ترانزیستور به زبان ساده ترانزیستور چیست - انواع دستگاه های نیمه هادی و روش های تأیید

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. بیایید با این شروع کنیم عنصر مهممثل یک ترانزیستور 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! عملا هیچ فناوری مدرنی بدون ترانزیستور نمی تواند کار کند. مدار. آنها به طور گسترده ای در تولید استفاده می شوند علوم کامپیوتر، تجهیزات صوتی و تصویری.

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.

وجود داشته باشد انواع متفاوتترانزیستورها: 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 بالاشروع به جریان از طریق 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. شما باید تقویت کننده قدرت را در ترانزیستورهای دوقطبی یک شبه محاسبه کنید یا انجام دهید کار آزمایشگاهیبرای مطالعه عملکرد ترانزیستور؟ اگر از کمک متخصصان خدمات دانشجویی ما استفاده کنید، حتی برای یک مبتدی هم مشکلی نیست.

با خیال راحت در این مورد به دنبال کمک حرفه ای باشید مسائل مهممثل درس خواندن! 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، شما تصمیم می گیرید، با نامه نگاری تماس بگیرید.

به طور معمول، یک ترانزیستور دوقطبی را می توان به شکل یک صفحه نیمه هادی با نواحی مختلف با رسانایی متفاوت ترسیم کرد که شامل دو اتصال p-n ov. علاوه بر این، نواحی انتهایی صفحه دارای رسانایی یک نوع هستند و ناحیه میانی از نوع مخالف، هر یک از مناطق نتیجه گیری شخصی خود را دارد.

بسته به تناوب این نواحی، ترانزیستورها به ترتیب دارای رسانایی p-n-p و n-p-n هستند.

و اگر هر بخشی از ترانزیستور را بگیریم و بپوشانیم، آنگاه یک نیمه هادی با یک اتصال p-n یا یک دیود بدست می آوریم. این منجر به این نتیجه می شود که یک ترانزیستور دوقطبی را می توان به صورت مشروط به عنوان دو نیمه رسانا با یک منطقه مشترک که در مقابل یکدیگر متصل هستند نشان داد.

قسمتی از ترانزیستور که هدفش تزریق حامل های بار به پایه است امیتر و اتصال p-n مربوطه امیتر و قسمتی از عنصر که هدف آن حذف یا استخراج حامل های بار از پایه است کلکتور و اتصال p-n کلکتور نامیده می شود. منطقه مشاع را پایگاه می گفتند.

تفاوت در نامگذاری سازه های مختلف فقط در جهت فلش امیتر است: در p-n-p به سمت پایه هدایت می شود و در n-p-n برعکس، دور از پایه است.

تفاوت بین PNP و ترانزیستورهای NPN? سعی کردم در این ویدیو تفاوت عملکرد دو نوع ترانزیستور دوقطبی را نشان دهم. من از قطعات رادیویی موجود مانند LED (و یک مقاومت برای محافظت) برای نشان دادن نحوه عملکرد آن استفاده کردم. در مثال من از ترانزیستورهایی مانند 2n2907 و bc337 استفاده کردم. من ولتاژ را با یک مقاومت متغیر (پتانسیومتر) تنظیم کردم.

در دوره اولیه توسعه الکترونیک نیمه هادی، آنها فقط از ژرمانیوم با استفاده از فناوری همجوشی ناخالصی ساخته می شدند، به همین دلیل آنها را آلیاژی می نامیدند. به عنوان مثال، پایه یک کریستال ژرمانیوم است و من تکه های کوچک ایندیوم را در آن ذوب می کنم.

اتم های ایندیم به داخل بدن یک کریستال ژرمانیوم نفوذ می کنند و دو ناحیه در آن ایجاد می کنند - یک جمع کننده و یک امیتر. بین آنها یک لایه بسیار نازک از یک نیمه هادی از نوع مخالف، چند میکرون - پایه وجود دارد. و برای پنهان کردن کریستال از نور، آن را در مورد پنهان می کند.

شکل نشان می دهد که یک نگهدارنده کریستالی که خروجی پایه است به دیسک فلزی جوش داده شده است و خروجی سیم بیرونی آن از پایین دیسک وجود دارد.

