اصل کار ترانزیستور در گوشی. به زبان ساده ترانزیستور چگونه کار می کند

بدون در نظر گرفتن اصول کارکرد، اصول جراحی، اصول عملکرد, ترانزیستور نیمه هادیحاوی یک کریستال منفرد از مواد نیمه هادی اصلی است که اغلب سیلیکون، ژرمانیوم، آرسنید گالیم است. در مواد پایه اضافه شده، مواد افزودنی آلیاژی برای تشکیل p-nانتقال (انتقالات)، نتیجه گیری فلزی.

این کریستال در یک محفظه فلزی، پلاستیکی یا سرامیکی قرار می گیرد تا از تأثیرات خارجی محافظت کند. با این حال، ترانزیستورهای بسته بندی نشده نیز وجود دارند.

اصل عملکرد ترانزیستور دوقطبی

بسته به تناوب لایه های نیمه هادی در کریستال، یک ترانزیستور دوقطبی می تواند p-n-p یا n-p-n باشد. در هر صورت، خروجی ها - پایه، جمع کننده و امیتر نامیده می شوند. لایه نیمه هادی مربوط به پایه بین لایه های امیتر و کلکتور محصور شده است. اساساً عرض بسیار کمی دارد. حامل های شارژ از امیتر از طریق پایه به کلکتور حرکت می کنند. شرط وقوع جریان بین کلکتور و امیتر وجود حامل های آزاد در ناحیه بیس است. این حامل ها زمانی که جریان پایه امیتر رخ می دهد به آنجا نفوذ می کنند. که علت آن ممکن است اختلاف ولتاژ بین این الکترودها باشد.

آن ها - برای عملکرد عادی ترانزیستور دوقطبیبه عنوان یک تقویت کننده سیگنال، وجود یک ولتاژ با حداقل سطح معینی همیشه برای بایاس اتصال امیتر-پایه در جهت جلو ضروری است. بایاس مستقیم اتصال پایه-امیتر، باز کردن ترانزیستور، به اصطلاح نقطه عملیاتی حالت را تنظیم می کند. برای تقویت هماهنگ سیگنال ولتاژ و جریان، از حالت - A استفاده می شود. در این حالت، ولتاژ بین کلکتور و بار تقریباً برابر با نصف ولتاژ تغذیه است - یعنی مقاومت خروجی ترانزیستور و بار. تقریباً برابر هستند. اگر اکنون به پایه انتقال - سیگنال امیتر اعمال کنیم جریان متناوب, RESISTANCE امیتر - کلکتور تغییر خواهد کرد و به صورت گرافیکی شکل سیگنال ورودی را تکرار می کند. بر این اساس، جریانی که از طریق امیتر به کلکتور می گذرد نیز همین اتفاق خواهد افتاد. علاوه بر این، دامنه جریان بیشتر از دامنه سیگنال ورودی خواهد بود - وجود خواهد داشت کسب کردنعلامت.

اگر ولتاژ بایاس بیس-امیتر را بیشتر افزایش دهید، این امر منجر به افزایش جریان در این مدار و در نتیجه افزایش حتی بیشتر در جریان امیتر-کلکتور می شود. در پایان، جریان رشد متوقف می شود - ترانزیستور به حالت کاملاً باز (اشباع) می رود. اگر سپس ولتاژ بایاس را حذف کنید، ترانزیستور بسته می شود، جریان امیتر-کلکتور کاهش می یابد، تقریبا ناپدید می شود. بنابراین ترانزیستور می تواند به عنوان کار کند کلید الکترونیکی . این حالت از نظر کنترل قدرت مؤثرترین حالت است، با عبور جریان از یک ترانزیستور کاملاً باز، افت ولتاژ حداقل است. بر این اساس تلفات جریان و گرمایش اتصالات ترانزیستور کم است.

سه نوع اتصال ترانزیستور دوقطبی وجود دارد. با قطره چکان مشترک(OE) - تقویت هم در جریان و هم در ولتاژ انجام می شود - رایج ترین طرح استفاده می شود.
آبشارهای تقویت‌کننده که به این روش ساخته شده‌اند، راحت‌تر با یکدیگر سازگار هستند، زیرا مقادیر مقاومت ورودی و خروجی آنها در مقایسه با دو نوع گنجاندن دیگر نسبتاً نزدیک است (اگرچه گاهی اوقات آنها ده‌ها برابر متفاوت هستند) .

