیستورها انواع مختلفی دارند: دو قطبی و قطبی، هدایت مستقیم و معکوس. اما عملکرد این دستگاه ها نیز بر اساس همین اصل است. ترانزیستور یک وسیله نیمه هادی است. همانطور که مشخص است، حامل های بار در یک نیمه هادی الکترون ها یا حفره ها هستند.

ناحیه ای که الکترون اضافی دارد با حرف مشخص می شود n(منفی)، و منطقه با رسانایی سوراخ پ(مثبت).

ترانزیستور چگونه کار می کند؟

برای اینکه همه چیز خیلی واضح باشد، کار را در نظر بگیرید ترانزیستور دوقطبی (محبوب ترین نوع).

(که از این پس به سادگی ترانزیستور نامیده می شود) یک کریستال نیمه هادی است (بیشتر استفاده می شود سیلیکونیا ژرمانیوم) به سه ناحیه با رسانایی الکتریکی متفاوت تقسیم می شود. مناطق بر این اساس نامگذاری می شوند گردآورنده, پایهو ساطع کننده. دستگاه ترانزیستور و نمایش شماتیک آن در شکل زیر نشان داده شده است.

ترانزیستورهای هدایت مستقیم و معکوس را جدا کنید. به ترانزیستورهای P-n-p ترانزیستورهای رسانای جلو و ترانزیستورهای n-p-n معکوس می گویند.

حال در مورد اینکه دو حالت کار ترانزیستورها چیست. عملکرد ترانزیستور مشابه عملکرد شیر آب یا شیر است. فقط به جای آب - جریان الکتریکی. دو حالت ترانزیستور امکان پذیر است - کار (ترانزیستور باز) و حالت استراحت (ترانزیستور بسته).

چه مفهومی داره؟ هنگامی که ترانزیستور بسته است، جریانی از آن عبور نمی کند. در حالت باز، هنگامی که یک جریان کنترل کوچک به پایه اعمال می شود، ترانزیستور باز می شود و جریان بزرگی شروع به عبور از امیتر-کلکتور می کند.

فرآیندهای فیزیکی در ترانزیستور

و حالا بیشتر در مورد اینکه چرا همه چیز به این شکل اتفاق می افتد، یعنی چرا ترانزیستور باز و بسته می شود. بیایید یک ترانزیستور دوقطبی بگیریم. بگذار باشد n-p-nترانزیستور

اگر یک منبع تغذیه را بین کلکتور و امیتر وصل کنید، الکترون های کلکتور شروع به جذب مثبت می کنند، اما جریانی بین کلکتور و امیتر وجود نخواهد داشت. این توسط لایه پایه و خود لایه امیتر جلوگیری می شود.

با این حال، اگر یک منبع اضافی بین پایه و امیتر متصل شود، الکترون‌های ناحیه n امیتر شروع به نفوذ به ناحیه پایه‌ها می‌کنند. در نتیجه، ناحیه پایه با الکترون‌های آزاد غنی می‌شود، که برخی از آنها با حفره‌ها دوباره ترکیب می‌شوند، برخی به مثبت پایه جریان می‌یابند و برخی (بیشتر) به سمت کلکتور می‌روند.

بنابراین، ترانزیستور باز می شود و جریان امیتر-کلکتور در آن جریان می یابد. اگر ولتاژ پایه افزایش یابد، جریان کلکتور-امیتر نیز افزایش می یابد. علاوه بر این، با یک تغییر کوچک در ولتاژ کنترل، افزایش قابل توجهی در جریان از طریق کلکتور-امیتر مشاهده می شود. بر این اثر است که عملکرد ترانزیستورها در تقویت کننده ها است.

به طور خلاصه، این کل نکته نحوه کار ترانزیستورها است. آیا نیاز به طراحی یک تقویت کننده قدرت ترانزیستور دوقطبی یک شبه دارید یا برای مطالعه عملکرد یک ترانزیستور کارهای آزمایشگاهی انجام دهید؟ اگر از کمک متخصصان خدمات دانشجویی ما استفاده کنید، حتی برای یک مبتدی هم مشکلی نیست.

با خیال راحت در مورد مسائل مهمی مانند مطالعه به دنبال کمک حرفه ای باشید! و اکنون که از قبل ایده ای در مورد ترانزیستور دارید، از شما دعوت می کنیم تا استراحت کنید و ویدیوی باند کورن "Twisted transistor" را تماشا کنید! به عنوان مثال، تصمیم به خرید یک گزارش تمرین، با کتاب مکاتبات تماس بگیرید.

اصل کنترل نیمه هادی جریان الکتریکی در اوایل قرن بیستم شناخته شد. علیرغم این واقعیت که مهندسان شاغل در زمینه الکترونیک رادیویی می دانستند که ترانزیستور چگونه کار می کند، آنها به طراحی دستگاه هایی بر اساس لوله های خلاء ادامه دادند. دلیل چنین بی اعتمادی نسبت به تریودهای نیمه هادی، نقص ترانزیستورهای نقطه اول بود. خانواده ترانزیستورهای ژرمانیومی در پایداری ویژگی هایشان تفاوتی نداشتند و به شدت به شرایط دما وابسته بودند.