سرنخ های داخلی کلکتور و امیتر به هادی های الکترودهای بیرونی جوش داده می شوند.

با توسعه الکترونیک، آنها شروع به پردازش کریستال های سیلیکون کردند و دستگاه های سیلیکونی را اختراع کردند که تقریباً ترانزیستورهای ژرمانیومی را به طور کامل بازنشسته کردند.

آنها قادر به کار با بیشتر هستند دمای بالا، دارای مقدار جریان معکوس کمتر و بیشتر هستند ولتاژ بالادرهم شکستن.

روش اصلی ساخت، فناوری مسطح است. چنین ترانزیستورهای p-nانتقال ها در همان صفحه قرار دارند. اصل این روش مبتنی بر انتشار یا ذوب یک ناخالصی به یک ویفر سیلیکونی است که می تواند در یک جزء گازی، مایع یا جامد باشد. هنگامی که تا دمای کاملاً ثابت گرم می شود، عناصر ناخالصی در سیلیکون پخش می شوند.

که در این موردیکی از توپ ها یک ناحیه پایه نازک ایجاد می کند و دیگری ساطع کننده. در نتیجه دو اتصال p-n در سیلیکون تشکیل می شود. از این فناوری برای تولید رایج ترین انواع ترانزیستورهای سیلیکونی در کارخانه استفاده می شود.

علاوه بر این، روش های ترکیبی به طور گسترده ای برای ساخت سازه های ترانزیستوری استفاده می شود: همجوشی و انتشار یا گزینه های مختلف انتشار، به عنوان مثال، دو طرفه یا دو طرفه یک طرفه.

بیایید یک آزمایش عملی انجام دهیم، برای این ما به هر ترانزیستور و یک لامپ رشته ای از یک چراغ قوه قدیمی و کمی سیم نصب نیاز داریم تا بتوانیم این مدار را جمع کنیم.

لامپ می درخشد زیرا یک ولتاژ بایاس مستقیم به محل اتصال کلکتور وارد می شود که قفل اتصال کلکتور را باز می کند و جریان کلکتور Ik از آن عبور می کند. مقدار آن بستگی به مقاومت رشته لامپ و مقاومت داخلیباتری یا منبع تغذیه

و اکنون این طرح را به صورت ساختاری ارائه خواهیم کرد:

از آنجایی که الکترون ها حامل اصلی بار در ناحیه N هستند، از پتانسیل عبور می کنند مانع p-nانتقال، در ناحیه سوراخ نوع p قرار می گیرند و به حامل های بار اقلیت تبدیل می شوند، جایی که شروع به جذب توسط حامل های اکثریت توسط سوراخ ها می کنند. حفره های کلکتور تمایل دارند به همان روش وارد ناحیه پایه شوند و توسط حامل های بار اصلی توسط الکترون ها جذب می شوند.

از آنجایی که پایه به منهای منبع قدرت است، الکترون های زیادی به سمت آن جریان می یابد و تلفات ناحیه پایه را جبران می کند. و کلکتور که از طریق رشته لامپ به پلاس متصل شده است، می تواند همان تعداد را دریافت کند، بنابراین غلظت سوراخ ها بازیابی می شود.

رسانایی اتصال p-n به طور قابل توجهی افزایش می یابد و جریان کلکتور از طریق اتصال جمع کننده شروع به جریان می کند. یک. و هر چه بالاتر باشد، لامپ رشته ای قوی تر می سوزد.

فرآیند مشابهی نیز در مدار اتصال امیتر رخ می دهد. شکل گزینه ای برای اتصال مدار برای آزمایش دوم را نشان می دهد.

بیایید یک آزمایش عملی دیگر انجام دهیم و پایه ترانزیستور را به پلاس PSU وصل کنیم. لامپ روشن نمی شود، زیرا ما اتصال p-n ترانزیستور را در جهت مخالف وصل کردیم و مقاومت اتصال به شدت افزایش یافت و فقط یک جریان جمع کننده معکوس بسیار کوچک Ikbo از آن عبور می کند که قادر به روشن کردن رشته لامپ نیست.