با یک کلکتور مشترک (OK)، تقویت فقط جریان انجام می شود - برای تطبیق منابع سیگنال با مقاومت داخلی بالا (امپدانس) و بارهای با مقاومت کم استفاده می شود. مثلا در مراحل خروجی تقویت کننده ها و کنترلرها.

با یک پایه مشترک (OB)، تنها تقویت ولتاژ انجام می شود. دارای امپدانس ورودی کم و خروجی بالا و عریض تر محدوده فرکانس. این اجازه می دهد تا از چنین اتصالی برای تطبیق منابع سیگنال با مقاومت داخلی پایین (امپدانس) با مرحله تقویت بعدی استفاده شود. به عنوان مثال، در مدارهای ورودیدستگاه های گیرنده رادیویی

اصل عملکرد ترانزیستور اثر میدانی.

ترانزیستور اثر میدانی، مانند ترانزیستور دوقطبی، دارای سه الکترود است. آنها نامیده می شوند - تخلیه، منبع و دروازه. اگر ولتاژی در دروازه وجود نداشته باشد و ولتاژ مثبتی نسبت به منبع به درین اعمال شود، حداکثر جریان از کانال بین منبع و تخلیه عبور می کند.

یعنی ترانزیستور کاملا باز است. به منظور تغییر آن، یک ولتاژ منفی نسبت به منبع به گیت اعمال می شود. تحت تاثیر میدان الکتریکی(از این رو نام ترانزیستور) کانال باریک می شود، مقاومت آن افزایش می یابد و جریان عبوری از آن کاهش می یابد. در یک مقدار ولتاژ مشخص، کانال به حدی باریک می شود که جریان عملاً ناپدید می شود - ترانزیستور بسته می شود.

شکل یک دستگاه ترانزیستور اثر میدانی گیت عایق شده (IRF) را نشان می دهد.

اگر ولتاژ مثبتی به گیت این دستگاه وارد نشود، کانالی بین منبع و درین وجود ندارد و جریان صفر است. ترانزیستور کاملا بسته است. کانال در یک حداقل ولتاژ دروازه (ولتاژ آستانه) رخ می دهد. سپس مقاومت کانال تا باز شدن کامل ترانزیستور کاهش می یابد.

ترانزیستورهای اثر میدانی، مانند اتصال p-nاهم (کانال) و MOS (MDP) مدارهای سوئیچینگ زیر را دارند: با یک منبع مشترک (OI) - یک آنالوگ OE یک ترانزیستور دوقطبی. با یک تخلیه مشترک (OS) - آنالوگ ترانزیستور دوقطبی OK. با یک دروازه مشترک (CG) - آنالوگ OB یک ترانزیستور دوقطبی.

با توجه به توان تلف شده به شکل گرما، آنها متمایز می شوند:
ترانزیستورهای کم مصرف - تا 100 مگاوات؛
ترانزیستورها توان متوسط- از 0.1 تا 1 وات؛
ترانزیستورهای قدرتمند - بیش از 1 وات.

پارامترهای مهم ترانزیستورهای دوقطبی

1. ضریب انتقال فعلی (بهره) - از 1 تا 1000 در دی سی. با افزایش فرکانس، به تدریج کاهش می یابد.
2. حداکثر ولتاژ بین کلکتور و امیتر (با پایه باز) برای ترانزیستورهای فشار قوی خاص به ده ها هزار ولت می رسد.
3. محدود کردن فرکانس که نسبت انتقال جریان بالاتر از 1 باشد. تا 100000 هرتز. برای ترانزیستورهای فرکانس پایین، بیش از 100000 هرتز. - در فرکانس های بالا
4. امیتر-کلکتور ولتاژ اشباع - مقدار افت ولتاژ بین این الکترودها در یک ترانزیستور کاملاً باز.

پارامترهای مهم ترانزیستورهای اثر میدانی

خواص تقویت کننده ترانزیستور اثر میدانی با نسبت افزایش جریان تخلیه به افزایش ولتاژ منبع دروازه که باعث آن شده است تعیین می شود.

∆Id /∆UGS

این نسبت رسانایی دستگاه نامیده می شود، اما در واقع رسانایی انتقال است و بر حسب میلی آمپر بر ولت (mA/V) اندازه گیری می شود.