رقابت جدی برای لوله های خلاء توسط ترانزیستورهای سیلیکونی یکپارچه تنها در پایان دهه 50 ایجاد شد. از آن زمان، صنعت الکترونیک به سرعت شروع به توسعه کرد و تریودهای نیمه هادی فشرده به طور فعال جایگزین لامپ های انرژی بر مدارهای دستگاه های الکترونیکی شدند. با ظهور مدارهای مجتمع، که تعداد ترانزیستورها می تواند به میلیاردها برسد، الکترونیک نیمه هادی پیروزی قانع کننده ای را در مبارزه برای کوچک سازی دستگاه ها به دست آورده است.

ترانزیستور چیست؟

در مفهوم مدرن ترانزیستور یک عنصر رادیویی نیمه هادی نامیده می شود که برای تغییر پارامترهای جریان الکتریکی و کنترل آن طراحی شده است. یک تریود نیمه هادی معمولی دارای سه خروجی است: یک پایه که سیگنال های کنترلی به آن اعمال می شود، یک امیتر و یک کلکتور. ترانزیستورهای کامپوزیت با قدرت بالا نیز وجود دارد.

مقیاس اندازه دستگاه های نیمه هادی قابل توجه است - از چند نانومتر (عناصر بسته بندی نشده مورد استفاده در ریز مدارها) تا سانتی متر در قطر ترانزیستورهای قدرتمند طراحی شده برای نیروگاه ها و تجهیزات صنعتی. ولتاژ معکوس تریودهای صنعتی می تواند تا 1000 ولت برسد.

دستگاه

از نظر ساختاری، تریود شامل لایه های نیمه هادی است که در یک محفظه محصور شده اند. نیمه هادی ها موادی هستند که بر پایه سیلیکون، ژرمانیوم، آرسنید گالیم و سایر عناصر شیمیایی ساخته شده اند. امروزه تحقیقاتی در حال انجام است که برخی از انواع پلیمرها و حتی نانولوله های کربنی را برای نقش مواد نیمه هادی آماده می کند. ظاهراً در آینده نزدیک با خواص جدید ترانزیستورهای اثر میدان گرافن آشنا خواهیم شد.

پیش از این، کریستال های نیمه هادی در جعبه های فلزی به شکل کلاه با سه پایه قرار داشتند. این طراحی برای ترانزیستورهای نقطه ای معمولی بود.

امروزه طراحی اکثر دستگاه های نیمه هادی تخت، از جمله سیلیکونی، بر اساس تک کریستال دوپ شده در قسمت های خاصی ساخته می شود. آنها به محفظه های پلاستیکی، شیشه ای فلزی یا سرامیکی فلزی فشرده می شوند. برخی از آنها دارای صفحات فلزی بیرون زده برای دفع گرما هستند که روی رادیاتورها نصب می شوند.

الکترودهای ترانزیستورهای مدرن در یک ردیف مرتب شده اند. این چیدمان پاها برای مونتاژ تخته خودکار مناسب است. پایانه ها روی بدنه ها مشخص نشده اند. نوع الکترود توسط کتاب های مرجع یا با اندازه گیری تعیین می شود.

برای ترانزیستورها از کریستال های نیمه هادی با ساختارهای مختلف مانند p-n-p یا n-p-n استفاده می شود. آنها در قطبیت ولتاژ روی الکترودها متفاوت هستند.

به طور شماتیک، ساختار یک ترانزیستور را می توان به صورت دو دیود نیمه هادی که توسط یک لایه اضافی از هم جدا شده اند، نشان داد. (شکل 1 را ببینید). وجود این لایه است که امکان کنترل رسانایی تریود نیمه هادی را فراهم می کند.

برنج. 1. ساختار ترانزیستورها

شکل 1 به صورت شماتیک ساختار تریودهای دوقطبی را نشان می دهد. دسته دیگری از ترانزیستورهای اثر میدانی وجود دارد که در ادامه به آنها پرداخته خواهد شد.

اصل اساسی عملیات

در حالت سکون، هیچ جریانی بین کلکتور و تابشگر یک تریود دوقطبی جریان ندارد. مقاومت محل اتصال امیتر که در نتیجه تعامل لایه ها ایجاد می شود، از جریان الکتریکی جلوگیری می کند. برای روشن کردن ترانزیستور، لازم است ولتاژ کمی به پایه آن اعمال شود.

شکل 2 نموداری را نشان می دهد که نحوه عملکرد یک تریود را توضیح می دهد.