بیایید یک آزمایش جالب دیگر را انجام دهیم، ما یک لامپ را مطابق شکل وصل می کنیم. لامپ نمی درخشد، بیایید ببینیم چرا.

اگر ولتاژ به امیتر و کلکتور اعمال شود، در آن صورت برای هر قطبیت منبع تغذیه، یکی از انتقال ها به سمت جلو و دیگری در معکوس خواهد بود و بنابراین هیچ جریانی جریان نخواهد داشت و نور روشن نمی شود.

از بلوک دیاگرام کاملاً مشخص است که محل اتصال امیتر بایاس رو به جلو و باز است و منتظر دریافت الکترون های آزاد است. برعکس، اتصال جمع کننده در جهت مخالف متصل است و از ورود الکترون ها به پایه جلوگیری می کند. یک مانع پتانسیل بین کلکتور و پایه ایجاد می شود که جریانی را اعمال می کند مقاومت بزرگو چراغ روشن نخواهد شد.

بیایید فقط یک جامپر به مدار خود اضافه کنیم که با آن امیتر و پایه را وصل می کنیم، اما لامپ هنوز روشن نمی شود.

در اینجا ، در اصل ، وقتی پایه و امیتر با یک جامپر بسته می شوند ، همه چیز واضح است ، اتصال جمع کننده به دیود تبدیل می شود که دریافت می کند ولتاژ معکوسجانبداری.

به جای یک جامپر، یک مقاومت Rb با مقدار اسمی 200 - 300 اهم و یک منبع تغذیه 1.5 ولت دیگر نصب کنید. منهای آن را از طریق Rb به پایه و به علاوه به امیتر وصل می کنیم. و معجزه ای رخ داد، لامپ روشن شد.

لامپ روشن شد زیرا ما یک منبع تغذیه اضافی را بین پایه و امیتر وصل کردیم و به این ترتیب یک ولتاژ مستقیم به محل اتصال امیتر اعمال کردیم که منجر به باز شدن آن شد و جریان مستقیمی از آن عبور کرد که اتصال کلکتور ترانزیستور را باز می کند. ترانزیستور باز می شود و جریان کلکتور Ik از آن عبور می کند که چندین برابر بیشتر از جریان پایه امیتر است. و بنابراین این لامپ فعلی روشن شد.

اگر قطبیت منبع تغذیه اضافی را تغییر دهیم و یک علامت مثبت به پایه اعمال کنیم، اتصال امیتر و به دنبال آن کلکتور بسته می شود. Ikbo معکوس از طریق ترانزیستور جریان می یابد و نور از سوختن متوقف می شود.

وظیفه اصلی مقاومت Rb محدود کردن جریان در مدار پایه است. اگر تمام 1.5 ولت به پایه تامین شود، جریان بیش از حد از محل اتصال عبور می کند، در نتیجه شکست حرارتی اتصال رخ می دهد و ممکن است ترانزیستور بسوزد. برای ترانزیستورهای ژرمانیومیولتاژ باز کردن قفل باید حدود 0.2 ولت و برای سیلیکون 0.7 ولت باشد.

بیایید به نمودار بلوکی: هنگامی که یک ولتاژ اضافی به پایه اعمال می شود، اتصال امیتر باز می شود و سوراخ های آزاد امیتر متقابلا با الکترون های پایه جذب می شوند و یک جریان پایه مستقیم Ib ایجاد می کنند.

اما همه حفره ها که وارد پایه می شوند با الکترون ها دوباره ترکیب نمی شوند. از آنجایی که ناحیه پایه کاملاً باریک است، بنابراین، تنها بخش ناچیزی از حفره ها توسط الکترون های پایه جذب می شود.

حجم اصلی سوراخ های امیتر از پایه می گذرد و بیشتر زیر آن می افتد سطح بالاولتاژ منفی در کلکتور، و همراه با سوراخ های کلکتور به سمت ترمینال منفی آن جریان می یابد، جایی که به طور متقابل توسط الکترون های منبع تغذیه اصلی GB جذب می شوند. مقاومت مدار کلکتور امیتر-پایه-کلکتور به شدت کاهش می یابد و جریان رو به جلو کلکتور Ik در آن شروع به جریان می کند که چندین برابر جریان پایه Ib مدار امیتر-پایه است.