دیگر مهمترین پارامترها FET ها در زیر نشان داده شده اند:
1. I Dmax - حداکثر جریان تخلیه.

2.U DSmax - حداکثر ولتاژمنبع تخلیه

3.U GSmax - حداکثر ولتاژ منبع دروازه.

4.P Dmax - حداکثر توانی که می توان به دستگاه اختصاص داد.

5.t روشن زمان افزایش معمول جریان تخلیه برای یک سیگنال ورودی کاملا مستطیلی است.

6.t off زمان فروپاشی جریان تخلیه معمولی برای سیگنال ورودی کاملا مستطیلی است.

7.R DS(روشن) حداکثر - حداکثر مقدارمنبع مقاومت - تخلیه در حالت روشن (باز).

استفاده از هرگونه مطالب در این صفحه در صورت وجود لینک به سایت مجاز است

ترانزیستور(ترانزیستور) - یک عنصر نیمه هادی با سه سرب (معمولا) که یکی از آنها ( گردآورنده) یک جریان قوی اعمال می شود و از طرف دیگر ( پایه) ضعیف ( کنترل جریان). در یک قدرت مشخص از جریان کنترل، همانطور که بود، "دریچه باز می شود" و جریان از کلکسیونرشروع به جاری شدن می کند برخروجی سوم ( ساطع کننده).

یعنی ترانزیستور نوعی است شیر فلکهکه در یک قدرت جریان معین، مقاومت را به شدت کاهش می دهد و جریان را بیشتر می کند (از کلکتور به امیتر) این به این دلیل اتفاق می افتد که تحت شرایط خاص، حفره هایی که دارای الکترون هستند با پذیرش الکترون جدید آن را از دست می دهند و غیره. در یک دایره اگر جریان الکتریکی به پایه اعمال نشود، ترانزیستور در حالت متعادل خواهد بود و جریانی را به امیتر منتقل نمی کند.

در تراشه های الکترونیکی مدرن، تعداد ترانزیستورها میلیاردها. آنها عمدتاً برای محاسبات استفاده می شوند و از روابط پیچیده تشکیل شده اند.

مواد نیمه هادی که عمدتاً در ترانزیستورها استفاده می شوند عبارتند از: سیلیکون, آرسنید گالیومو ژرمانیوم. ترانزیستورها نیز وجود دارد نانولوله های کربنی, شفافبرای نمایشگرها ال سی دیو پلیمری(امیدبخش ترین).

انواع ترانزیستور:

دوقطبی- ترانزیستورهایی که در آنها حامل های بار می توانند هم الکترون و هم "سوراخ" باشند. جریان می تواند مانند به سمت امیتر، و به سمت کلکسیونر. برای کنترل جریان، جریان های کنترلی خاصی اعمال می شود.

- وسایل رایجی که در آنها جریان الکتریکی با استفاده از میدان الکتریکی کنترل می شود. یعنی وقتی میدان بزرگتری تشکیل می‌شود، الکترون‌های بیشتری توسط آن جذب می‌شوند و نمی‌توانند بارهای بیشتری را منتقل کنند. یعنی نوعی دریچه است که می تواند میزان بار انتقالی را تغییر دهد (در صورت کنترل ترانزیستور اثر میدان پ-n— انتقال). ویژگی متمایزاین ترانزیستورها دارای ولتاژ ورودی بالا و بهره ولتاژ بالا هستند.

ترکیب شده- ترانزیستورها با مقاومت های ترکیبی یا ترانزیستورهای دیگر در همان بسته. آنها برای اهداف مختلف، اما عمدتا برای افزایش سود فعلی خدمت می کنند.

زیر انواع:

ترانزیستورهای زیستی- بر پایه پلیمرهای بیولوژیکی هستند که می توانند در پزشکی، بیوتکنولوژی بدون آسیب به موجودات زنده استفاده شوند. مطالعات بر اساس متالوپروتئین ها، کلروفیل A (به دست آمده از اسفناج)، ویروس موزاییک تنباکو انجام شده است.

ترانزیستورهای تک الکترونی- اولین بار توسط دانشمندان روسی در 1996. آنها برخلاف پیشینیان خود می توانستند در دمای اتاق کار کنند. اصل کار شبیه ترانزیستور اثر میدانی است، اما ظریف تر است. فرستنده سیگنال یک یا چند الکترون است. به این ترانزیستور نانو و کوانتومی نیز می گویند. با کمک این فناوری در آینده انتظار دارند ترانزیستورهایی با اندازه بسازند کمتر از 10 نانومتر، مستقر گرافن.