با کنترل جریان های پایه می توانید دستگاه را روشن و خاموش کنید. اگر سیگنال آنالوگ به پایه اعمال شود، دامنه جریان های خروجی را تغییر می دهد. در این حالت، سیگنال خروجی دقیقاً فرکانس نوسان را در الکترود پایه تکرار می کند. به عبارت دیگر، سیگنال الکتریکی دریافتی در ورودی تقویت خواهد شد.

بنابراین، تریودهای نیمه هادی می توانند در حالت کلیدهای الکترونیکی یا در حالت تقویت سیگنال های ورودی کار کنند.

عملکرد دستگاه در حالت کلید الکترونیکی را می توان از شکل 3 فهمید.

تعیین روی نمودارها

نماد متداول: "VT" یا "Q"به دنبال آن یک شاخص موقعیتی. به عنوان مثال، VT 3. در نمودارهای قبلی، عناوین منسوخ شده را می توان یافت: "T"، "PP" یا "PT". ترانزیستور به صورت خطوط نمادین نشان دهنده الکترودهای مربوطه، دایره ای یا غیر دایره ای نشان داده می شود. جهت جریان در امیتر با یک فلش نشان داده می شود.

شکل 4 یک مدار ULF را نشان می دهد که در آن ترانزیستورها به روشی جدید برچسب گذاری شده اند و شکل 5 نمایش شماتیک انواع مختلف ترانزیستورهای اثر میدان را نشان می دهد.

برنج. 4. نمونه ای از مدار ULF روی تریودها

انواع ترانزیستور

با توجه به اصل عملکرد و ساختار، تریودهای نیمه هادی متمایز می شوند:

• رشته؛
• دوقطبی؛
• ترکیب شده.

این ترانزیستورها عملکردهای مشابهی را انجام می دهند، اما در اصل عملکرد آنها تفاوت هایی وجود دارد.

رشته

این نوع تریود نیز به دلیل خواص الکتریکی تک قطبی نامیده می شود - آنها دارای جریان تنها یک قطبی هستند. با توجه به ساختار و نوع کنترل، این دستگاه ها به 3 نوع تقسیم می شوند:

1. ترانزیستورها با اتصال p-n کنترلی (شکل 6).
2. با یک دروازه عایق (با یک کانال داخلی یا با یک کانال القایی وجود دارد).
3. MDP، با ساختار: فلز-دی الکتریک-رسانا.

یکی از ویژگی های بارز دروازه عایق، وجود دی الکتریک بین آن و کانال است.

قطعات به الکتریسیته ساکن بسیار حساس هستند.

مدارهای تریود میدانی در شکل 5 نشان داده شده است.

به نام الکترودها توجه کنید: تخلیه، منبع و دروازه.

FET ها انرژی بسیار کمی مصرف می کنند. آنها می توانند بیش از یک سال با باتری یا باتری کوچک دوام بیاورند. بنابراین در وسایل الکترونیکی مدرن مانند کنترل از راه دور، گجت های موبایل و غیره کاربرد وسیعی یافته اند.

دوقطبی

در مورد این نوع ترانزیستور در زیر بخش "اصل اساسی عملکرد" ​​مطالب زیادی گفته شده است. ما فقط توجه می کنیم که دستگاه به دلیل توانایی انتقال بارهای علائم مخالف از طریق یک کانال، نام "Bipolar" را دریافت کرد. ویژگی آنها امپدانس خروجی کم است.

ترانزیستورها سیگنال ها را تقویت می کنند و به عنوان دستگاه سوئیچینگ عمل می کنند. یک بار به اندازه کافی قدرتمند می تواند در مدار کلکتور گنجانده شود. به دلیل جریان زیاد کلکتور، مقاومت بار را می توان کاهش داد.

در زیر جزئیات بیشتری در مورد ساختار و اصل عملیات در نظر خواهیم گرفت.

ترکیب شده

به منظور دستیابی به پارامترهای الکتریکی خاص از استفاده از یک عنصر گسسته، توسعه دهندگان ترانزیستور طرح های ترکیبی را اختراع می کنند. از جمله آنها عبارتند از:

• با مقاومت های تعبیه شده و مدار آنها؛
• ترکیبی از دو تریود (ساختارهای یکسان یا متفاوت) در یک مورد.
• دیودهای لامبدا - ترکیبی از دو تریود میدانی که یک بخش با مقاومت منفی را تشکیل می دهند.
• سازه هایی که در آنها یک تریود میدان گیت عایق، یک تریود دوقطبی را کنترل می کند (برای کنترل موتورهای الکتریکی استفاده می شود).

ترانزیستورهای ترکیبی در واقع یک ریزمدار اولیه در یک بسته هستند.

ترانزیستور دوقطبی چگونه کار می کند؟ دستورالعمل برای آدمک ها

عملکرد ترانزیستورهای دوقطبی بر اساس خواص نیمه رساناها و ترکیب آنهاست. برای درک اصل عملکرد تریودها به رفتار نیمه هادی ها در مدارهای الکتریکی می پردازیم.