هر چه سطح ولتاژ باز کردن قفل روی پایه بیشتر باشد، تعداد سوراخ‌های امیتر به پایه بیشتر باشد، مقدار جریان در کلکتور بیشتر می‌شود. برعکس، هرچه ولتاژ ماشه در پایه کمتر باشد، جریان در مدار کلکتور کمتر می شود.

در این آزمایشات یک آماتور رادیویی مبتدی بر روی اصول عملکرد یک ترانزیستور، در یکی از دو حالت است: باز یا بسته. تغییر آن از یک حالت به حالت دیگر تحت عمل ولتاژ باز کردن قفل بر اساس Ub انجام می شود. این حالت کار ترانزیستور در الکترونیک را حالت کلید می گویند. در ابزار و دستگاه های اتوماسیون استفاده می شود.

در حالت تقویت، تقویت کننده ترانزیستوری در مدارهای گیرنده و تقویت کننده ها عمل می کند. فرکانس صوتی(ULF و ULF). در حین کار از جریان های کوچکی در مدار پایه استفاده می شود که جریان های زیادی را در کلکتور کنترل می کند.این تفاوت بین حالت بهره و حالت سوئیچینگ است که تنها بسته به ولتاژ پایه ترانزیستور را باز یا بسته می کند.

ترانزیستور یک قطعه رادیویی فعال بسیار رایج است که تقریباً در همه مدارها دیده می شود و اغلب، به ویژه در دوره های تجربی یادگیری اصول الکترونیک، با شکست مواجه می شود. بنابراین، بدون مهارت بررسی ترانزیستورها، بهتر است در الکترونیک دخالت نکنید. بنابراین بیایید نحوه بررسی ترانزیستور را دریابیم.

13. دستگاه و اصل عملکرد ترانزیستورها

بسته به اصل عملکرد و ویژگی های طراحی، ترانزیستورها به دو کلاس بزرگ تقسیم می شوند: دوقطبی و میدانی.

ترانزیستورهای دوقطبی دستگاه های نیمه هادی با دو یا چند اتصال الکتریکی p-n برهم کنش و سه یا چند ترمینال هستند که خاصیت تقویت کنندگی آنها به دلیل پدیده تزریق و استخراج حامل های بار جزئی است.

در حال حاضر، ترانزیستورهای دوقطبی با دو اتصال p-n به طور گسترده ای مورد استفاده قرار می گیرند، که اغلب به این اصطلاح اشاره می شود. آنها از مناطق (لایه) متناوب یک نیمه هادی با رسانایی الکتریکی از انواع مختلف تشکیل شده اند. بسته به نوع هدایت الکتریکی لایه های بیرونی، ترانزیستورها متمایز می شوند r-p-rو انواع n-p-n.

ترانزیستورهایی که در آنها اتصالات p-n در سطوح تماس لایه های نیمه هادی ایجاد می شود، مسطح نامیده می شوند.

ترانزیستور دوقطبییک کریستال نیمه هادی متشکل از سه لایه با رسانایی متناوب و مجهز به سه سیم (الکترود) برای اتصال به مدار خارجی است.

روی انجیر 1.5 و بتعیین مدار دو نوع ترانزیستور را نشان می دهد نوع p-p-pو p-r-p-نوع . لایه های بیرونی نامیده می شوند ساطع کردنرام(E) و گردآورنده(K)، بین آنها است پایه(ب). ساختار سه لایه دارای دو اتصال p-n است: محل اتصال قطره چکانبین امیتر و پایه و محل اتصال جمع کنندهبین پایه و کلکتور به عنوان ماده اولیه ترانزیستورها از ژرمانیوم یا سیلیکون استفاده می شود.

هنگام ساخت ترانزیستور، دو شرط باید رعایت شود:

ضخامت پایه (فاصله بین امیتر و جمع

انتقال مدرس) باید در مقایسه با میانگین مسیر آزاد حامل های شارژ کوچک باشد.