ترانزیستورها برای چه مواردی استفاده می شوند؟

ترانزیستورها در مدارهای تقویت کننده, لامپ ها, موتورهای الکتریکیو وسایل دیگر در صورت لزوم تغییر سریعفعلی یا موقعیت برخاموش. ترانزیستور قادر به محدود کردن جریان یا به نرمی، یا با روش نبض—مکث. دومی بیشتر برای کنترل استفاده می شود. با استفاده از یک منبع انرژی قدرتمند، او آن را از طریق خود هدایت می کند و آن را با جریان ضعیف تنظیم می کند.

اگر قدرت جریان برای روشن کردن مدار ترانزیستور کافی نیست، پس ترانزیستورهای متعددبا حساسیت بیشتر، به صورت آبشاری متصل شده است.

ترانزیستورهای قدرتمند متصل شده در یک یا چند مورد در یک کاملاً استفاده می شود تقویت کننده های دیجیتالمستقر . اغلب آنها نیاز دارند خنک کننده اضافی . در اکثر طرح ها، آنها کار می کنند حالت کلیدی(در حالت سوئیچ).

از ترانزیستورها نیز استفاده می شود در سیستم های قدرتچه دیجیتال و چه آنالوگ مادربردها , کارت های ویدئویی, منابع تغذیه& و غیره ).

مرکزی پردازنده ها، همچنین شامل میلیون ها و میلیاردها ترانزیستور است که به ترتیب خاصی برای تخصصی متصل شده اند محاسبه.

هر گروه از ترانزیستورها سیگنال را به روش خاصی رمزگذاری می کنند و آن را برای پردازش بیشتر ارسال می کنند. همه انواع و رامحافظه ها نیز از ترانزیستور ساخته شده اند.

همه دستاوردهای میکروالکترونیکعملا خواهد بود غیر ممکنبدون اختراع و استفاده از ترانزیستور. تصور حداقل یک دستگاه الکترونیکی بدون حداقل یک ترانزیستور دشوار است.

توضیحات لازم داده شده، بریم سر اصل مطلب.

ترانزیستورها تعریف و تاریخچه

ترانزیستور- یک دستگاه نیمه هادی الکترونیکی که در آن جریان در مدار دو الکترود توسط الکترود سوم کنترل می شود. (transistors.ru)

ترانزیستورها به سرعت جایگزین لوله های خلاء در دستگاه های الکترونیکی مختلف شدند. در این راستا، قابلیت اطمینان این گونه دستگاه ها افزایش یافته و اندازه آنها بسیار کاهش یافته است. و تا به امروز، مهم نیست که یک ریزمدار چقدر "فانتزی" است، همچنان حاوی تعداد زیادی ترانزیستور (و همچنین دیودها، خازن ها، مقاومت ها و غیره) است. فقط موارد خیلی کوچک.

به هر حال، در ابتدا "ترانزیستورها" مقاومت نامیده می شدند که مقاومت آنها را می توان با استفاده از مقدار ولتاژ اعمال شده تغییر داد. اگر فیزیک فرآیندها را نادیده بگیریم، یک ترانزیستور مدرن را نیز می توان به عنوان مقاومتی نشان داد که به سیگنال اعمال شده به آن بستگی دارد.

تفاوت بین ترانزیستورهای میدانی و دوقطبی چیست؟ پاسخ در نام آنها نهفته است. در یک ترانزیستور دوقطبی، انتقال بار شامل می شود والکترون ها وسوراخ ها ("bis" - دو بار). و در میدان (معروف به تک قطبی) - یاالکترون ها یاسوراخ ها

همچنین، این نوع ترانزیستورها در زمینه های کاربردی متفاوت هستند. دوقطبی عمدتاً در فناوری آنالوگ و میدانی در دیجیتال استفاده می شود.

و در نهایت: زمینه اصلی کاربرد هر ترانزیستور- تقویت سیگنال ضعیفبا منبع تغذیه اضافی

ترانزیستور دوقطبی اصل عملیات. ویژگی های اصلی

قبل از در نظر گرفتن فیزیک ترانزیستور، اجازه دهید مشکل کلی را بیان کنیم.