نیمه هادی ها

برخی از کریستال ها مانند سیلیکون، ژرمانیوم و غیره دی الکتریک هستند. اما آنها یک ویژگی دارند - اگر ناخالصی های خاصی را اضافه کنید، به هادی هایی با خواص ویژه تبدیل می شوند.

برخی از افزودنی ها (اهداکننده ها) منجر به ظهور الکترون های آزاد می شوند، در حالی که برخی دیگر (پذیرنده ها) "سوراخ" را تشکیل می دهند.

به عنوان مثال، اگر سیلیکون با فسفر (اهداکننده) دوپ شده باشد، نیمه هادی با الکترون اضافی (ساختار n-Si) بدست می آوریم. هنگامی که بور (پذیرنده) اضافه می شود، سیلیکون دوپ شده تبدیل به یک نیمه رسانای سوراخ (p-Si) می شود، یعنی یون های دارای بار مثبت در ساختار آن غالب می شوند.

هدایت یک طرفه

بیایید یک آزمایش فکری انجام دهیم: بیایید دو نیمه هادی ناهمگن را به یک منبع برق متصل کنیم و جریان را به طراحی خود وارد کنیم. اتفاق غیرمنتظره ای رخ خواهد داد. اگر سیم منفی را به یک کریستال نوع n وصل کنید، مدار بسته می شود. با این حال، وقتی قطبیت را معکوس کنیم، برق در مدار وجود نخواهد داشت. چرا این اتفاق می افتد؟

در نتیجه اتصال کریستال ها با انواع رسانایی، ناحیه ای با اتصال p-n بین آنها تشکیل می شود. بخشی از الکترون‌ها (حامل بار) از کریستال نوع n به کریستالی با رسانایی حفره‌ای جریان می‌یابند و حفره‌ها را در ناحیه تماس دوباره ترکیب می‌کنند.

در نتیجه، بارهای جبران نشده ایجاد می شود: در منطقه نوع n - از یون های منفی و در منطقه نوع p از یون های مثبت. اختلاف پتانسیل به مقدار 0.3 تا 0.6 ولت می رسد.

رابطه بین ولتاژ و غلظت ناخالصی را می توان با فرمول بیان کرد:

φ= وی تی*لوگاریتم( N n* Np)/n 2 i , Where

وی تی – مقدار تنش ترمودینامیکی، N nو Np – غلظت الکترون ها و حفره ها به ترتیب و n i نشان دهنده غلظت ذاتی است.

هنگام اتصال یک پلاس به یک رسانای p و یک منفی به یک نیمه هادی نوع n، بارهای الکتریکی بر مانع غلبه می کنند، زیرا حرکت آنها در برابر میدان الکتریکی داخل پیوند p-n هدایت می شود. در این مورد، انتقال باز است. اما اگر قطب ها معکوس شوند، انتقال بسته خواهد شد. از این رو نتیجه: پیوند p-n هدایت یک طرفه را تشکیل می دهد. از این خاصیت در طراحی دیودها استفاده می شود.

از دیود تا ترانزیستور

بیایید آزمایش را پیچیده کنیم. بیایید یک لایه دیگر بین دو نیمه هادی با ساختار مشابه اضافه کنیم. به عنوان مثال، بین ویفرهای سیلیکونی نوع p، یک لایه رسانا (n-Si) وارد می کنیم. حدس زدن اینکه در مناطق تماس چه اتفاقی خواهد افتاد دشوار نیست. بر اساس قیاس با فرآیندی که در بالا توضیح داده شد، مناطقی با اتصالات p-n تشکیل می شوند که بدون توجه به قطبیت جریان، حرکت بارهای الکتریکی بین امیتر و کلکتور را مسدود می کنند.

جالب ترین چیز زمانی اتفاق می افتد که ما یک ولتاژ جزئی به لایه میانی (پایه) اعمال می کنیم. در مورد ما، یک جریان با علامت منفی اعمال می کنیم. همانطور که در مورد یک دیود، یک مدار امیتر-پایه تشکیل می شود که جریان از طریق آن جریان می یابد. در همان زمان، لایه شروع به اشباع شدن با سوراخ ها می کند که منجر به هدایت سوراخ بین امیتر و کلکتور می شود.

به شکل 7 نگاه کنید. این نشان می‌دهد که یون‌های مثبت کل فضای طرح شرطی ما را پر کرده‌اند و اکنون هیچ چیزی با هدایت جریان تداخلی ندارد. ما یک مدل بصری از یک ترانزیستور دوقطبی p-n-p به دست آورده ایم.

هنگامی که پایه قطع می شود، ترانزیستور خیلی سریع به حالت اولیه خود باز می گردد و محل اتصال کلکتور بسته می شود.

این دستگاه همچنین می تواند در حالت تقویت کننده کار کند.