2) غلظت ناخالصی ها (و حامل های بار اصلی) در امیتر باید به طور قابل توجهی بیشتر از پایه باشد. (ن آ >> ن D V r-p-rترانزیستور).

اصل عمل را در نظر بگیرید r-p-rترانزیستور

ترانزیستور به صورت سری با مقاومت بار Rk در مدار منبع ولتاژ کلکتور متصل می شود E به . EMF کنترل به ورودی ترانزیستور اعمال می شود E بهمانطور که در شکل 1.6 نشان داده شده است، الف. چنین روشن شدن ترانزیستور زمانی که ورودی ( E ب , آر ب ) و روز تعطیل ( E به , آر به ) زنجیرها یک نقطه مشترک دارند - ساطع کننده، رایج ترین است و به آن گنجانده می شود با قطره چکان مشترک(OE).

در غیاب استرس (E ب = 0، E به\u003d 0) اتصالات امیتر و کلکتور در حالت تعادل هستند، جریان عبوری از آنها برابر با صفر است. هر دو انتقال دارای یک لایه الکتریکی دوگانه، متشکل از یون های ناخالصی، و یک مانع پتانسیل  o هستند که برای هر یک از انتقال ها متفاوت است. توزیع پتانسیل در ترانزیستور در صورت عدم وجود ولتاژ در شکل 1 نشان داده شده است. خط چین 1.6b.

قطبیت منابع خارجی E ب و E به به گونه ای انتخاب می شود که یک ولتاژ رو به جلو در محل اتصال امیتر (منهای منبع) وجود داشته باشد E ب اعمال شده به پایه، به علاوه - به امیتر)، و در محل اتصال کلکتور - ولتاژ معکوس (منهای منبع E به- به کلکتور، به علاوه - به امیتر)، و ولتاژ |Uke|> |Ube| (ولتاژ در محل اتصال کلکتور Ukb \u003d Uke-Ube) با این شامل منابع E ب و E به توزیع پتانسیل در ترانزیستور به شکلی است که در شکل نشان داده شده است. .1.6، بخط توپر. مانع بالقوه اتصال امیتر بایاس رو به جلو کاهش می یابد و مانع بالقوه در اتصال جمع کننده افزایش می یابد. در نتیجه اعمال یک ولتاژ رو به جلو به محل اتصال امیتر، افزایش انتشار (تزریق) سوراخ ها از امیتر به پایه آغاز می شود. جزء الکترونیکی جریان انتشار از طریق اتصال امیتر را می توان نادیده گرفت، زیرا آر آر >>ص پ , از آنجایی که شرط در بالا ذکر شد ن آ >> N D . بنابراین، جریان امیتر I E \u003d I Edif آر. تحت تأثیر نیروهای انتشار، در نتیجه افت غلظت در امتداد پایه، سوراخ ها از امیتر به کلکتور حرکت می کنند. از آنجایی که پایه در ترانزیستور است لاغر،بیشتر سوراخ های تزریق شده توسط امیتر بدون ورود به مراکز نوترکیب به محل اتصال کلکتور می رسند. این حفره‌ها توسط میدان اتصال جمع‌آوری گرفته می‌شوند، در جهت مخالف جابه‌جا می‌شوند، زیرا این میدان برای حامل‌های اقلیت - سوراخ‌هایی در پایه نوع n- شتاب می‌گیرد. جریان سوراخ هایی که از امیتر به کلکتور می رسد از طریق یک مدار خارجی، منبع، بسته می شود E به . با افزایش جریان امیتر به میزان I E، جریان کلکتور به میزان I K = I E افزایش می یابد. به دلیل احتمال کم ترکیب مجدد در یک پایه نازک، ضریب انتقال جریان امیتر  =I K / I E = 0.9-0.99.