این شامل موارد زیر است: یک جریان قوی بین امیتر و کلکتور جریان دارد ( جریان کلکتور، و بین امیتر و پایه - یک جریان کنترل ضعیف ( جریان پایه). جریان کلکتور با تغییر جریان پایه تغییر خواهد کرد. چرا؟
اتصالات p-n ترانزیستور را در نظر بگیرید. دو مورد از آنها وجود دارد: امیتر-پایه (EB) و پایه-کلکتور (BC). در حالت فعال ترانزیستور، اولی آنها با بایاس رو به جلو و دومی با بایاس معکوس متصل می شود. سپس در اتصالات p-n چه اتفاقی می افتد؟ برای اطمینان بیشتر، یک ترانزیستور n-p-n را در نظر خواهیم گرفت. برای p-n-p همه چیز یکسان است، فقط کلمه "الکترون" باید با "حفره" جایگزین شود.

از آنجایی که انتقال EB باز است، الکترون‌ها به راحتی به سمت پایه می‌روند. در آنجا آنها تا حدی با سوراخ ها ترکیب می شوند، اما Oاکثر آنها به دلیل ضخامت کم پایه و آلیاژ ضعیف آن، موفق می شوند به مرحله انتقال پایه-کلکتور برسند. همانطور که به یاد داریم، با یک سوگیری معکوس همراه است. و از آنجایی که الکترون‌های موجود در پایه حامل‌های بار جزئی هستند، میدان الکتریکی انتقال به آنها کمک می‌کند تا بر آن غلبه کنند. بنابراین، جریان کلکتور فقط کمی کمتر از جریان امیتر است. حالا مراقب دست هایت باش اگر جریان پایه را افزایش دهید، اتصال EB بیشتر باز می شود و الکترون های بیشتری می توانند بین امیتر و کلکتور بلغزند. و از آنجایی که جریان کلکتور در ابتدا بیشتر از جریان پایه است، این تغییر بسیار بسیار محسوس خواهد بود. بدین ترتیب، یک سیگنال ضعیف توسط پایه تقویت می شود. یک بار دیگر، یک تغییر بزرگ در جریان کلکتور بازتابی متناسب از یک تغییر کوچک در جریان پایه است.

یادم هست که اصل کار ترانزیستور دوقطبی را با مثال شیر آب برای همکلاسی ام توضیح دادم. آب موجود در آن جریان کلکتور است و جریان کنترل پایه به میزانی است که دستگیره را می چرخانیم. یک تلاش کوچک (عمل کنترلی) برای افزایش جریان آب از شیر کافی است.

علاوه بر فرآیندهای در نظر گرفته شده، تعدادی پدیده دیگر می تواند در اتصالات p-n ترانزیستور رخ دهد. به عنوان مثال، با افزایش شدید ولتاژ در محل اتصال پایه-کلکتور، یک ضرب بار بهمن می تواند به دلیل یونیزاسیون ضربه آغاز شود. و، همراه با اثر تونل، ابتدا یک شکست الکتریکی و سپس (با افزایش جریان) یک شکست حرارتی ایجاد می کند. با این حال، شکست حرارتی در یک ترانزیستور می تواند بدون برق نیز رخ دهد (به عنوان مثال، بدون افزایش ولتاژ کلکتور تا ولتاژ شکست). برای این کار، یک جریان بیش از حد از کلکتور کافی خواهد بود.

پدیده دیگر مربوط به این واقعیت است که با تغییر ولتاژ در اتصالات کلکتور و امیتر، ضخامت آنها تغییر می کند. و اگر پایه خیلی نازک باشد، ممکن است اثر بسته شدن (به اصطلاح "پنچر شدن" پایه) رخ دهد - اتصال محل اتصال جمع کننده با امیتر. در این حالت، ناحیه پایه ناپدید می شود و ترانزیستور به طور عادی کار نمی کند.

جریان کلکتور ترانزیستور در حالت فعال معمولی ترانزیستور به تعداد معینی از جریان پایه بیشتر است. این شماره نامیده می شود سود فعلیو یکی از پارامترهای اصلی ترانزیستور است. تعیین شده است h21. اگر ترانزیستور بدون بار روی کلکتور روشن شود، پس چه زمانی ولتاژ ثابتنسبت کلکتور به امیتر جریان کلکتور به جریان پایه خواهد داد افزایش جریان ساکن. می تواند برابر با ده ها یا صدها واحد باشد، اما قابل توجه است که در مدارهای واقعی این ضریب کمتر است، زیرا با روشن شدن بار، جریان کلکتور به طور طبیعی کاهش می یابد.