جریان کلکتور با جریان پایه نسبت مستقیم دارد. : منبه= ß* منب ، جایی که ß – سود فعلی، منب – جریان پایه

اگر مقدار جریان کنترل را تغییر دهید، شدت تشکیل سوراخ ها روی پایه تغییر می کند، که منجر به تغییر متناسب در دامنه ولتاژ خروجی، با حفظ فرکانس سیگنال می شود. این اصل برای تقویت سیگنال ها استفاده می شود.

با اعمال پالس های ضعیف به پایه، در خروجی فرکانس تقویت یکسانی را دریافت می کنیم، اما با دامنه بسیار بزرگتر (تنظیم شده توسط ولتاژ اعمال شده به مدار کلکتور-امیتر).

ترانزیستورهای NPN به روشی مشابه کار می کنند. فقط قطبیت ولتاژها تغییر می کند. دستگاه هایی با ساختار n-p-n هدایت مستقیم دارند. ترانزیستورهای نوع P-n-p دارای رسانایی معکوس هستند.

باید اضافه کرد که یک کریستال نیمه هادی به روشی مشابه با طیف فرابنفش نور واکنش نشان می دهد. با روشن و خاموش کردن شار فوتون، یا با تنظیم شدت آن، می توان عملکرد تریود را کنترل کرد یا مقاومت یک مقاومت نیمه هادی را تغییر داد.

مدارهای سوئیچینگ ترانزیستور دوقطبی

مهندسین مدار از طرح های اتصال زیر استفاده می کنند: با پایه مشترک، الکترودهای امیتر مشترک و روشن شدن با یک کلکتور مشترک (شکل 8).

برای تقویت کننده های با پایه مشترک معمول است:

• امپدانس ورودی کم، که از 100 اهم تجاوز نمی کند.
• خواص دمایی خوب و ویژگی های فرکانس تریود؛
• ولتاژ مجاز بالا؛
• به دو منبع تغذیه مختلف نیاز دارد.

مدارهای امیتر رایج دارای:

• افزایش جریان و ولتاژ بالا؛
• بهره کم توان؛
• وارونگی ولتاژ خروجی نسبت به ورودی

با این اتصال، یک منبع تغذیه کافی است.

طرح اتصال طبق اصل "کلکتور مشترک" فراهم می کند:

• امپدانس ورودی بالا و خروجی کم؛
• بهره ولتاژ پایین (< 1).

ترانزیستور اثر میدان چگونه کار می کند؟ توضیح برای آدمک ها

ساختار یک ترانزیستور اثر میدانی با ترانزیستور دوقطبی متفاوت است زیرا جریان موجود در آن از مناطق اتصال p-n عبور نمی کند. بارها در امتداد یک منطقه قابل تنظیم به نام دروازه حرکت می کنند. پهنای باند گیت توسط ولتاژ تنظیم می شود.

فضای ناحیه p-n تحت تأثیر میدان الکتریکی کاهش یا افزایش می یابد (شکل 9 را ببینید). بر این اساس، تعداد حامل های شارژ رایگان تغییر می کند - از تخریب کامل تا اشباع نهایی. در نتیجه چنین ضربه ای روی دروازه، جریان در الکترودهای تخلیه (تماس هایی که جریان پردازش شده را تولید می کنند) تنظیم می شود. جریان ورودی از طریق تماس های منبع جریان می یابد.

تریودهای میدانی با کانال داخلی و القایی بر اساس اصل مشابهی کار می کنند. طرح های آنها را در شکل 5 مشاهده کردید.

مدارهای سوئیچینگ FET

در عمل، طرح های اتصال با قیاس با یک سه قطبی دوقطبی استفاده می شود:

• با یک منبع مشترک - تقویت زیادی از جریان و قدرت می دهد.
• مدارهای دروازه مشترک ارائه امپدانس ورودی کم و بهره کم (با استفاده محدود)؛
• مدارهای تخلیه مشترک که مانند مدارهای امیتر مشترک کار می کنند.

شکل 10 نمودارهای مختلف سیم کشی را نشان می دهد.

تقریباً هر مداری قادر است در ولتاژهای ورودی بسیار پایین کار کند.

ویدئویی که اصل کار ترانزیستور را به زبان ساده توضیح می دهد

پس از شروع مطالعه ترانزیستورهای دوقطبی، پیام های زیادی در مورد آنها به پیام های شخصی می رسد. رایج ترین سوالات چیزی شبیه به این است:

اگر یک ترانزیستور از دو دیود تشکیل شده است، پس چرا فقط از دو دیود استفاده نکنید و یک ترانزیستور ساده از آنها بسازید؟

اگر ترانزیستور از دو دیود تشکیل شده باشد که توسط کاتد یا آند به هم متصل شده اند، چرا جریان الکتریکی از کلکتور به امیتر (یا برعکس) جریان می یابد؟ از این گذشته ، جریان فقط از طریق یک دیود متصل در جهت جلو جریان می یابد ، از این گذشته ، نمی تواند از طریق دیود دیگری عبور کند ، آیا اینطور نیست؟

اما حقیقت مال شماست ... همه چیز منطقی است ... اما یک چیزی به نظر من می رسد که یک جایی وجود دارد ;-). و اینجا جایی است که این "برجسته" را در این مقاله در نظر خواهیم گرفت ...