بخش کوچکی از سوراخ های تزریق شده توسط امیتر وارد مراکز نوترکیب شده و ناپدید می شود و با الکترون ها دوباره ترکیب می شود. بار این سوراخ ها در پایه باقی می ماند و برای بازیابی خنثی بودن شارژ پایه از مدار خارجی به دلیل منبع ایوالکترون ها وارد پایه می شوند. بنابراین، جریان پایه یک جریان نوترکیبی است I rec \u003d I E (1-) علاوه بر اجزای اصلی مشخص شده جریان ترانزیستور، لازم است که امکان انتقال حامل های اقلیت را که در نتیجه تولید حامل از طریق یک اتصال کلکتور که ولتاژ معکوس روی آن اعمال می شود در پایه و کلکتور ایجاد می شود، در نظر گرفت. این جریان کوچک (گذر سوراخ ها از پایه به کلکتور و الکترون ها از کلکتور به پایه) شبیه جریان معکوس است. r-pانتقال، همچنین نامیده می شود جریان معکوس اتصال کلکتوریا جریان حرارتیو I kbo تعیین شده است (شکل 1.6، a)

FET ها- دستگاه های نیمه هادی که عملا جریانی را از مدار ورودی مصرف نمی کنند.

ترانزیستورهای اثر میدانی به دو نوع تقسیم می شوند که از نظر اصل کار با یکدیگر متفاوت هستند: الف) r-pانتقال؛ ب) نوع MDP.

. 1.6.1. FET ها باr-p انتقالساختاری دارند که بخش آن در شکل نشان داده شده است. 1.9، الف. لایه ای با رسانایی نوع p نامیده می شود کانال،دو خروجی به مدار خارجی دارد: با- موجودیو و- منبعلایه هایی با نوع رسانایی پ،اطراف کانال به هم متصل هستند و یک خروجی به مدار خارجی دارند که نامیده می شود شاتر 3.اتصال منابع ولتاژ به دستگاه در شکل نشان داده شده است. 1.9، a، در شکل. 1.9.6 تعیین مدار یک ترانزیستور اثر میدان را نشان می دهد r-pکانال اتصال و نوع p. ترانزیستورهای اثر میدانی با کانال نوع n نیز وجود دارد که نام آنها در شکل نشان داده شده است. 1.9 V،اصل کار مشابه است، اما جهت جریان ها و قطبیت ولتاژهای اعمال شده مخالف است.

اصل عملکرد یک ترانزیستور اثر میدانی با کانال نوع p را در نظر بگیرید. روی انجیر 1.9 جیخانواده زهکشی (خروجی) مشخصات این دستگاه Iс=f(Uс) در Uз=const داده شده است.

با یک ولتاژ کنترل Uzi = 0 و یک منبع ولتاژ بین تخلیه و منبع متصل است. Usiجریانی از کانال عبور می کند که به مقاومت کانال بستگی دارد. ولتاژ ما اعمال یکنواخت در طول کانال، این ولتاژ باعث بایاس معکوس می شود r-pانتقال بین کانال نوع p و لایه n، با بالاترین ولتاژ معکوس در عرض r-pانتقال در منطقه مجاور زهکشی و نزدیک منبع وجود دارد r-pگذار در تعادل است با افزایش ولتاژ Usiمنطقه دو لایه الکتریکی r-pهمانطور که در شکل نشان داده شده است، انتقال، خالی از حامل های شارژ سیار، گسترش خواهد یافت. 1.10، آ.انبساط محل اتصال به ویژه در نزدیکی تخلیه، جایی که ولتاژ معکوس در محل اتصال بیشتر است، مشخص است. افزونه r-pانتقال منجر به باریک شدن کانال رسانای جریان ترانزیستور می شود و مقاومت کانال افزایش می یابد. با توجه به افزایش مقاومت کانال با افزایش Us، مشخصه تخلیه ترانزیستور اثر میدانی دارای یک کاراکتر غیر خطی است (شکل 1.9، d). در مقداری ولتاژ Usiمرز ها r-pانتقال ها بسته هستند (خط نقطه چین در شکل 1.10، a)، و افزایش Ic جریان با افزایش Ucb متوقف می شود.