دومین پارامتر مهم این است مقاومت ورودی ترانزیستور. طبق قانون اهم، نسبت ولتاژ بین پایه و امیتر به جریان کنترل پایه است. هر چه بزرگتر باشد جریان پایه کمتر و بهره بیشتر می شود.

سومین پارامتر ترانزیستور دوقطبی است افزایش ولتاژ. برابر است با نسبت دامنه یا ارزش های موثرولتاژهای متناوب خروجی (امیتر-کلکتور) و ورودی (پایه-امیتر). از آنجایی که مقدار اول معمولاً بسیار بزرگ است (واحدها و ده‌ها ولت) و دومی بسیار کوچک (دهم ولت)، این ضریب می‌تواند به ده‌ها هزار واحد برسد. لازم به ذکر است که هر سیگنال کنترل پایه دارای بهره ولتاژ خاص خود است.

همچنین ترانزیستورها هستند پاسخ فرکانس که مشخص کننده توانایی ترانزیستور برای تقویت سیگنال است که فرکانس آن به فرکانس قطع تقویت نزدیک می شود. واقعیت این است که با افزایش فرکانس سیگنال ورودی، بهره کاهش می یابد. این به دلیل این واقعیت است که زمان جریان اصلی فرآیندهای فیزیکی(زمان حرکت حامل ها از امیتر به کلکتور، شارژ و تخلیه اتصالات خازنی مانع) متناسب با دوره تغییر سیگنال ورودی می شود. آن ها ترانزیستور به سادگی زمان پاسخگویی به تغییرات سیگنال ورودی را ندارد و در برخی مواقع به سادگی تقویت آن را متوقف می کند. فرکانسی که در آن این اتفاق می افتد نامیده می شود مرز.

همچنین پارامترهای ترانزیستور دوقطبی عبارتند از:

• جریان معکوس کلکتور-امیتر
• زمان روشن شدن
• جریان معکوس کلکتور
• حداکثر جریان مجاز

مشروط نماد n-p-nو ترانزیستورهای p-n-p فقط در جهت فلشی که امیتر را نشان می دهد متفاوت است. این نشان می دهد که چگونه جریان در یک ترانزیستور مشخص می شود.

حالت های کاری ترانزیستور دوقطبی

1. حالت فعال معکوس. در اینجا انتقال BC باز است و EB، برعکس، بسته است. خواص تقویت کننده در این حالت، البته، هیچ جا بدتر نیست، بنابراین ترانزیستورها در این حالت بسیار به ندرت استفاده می شوند.
2. حالت اشباع. هر دو گذرگاه باز است. بر این اساس، حامل های بار اصلی کلکتور و امیتر به سمت پایه "دوران" می شوند، جایی که آنها به طور فعال با حامل های اصلی آن ترکیب می شوند. به دلیل ظهور بیش از حد حامل های بار، مقاومت پایه و اتصالات p-n کاهش می یابد. بنابراین، یک مدار حاوی ترانزیستور در حالت اشباع را می توان اتصال کوتاه در نظر گرفت و خود این عنصر رادیویی را می توان به عنوان یک نقطه هم پتانسیل نشان داد.
3. حالت قطع. هر دو اتصال ترانزیستور بسته هستند، یعنی. جریان حامل های شارژ اصلی بین امیتر و کلکتور متوقف می شود. جریان حامل های بار جزئی فقط جریان های انتقال حرارتی کوچک و کنترل نشده ای ایجاد می کند. به دلیل فقر پایه و انتقال توسط حامل های بار، مقاومت آنها به شدت افزایش می یابد. بنابراین، اغلب اعتقاد بر این است که یک ترانزیستور که در حالت قطع کار می کند یک مدار باز را نشان می دهد.
4. رژیم مانعدر این حالت، پایه به طور مستقیم یا از طریق یک مقاومت کوچک به کلکتور بسته می شود. همچنین یک مقاومت در مدار کلکتور یا امیتر گنجانده شده است که جریان را از طریق ترانزیستور تنظیم می کند. به این ترتیب معادل مدار یک دیود با مقاومت سری به دست می آید. این حالت بسیار مفید است، زیرا به مدار اجازه می دهد تا تقریباً در هر فرکانس، در محدوده دمایی وسیع کار کند و برای پارامترهای ترانزیستورها بی نیاز است.