ساختار ترانزیستور

بنابراین، همانطور که همه شما از مقالات قبلی به یاد دارید، هر ترانزیستور دوقطبی، فرض کنید، از دو دیود تشکیل شده است. برای

مدار معادل به صورت زیر است:

و برای ترانزیستور NPN

یه چیزی شبیه اون:

و چه چیزی عاقل باشیم؟ بیایید یک آزمایش ساده انجام دهیم!

همه ما ترانزیستور شوروی KT815B مورد علاقه خود را داریم. این یک ترانزیستور رسانایی سیلیکونی NPN است:

مونتاژ یک شماتیک ساده OE (در بارهعمومی E mitter) برای نشان دادن برخی از خواص آن. من این تجربه را در مقالات قبلی نشان داده ام. اما همانطور که می گویند تکرار مادر یادگیری است.

برای نشان دادن این تجربه، به یک لامپ رشته ای کم مصرف و چند منبع تغذیه نیاز داریم. همه را به این صورت کنار هم قرار دهید:

ما کجا هستیم خفاش 1- این منبع تغذیه ای است که بین پایه و امیتر روشن می کنیم و خفاش 2- منبع تغذیه ای که بین کلکتور و امیتر روشن می کنیم و علاوه بر آن یک لامپ دیگر به صورت سری می چسبد.

همه چیز به این شکل است:

از آنجایی که لامپ به طور معمول با ولتاژ 5 ولت می تابد، من 5 ولت را نیز روی بت 2 تنظیم کردم.

در Bat 1 به تدریج ولتاژ را افزایش می دهیم و در ولتاژ 0.6 ولت

ما یک لامپ داریم بنابراین، ترانزیستور ما "باز شد"

اما از آنجایی که یک ترانزیستور از دیود تشکیل شده است، چرا دو دیود را نگیریم و از آنها یک ترانزیستور "نسازیم"؟ زودتر گفته شود. ما مدار معادل ترانزیستور KT815B را از دو دیود با نام تجاری 1N4007 مونتاژ می کنیم.

در شکل زیر سرهای دیودها را آند و کاتد و همچنین لیدهای ترانزیستور را برچسب گذاری کرده ام.

همه را به همین ترتیب کنار هم قرار دهید:

از آنجایی که ترانزیستور KT815B ما سیلیکونی بود و دیودهای 1N4007 نیز سیلیکونی بودند، بنابراین، در تئوری، ترانزیستور دیود باید با ولتاژ 0.6-0.7 ولت باز شود. ولتاژ را به Bat1 به 0.7 ولت اضافه کنید.

و…

نه چراغ روشن نیست

اگر به منبع تغذیه Bat1 دقت کنید، می بینید که مصرف 0.7 ولت قبلا 0.14 آمپر بوده است.

به بیان ساده، اگر کمی بیشتر انرژی داده بودیم، البته اگر مشخصه جریان-ولتاژ (CVC) دیود را به خاطر بیاوریم، دیود پایه امیتر را می سوزاندیم.

اما چرا، قضیه چیست؟ چرا ترانزیستور KT815B که اساساً از همان دیودهای سیلیکونی تشکیل شده است، جریان الکتریکی را از کلکتور-امیتر عبور می دهد و دو دیود لحیم شده نیز به عنوان یک ترانزیستور کار نمی کنند؟ سگ کجا دفن شده است؟

آیا می دانید این "دیودها" چگونه در ترانزیستور قرار دارند؟ اگر در نظر بگیریم که نیمه هادی N نان است و لایه نازک ژامبون نیمه هادی P است، در ترانزیستور آنها چیزی شبیه به این قرار دارند (ما به سالاد نگاه نمی کنیم):

نکته این است که پایه در ترانزیستور از نظر عرض بسیار نازک استمثل این ژامبون و کلکتور و قطره چکان به اندازه این نصف نان پهن است (کمی اغراق می کنم البته کمی کوچکتر هستند) بنابراین ترانزیستور مانند ترانزیستور عمل می کند :-) یعنی باز می شود و جریان را از کلکتور-امیتر عبور می دهد.