هنگامی که یک ولتاژ مثبت به گیت Uzi>0 اعمال شود r-pانتقال حتی بیشتر به ناحیه ولتاژ معکوس منتقل می شود، عرض انتقال افزایش می یابد، همانطور که در شکل نشان داده شده است. 1.10.6. در نتیجه، کانال رسانای جریان باریک می شود و Ic جریان کاهش می یابد. بنابراین، افزایش ولتاژ Uzi. می توان Ic را کاهش داد، که از در نظر گرفتن شکل مشاهده می شود. 1.9 جی.در فلان یوزی زنگ زد ولتاژ قطع،عملا جریان تخلیه وجود ندارد. نسبت تغییر در جریان تخلیه I C به تغییر ولتاژ بین دروازه و منبع Uzi در Usi = const که باعث آن شده است نامیده می شود. شیب:اس = I C /Uzi در Usi = const

برخلاف ترانزیستورهای دوقطبی، FET ها با ولتاژ کنترل می شوند و تنها یک جریان حرارتی کوچک Iz از مدار گیت عبور می کند. r-pاتصال تحت ولتاژ معکوس

در این مقاله سعی خواهیم کرد که شرح دهیم اصل عملیاترایج ترین نوع ترانزیستور ترانزیستور دوقطبی است. ترانزیستور دوقطبی یکی از عناصر فعال اصلی دستگاه های الکترونیکی رادیویی است. هدف آن کار بر روی تقویت قدرت سیگنال الکتریکی است که به ورودی آن می رسد. تقویت توان از طریق انجام می شود منبع خارجیانرژی. ترانزیستور یک قطعه الکترونیکی با سه پایانه است.

ویژگی طراحی ترانزیستور دوقطبی

برای تولید یک ترانزیستور دوقطبی، به یک نیمه هادی سوراخ یا نوع رسانایی الکترونیکی نیاز است که از طریق انتشار یا همجوشی با ناخالصی های گیرنده به دست می آید. در نتیجه، مناطقی با انواع قطبی رسانایی در دو طرف پایه تشکیل می شوند.

ترانزیستورهای دوقطبی از نظر رسانایی دو نوع هستند: n-p-n و p-n-p. قوانین عملیاتی که یک ترانزیستور دوقطبی با رسانایی n-p-n مشمول آن است (برای p-n-p لازم است قطبیت ولتاژ اعمال شده را تغییر دهید):

1. پتانسیل مثبت در کلکتور مهمتر از امیتر است.
2. هر ترانزیستوری حداکثر خود را دارد پارامترهای معتبر Ib، Ik و Uke، که بیش از حد آنها در اصل غیر قابل قبول است، زیرا این می تواند منجر به تخریب نیمه هادی شود.
3. پایانه های پایه امیتر و بیس کلکتور مانند دیودها عمل می کنند. به عنوان یک قاعده، دیود در جهت بیس-امیتر باز است و در جهت بیس-کلکتور در جهت مخالف بایاس می شود، یعنی ولتاژ ورودی با جریان تداخل می کند. جریان الکتریسیتهاز طریق او
4. اگر نقاط 1 تا 3 برآورده شوند، جریان Ik مستقیماً با Ib فعلی متناسب است و به شکل: Ik = he21*Ib است که he21 بهره فعلی است. این قانون کیفیت اصلی ترانزیستور را مشخص می کند، یعنی اینکه یک جریان پایه کوچک یک جریان کلکتور قدرتمند را کنترل می کند.

برای ترانزیستورهای دوقطبی مختلف از یک سری، شاخص he21 اساساً می تواند از 50 تا 250 متغیر باشد. مقدار آن همچنین به جریان کلکتور، ولتاژ بین امیتر و کلکتور و دمای محیط بستگی دارد.

بیایید قانون شماره 3 را مطالعه کنیم. از آن نتیجه می شود که ولتاژ اعمال شده بین امیتر و پایه نباید به طور قابل توجهی افزایش یابد، زیرا اگر ولتاژ پایه 0.6 ... 0.8 V بیشتر از امیتر (ولتاژ جلو دیود) باشد، جریان بسیار زیادی ظاهر می شود. بنابراین ، در یک ترانزیستور کار ، ولتاژهای امیتر و پایه طبق فرمول به هم متصل می شوند: Ub \u003d Ue + 0.6V (Ub \u003d Ue + Ube)

اجازه دهید یک بار دیگر یادآوری کنیم که همه این نقاط به ترانزیستورهایی با رسانایی n-p-n اشاره دارد. برای نوع pnpهمه چیز باید برعکس شود