مدارهای سوئیچینگ برای ترانزیستورهای دوقطبی

از آنجایی که ترانزیستور دارای سه کنتاکت است، در حالت کلی، برق باید از دو منبع به آن تامین شود که در مجموع دارای چهار خروجی هستند. بنابراین، یکی از کنتاکت های ترانزیستور باید با ولتاژ یکسان از هر دو منبع تغذیه شود. و بسته به نوع تماس آن، سه مدار برای روشن کردن ترانزیستورهای دوقطبی وجود دارد: با یک امیتر مشترک (OE)، یک کلکتور مشترک (OK) و یک پایه مشترک (OB). هر کدام از آنها هم مزایا و هم معایبی دارند. انتخاب بین آنها بسته به این است که کدام پارامتر برای ما مهم است و کدام یک را می توان قربانی کرد.

مدار سوئیچینگ با امیتر مشترک

اما با همه خوبی ها، طرح OE یک اشکال قابل توجه نیز دارد. این در این واقعیت نهفته است که افزایش فرکانس و دما منجر به وخامت قابل توجهی در خواص تقویت کننده ترانزیستور می شود. بنابراین، اگر قرار است ترانزیستور کار کند فرکانس های بالا، پس بهتر است از یک طرح سوئیچینگ متفاوت استفاده کنید. مثلا با یک پایه مشترک.

نمودار سیم کشی با پایه مشترک

در مدار پایه مشترک، فاز سیگنال معکوس نمی شود و سطح نویز در فرکانس های بالا کاهش می یابد. اما همانطور که قبلا ذکر شد، سود فعلی آن همیشه کمی کمتر از وحدت است. درست است، افزایش ولتاژ در اینجا مانند مدار با یک امیتر مشترک است. از معایب مدار با پایه مشترک می توان به نیاز به استفاده از دو منبع تغذیه نیز اشاره کرد.

طرح سوئیچینگ با یک کلکتور مشترک

به شما یادآوری کنم که منفی را چنین می گویند بازخورد، که در آن سیگنال خروجی به ورودی برگشت داده می شود که باعث کاهش سطح سیگنال ورودی می شود. به این ترتیب اتفاق می افتد تنظیم خودکارهنگام تغییر تصادفی پارامترهای سیگنال ورودی

بهره جریان تقریباً مشابه مدار امیتر رایج است. اما بهره ولتاژ کم است (عیب اصلی این مدار). به وحدت نزدیک می شود، اما همیشه کمتر از آن است. بنابراین، بهره قدرت تنها با چند ده واحد برابر است.

در مدار جمع کننده مشترک، هیچ تغییر فازی بین ولتاژ ورودی و خروجی وجود ندارد. از آنجایی که بهره ولتاژ نزدیک به واحد است، ولتاژ خروجی در فاز و دامنه با ورودی منطبق است، یعنی آن را تکرار می کند. به همین دلیل است که چنین مداری را دنبال کننده امیتر می نامند. امیتر - زیرا ولتاژ خروجی نسبت به سیم مشترک از امیتر حذف می شود.

این شامل برای مطابقت استفاده می شود مراحل ترانزیستوریا زمانی که منبع ورودی دارای امپدانس ورودی بالایی باشد (مانند پیکاپ پیزوالکتریک یا میکروفون کندانسور).

دو کلمه در مورد آبشار

همچنین ممکن است نیاز به ترانزیستوری با حساسیت خوب و در عین حال بهره خوب وجود داشته باشد. در چنین مواردی از یک آبشار ترانزیستور حساس اما کم مصرف استفاده می شود (در شکل - VT1) که منبع تغذیه یک همتای قدرتمندتر (در شکل - VT2) را کنترل می کند.

سایر کاربردهای ترانزیستورهای دوقطبی

علامت گذاری

نظرات مفید:
http://habrahabr.ru/blogs/easyelectronics/133136/#comment_4419173

برچسب ها:

• ترانزیستورها
• ترانزیستورهای دوقطبی
• الکترونیک

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 ژرمانیومیدر پایداری ویژگی ها تفاوتی نداشت و به شدت به رژیم های دما بستگی داشت.