با توجه به این واقعیت که پایه از عرض بسیار نازک است، به این معنی که دو اتصال P-N در فاصله بسیار کمی از یکدیگر قرار دارند و تعامل بین آنها رخ می دهد. این تعامل نامیده می شود اثر ترانزیستور و اثر ترانزیستوری بین دیودها که در آن فاصله بین دو اتصال P-N مانند ماه است چگونه می تواند باشد؟

این مقاله در درجه اول برای کسانی که عاشق کاردستی هستند و می دانند چگونه کاردستی کنند جالب خواهد بود. البته می توانید دستگاه ها و دستگاه های آماده مختلفی از جمله محصولات فتوولتائیک خورشیدی مونتاژ شده یا فله خریداری کنید. اما صنعتگران بسیار بیشتر علاقه مند به ساخت دستگاه خود هستند که مانند دیگران نیست، اما دارای خواص منحصر به فردی است. به عنوان مثال، یک باتری خورشیدی را می توان از ترانزیستور با دستان خود ساخت، دستگاه های مختلفی را می توان بر اساس این باتری خورشیدی مونتاژ کرد، به عنوان مثال، یک سنسور نور یا یک شارژر کم مصرف.

باتری خورشیدی را جمع می کنیم

ماژول های هلیوم صنعتی از سیلیکون به عنوان عنصری استفاده می کنند که نور خورشید را به الکتریسیته تبدیل می کند. طبیعتاً این ماده پردازش مناسبی را پشت سر گذاشت که عنصر طبیعی را به یک نیمه هادی کریستالی تبدیل کرد. این کریستال به نازک ترین صفحات بریده می شود، که سپس به عنوان پایه ای برای مونتاژ ماژول های خورشیدی بزرگ عمل می کند. از همین ماده در ساخت دستگاه های نیمه هادی نیز استفاده می شود. بنابراین، در اصل، یک باتری خورشیدی می تواند از تعداد کافی ترانزیستور سیلیکونی ساخته شود.

برای ساخت باتری هلیوم، بهتر است از دستگاه های قدرتمند قدیمی با علامت "P" یا "CT" استفاده کنید. هرچه ترانزیستور قدرتمندتر باشد، مساحت کریستال سیلیکون بزرگتر است و در نتیجه، ناحیه بزرگتر دارای فتوسل خواهد بود. مطلوب است که آنها کار کنند، در غیر این صورت استفاده از آنها ممکن است مشکل ساز شود. البته می توانید سعی کنید از ترانزیستورهای معیوب استفاده کنید. اما در عین حال، هر یک از آنها باید برای عدم وجود اتصال کوتاه در یکی از دو اتصال بررسی شود: امیتر - پایه یا جمع کننده - پایه.

قطبیت باتری ایجاد شده به ساختار ترانزیستورهای مورد استفاده (p-n-p یا n-p-n) بستگی دارد. به عنوان مثال، KT819 دارای ساختار n-p-n است، بنابراین خروجی مثبت ("+") ترمینال پایه و خروجی منفی ("-") پایانه های امیتر و کلکتور خواهد بود. و ترانزیستورهای نوع P201، P416 دارای ساختار p-n-p هستند، بنابراین برای آنها خروجی پایه منفی ("-") و خروجی امیتر و کلکتور مثبت ("+") خواهد بود. اگر P201 - P203 خانگی را به عنوان یک مبدل نوری در نظر بگیریم، با روشنایی خوب می توانید جریان خروجی تا سه میلی آمپر با ولتاژ 1.5 ولت دریافت کنید.

ترانزیستور P202M

پس از انتخاب نوع و مونتاژ تعداد کافی ترانزیستور، به عنوان مثال P201 یا P416، می توانید شروع به ساخت باتری خورشیدی کنید. برای انجام این کار، در یک دستگاه خسته کننده، فلنج های ترانزیستورها را خرد کنید و قسمت بالایی محفظه را بردارید. سپس باید یک عملیات معمول، اما ضروری را برای بررسی مناسب بودن همه ترانزیستورها برای استفاده از آنها به عنوان فتوسل انجام دهید. برای انجام این کار، از یک مولتی متر دیجیتال استفاده کنید و آن را در حالت میلی‌متر با محدوده اندازه‌گیری تا 20 میلی‌آمپر قرار دهید. ما پروب "مثبت" را به کلکتور ترانزیستور تحت آزمایش و پروب "منفی" را به پایه وصل می کنیم.

اگر روشنایی به اندازه کافی خوب باشد، مولتی متر مقدار جریانی از 0.15 تا 0.3 میلی آمپر را نشان می دهد. اگر مقدار فعلی کمتر از مقدار حداقل است، پس بهتر است از این ترانزیستور استفاده نکنید. پس از بررسی جریان، ولتاژ را بررسی کنید. بدون برداشتن پروب ها از پایانه ها، مولتی متر باید برای اندازه گیری ولتاژ در محدوده حداکثر یک ولت سوئیچ شود. با روشنایی یکسان، دستگاه باید ولتاژ تقریباً 0.3 ولت را نشان دهد. اگر نشانگرهای جریان و ولتاژ با مقادیر داده شده مطابقت داشته باشند، ترانزیستور برای استفاده به عنوان فتوسل در باتری خورشیدی مناسب است.