رقابت جدی لوله های الکترونیکیترانزیستورهای سیلیکونی یکپارچه فقط در پایان دهه 50 ساخته 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، جایی که تعداد ترانزیستورها می تواند به میلیاردها برسد، الکترونیک نیمه هادی پیروزی قاطعی را در مبارزه برای کوچک سازی دستگاه ها به دست آورده است.

ترانزیستور چیست؟

که در معنای مدرنترانزیستور یک عنصر رادیویی نیمه هادی است 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 چندین نانومتر (عناصر بسته بندی نشده مورد استفاده در ریز مدارها) تا قطر سانتی متر ترانزیستورهای قدرتمندبرای نیروگاه ها و تجهیزات صنعتی طراحی شده است. 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 غیره ساخته شده اند. عناصر شیمیایی. 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 استفاده می شود. نوع pnpیا n-p-n. آنها در قطبیت ولتاژ روی الکترودها متفاوت هستند.

به طور شماتیک، ساختار یک ترانزیستور را می توان به صورت دو نشان داد دیودهای نیمه هادی، جدا از هم لایه اضافی. (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 برهمکنش 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 به پایه اعمال می کنید سیگنال آنالوگ، سپس 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. مثال طرح های ULFروی 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. ترانزیستور با مدیریت p-nانتقال (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، آنها کاربرد گسترده ای در دستگاه های الکترونیکی مدرن مانند کنترل از راه دور پیدا کرده اند. کنترل از راه دور, گجت های موبایلو غیره

دوقطبی

در مورد این نوع ترانزیستورها در بخش فرعی مطالب زیادی گفته شده است. اصل اساسیکار". 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. در مدار کلکتور می توانید به اندازه کافی بگنجانید بار قدرتمند. با تشکر از جریان بالاکلکتور، می توانید مقاومت بار را کاهش دهید.

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

ترکیب شده

برای رسیدن به معین پارامترهای الکتریکیبا استفاده از یک عنصر مجزا، طراحان ترانزیستور طرح های ترکیبی را ابداع 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 ترکیب کریستال ها با انواع متفاوترسانایی، 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. که در این موردانتقال 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 حرکت را مسدود می کنند بارهای الکتریکیبین امیتر و کلکتور و بدون توجه به قطبیت جریان.

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.

وقتی پایه قطع می شود، ترانزیستور خیلی سریع به خود می آید حالت اصلیو گذرگاه کلکتور بسته است.

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).

به روشی مشابه کار کنید ترانزیستورهای npn. فقط قطبیت ولتاژها تغییر می کند. دستگاه هایی با ساختار n-p-nهدایت مستقیم دارند هدایت معکوس ترانزیستورهای p-n-pنوع

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 بانددروازه قابل تنظیم ولتاژ است.

فضا مناطق p-nتحت 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 نشان می دهد طرح های مختلفاجزاء

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

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

ترانزیستور یک وسیله نیمه هادی فعال است که نوسانات الکتریکی را تقویت، تبدیل و تولید می کند. این کاربرد ترانزیستور را می توان در فناوری آنالوگ مشاهده کرد. علاوه بر این، آنها همچنین در فناوری دیجیتال استفاده می شوند، جایی که آنها در حالت کلید استفاده می شوند. اما در تجهیزات دیجیتال، تقریباً همه ترانزیستورها در مدارهای مجتمع و در مقادیر زیاد و در اندازه های میکروسکوپی "پنهان" هستند.

در اینجا ما زیاد روی الکترون ها، حفره ها و اتم ها که قبلاً در قسمت های قبلی مقاله توضیح داده شده اند نمی پردازیم، اما برخی از اینها، در صورت لزوم، هنوز باید به خاطر بسپارند.

یک دیود نیمه هادی از یک اتصال p-n تشکیل شده است که خواص آن شرح داده شد. همانطور که می دانید ترانزیستور از دو اتصال تشکیل شده است، بنابراین می توان آن را به عنوان سلف ترانزیستور یا نیمی از آن در نظر گرفت.

اگر اتصال p-n در حالت سکون باشد، همانطور که در شکل 1 نشان داده شده است، سوراخ ها و الکترون ها توزیع می شوند و یک مانع پتانسیل را تشکیل می دهند. بیایید سعی کنیم نمادهای الکترون ها، حفره ها و یون های نشان داده شده در این شکل را فراموش نکنیم.

تصویر 1.

ترانزیستور دوقطبی چگونه کار می کند؟