نمودار اتصال ترانزیستورها در باتری خورشیدی

در صورت امکان، می توانید سعی کنید ترانزیستورهایی را با حداکثر کارایی انتخاب کنید. برای برخی از ترانزیستورها، از نظر محل پایانه های نصب باتری، ممکن است استفاده از انتقال پایه-امیتر راحت تر باشد. سپس خروجی کلکتور آزاد می ماند. و آخرین نکته ای که هنگام ساخت باتری هلیوم از ترانزیستور باید در نظر داشت. هنگام مونتاژ باتری، باید مراقب حذف گرما بود، زیرا هنگام گرم شدن، کریستال نیمه هادی، با شروع حدود 25+ درجه سانتیگراد، حدود 0.5٪ از ولتاژ اولیه را در هر درجه بعدی از دست می دهد.

ترانزیستور P203E با رادیاتور خنک کننده

در یک روز آفتابی تابستان، یک کریستال سیلیکون می تواند تا دمای +80 درجه سانتیگراد گرم شود. در این دمای بالا، هر سلول در یک باتری هلیوم می تواند به طور متوسط ​​0.085 ولت از دست بدهد. بنابراین، کارایی چنین باتری خانگی به طور قابل توجهی کاهش می یابد. به منظور به حداقل رساندن تلفات است که نیاز به یک هیت سینک است.

ترانزیستور معمولی به عنوان یک عنصر فتوولتائیک خورشیدی

علاوه بر این که یک ترانزیستور معمولی را می توان به سادگی به یک مبدل فوتوالکتریک تبدیل کرد، با کمی تخیل می توان از آن در مدارهای مفید دیگر با استفاده از خواص فوتوالکتریک یک نیمه هادی استفاده کرد. و دامنه این خواص می تواند غیرمنتظره ترین باشد. علاوه بر این، ترانزیستور اصلاح شده را می توان در دو نسخه استفاده کرد - در حالت باتری خورشیدی و در حالت ترانزیستور فوتو. در حالت باتری خورشیدی، از دو خروجی (پایه - کلکتور یا پایه - امیتر)، بدون هیچ گونه تغییری، سیگنال الکتریکی تولید شده توسط نیمه هادی هنگام روشن شدن حذف می شود.

ترانزیستور نوری یک وسیله نیمه هادی است که به شار نور پاسخ می دهد و در تمام محدوده های طیف کار می کند. این دستگاه ضمن تقویت تشعشع، آن را به سیگنال الکتریکی جریان مستقیم تبدیل می کند. جریان کلکتور فوتو ترانزیستور به قدرت تابش بستگی دارد. هر چه ناحیه پایه فوتوترانزیستور شدیدتر روشن شود، جریان کلکتور بیشتر می شود.

از یک ترانزیستور معمولی، می توانید نه تنها یک فتوسل بسازید که انرژی نور را به انرژی الکتریکی تبدیل می کند. یک ترانزیستور معمولی را می توان به راحتی به یک ترانزیستور نوری تبدیل کرد و از عملکرد جدید آن در آینده استفاده کرد. تقریباً هر ترانزیستور برای چنین اصلاحی مناسب است. مثلا سری MP. اگر ترانزیستور را با ترمینال ها به سمت بالا بچرخانیم، می بینیم که ترمینال پایه مستقیماً به جعبه ترانزیستور لحیم شده است و پایانه های امیتر و کلکتور جدا شده و به داخل آورده می شوند. الکترودهای ترانزیستور در یک مثلث قرار گرفته اند. اگر ترانزیستور را طوری بچرخانید که بالای این مثلث - پایه - به سمت شما بچرخد، کلکتور در سمت چپ و امیتر در سمت راست خواهد بود.

محفظه ترانزیستور از سمت امیتر جدا می شود

حال با یک سوهان سوزن باید محفظه ترانزیستور را از سمت امیتر به دقت خرد کنید تا سوراخی ایجاد شود. فوتوترانزیستور آماده کار است. مانند یک فتوسل ساخته شده از یک ترانزیستور، یک ترانزیستور نوری خانگی را می توان در مدارهای مختلفی استفاده کرد که به نور واکنش نشان می دهند. به عنوان مثال، در سنسورهای نور که روشن و خاموش کردن را کنترل می کنند، به عنوان مثال، نور خارجی.

طرح ساده ترین سنسور نور

هر دو ترانزیستور را می توان در مدارهای ردیابی خورشید برای کنترل چرخش آرایه های خورشیدی استفاده کرد. یک سیگنال ضعیف از این ترانزیستورها به سادگی تقویت می شود، به عنوان مثال، توسط یک ترانزیستور کامپوزیت دارلینگتون، که به نوبه خود می تواند رله های قدرت را کنترل کند.

نمونه های بسیار زیادی از استفاده از چنین محصولات خانگی وجود دارد. دامنه کاربرد آنها فقط با تخیل و تجربه شخصی که چنین کاری را انجام داده است محدود می شود. حلقه های درخت کریسمس چشمک زن، دیمر در اتاق، کنترل روشنایی منطقه حومه شهر ... شما می توانید این کار را خودتان انجام دهید.