همچنین باید به این واقعیت توجه کنید که جریان کلکتور هیچ ارتباطی با رسانایی دیود ندارد، زیرا، به عنوان یک قاعده، ولتاژ معکوس به دیود پایه کلکتور عرضه می شود. علاوه بر این، جریان عبوری از کلکتور بسیار کمی به پتانسیل کلکتور بستگی دارد (این دیود شبیه یک منبع جریان کوچک است)

هنگامی که ترانزیستور در حالت تقویت کننده روشن می شود، اتصال امیتر باز است و اتصال جمع کننده بسته می شود. این با اتصال منابع تغذیه به دست می آید.

از آنجایی که محل اتصال امیتر باز است، یک جریان امیتر از آن عبور می کند که از انتقال حفره ها از پایه به امیتر و همچنین الکترون ها از امیتر به پایه ناشی می شود. بنابراین، جریان امیتر شامل دو جزء است - سوراخ و الکترون. نسبت تزریق، کارایی امیتر را تعیین می کند. تزریق شارژ به انتقال حامل های بار از منطقه ای که در آن غالب بودند به منطقه ای که کوچک می شوند اشاره دارد.

در پایه، الکترون ها دوباره ترکیب می شوند و غلظت آنها در پایه از منبع EE دوباره پر می شود. در نتیجه، در مدار الکتریکیپایه جریان نسبتاً ضعیفی خواهد داشت. الکترون‌های باقی‌مانده، که زمان لازم برای ترکیب مجدد در پایه را نداشتند، تحت تأثیر شتاب‌دهنده میدان اتصال جمع‌کننده مسدود شده، به‌عنوان حامل‌های اقلیت، به داخل کلکتور حرکت می‌کنند و جریان کلکتوری ایجاد می‌کنند. انتقال حامل های بار از ناحیه ای که جزئی بودند به ناحیه ای که عمده می شوند را استخراج بارهای الکتریکی می گویند.

ترانزیستور وسیله ای است که بر روی نیمه هادی ها با پر کردن الکترونیکی کار می کند. برای تبدیل و تقویت طراحی شده است سیگنال های الکتریکی. دو نوع دستگاه وجود دارد: و ترانزیستور تک قطبی یا میدان.

اگر دو نوع حامل بار به طور همزمان در یک ترانزیستور کار کنند - حفره ها و الکترون ها، به آن دو قطبی می گویند. اگر فقط یک نوع شارژ در یک ترانزیستور کار کند، آنگاه تک قطبی است.

عملکرد یک شیر آب معمولی را تصور کنید. شیر را چرخاند - جریان آب افزایش یافت ، در جهت دیگر چرخید - جریان کاهش یافت یا متوقف شد. در عمل، این اصل کار ترانزیستور است. فقط به جای آب، جریانی از الکترون از آن عبور می کند. اصل عملکرد یک ترانزیستور نوع دوقطبی از این جهت مشخص است که دو نوع جریان از طریق این دستگاه الکترونیکی جریان می یابد. آنها به بزرگ یا اصلی و کوچک یا مدیر تقسیم می شوند. علاوه بر این، قدرت جریان کنترل بر قدرت جریان اصلی تأثیر می گذارد. در نظر بگیرید که اصل عملکرد آن با دیگران متفاوت است. فقط یکی را می گذراند که بستگی به محیط دارد

یک ترانزیستور دوقطبی از 3 لایه نیمه هادی و مهمتر از همه از دو اتصال PN ساخته شده است. لازم است بین اتصالات PNP و NPN و بنابراین ترانزیستورها تمایز قائل شد. در این نیمه هادی ها تناوب هدایت الکترون و حفره وجود دارد.

ترانزیستور دوقطبی دارای سه پایه است. این یک پایه است، یک تماس که از لایه مرکزی خارج می شود، و دو الکترود در لبه ها - یک امیتر و یک کلکتور. در مقایسه با این الکترودهای انتهایی، لایه پایه بسیار نازک است. در لبه های ترانزیستور، ناحیه نیمه هادی متقارن نیست. برای عملکرد صحیحبرای این دستگاه، لایه نیمه هادی واقع در سمت کلکتور باید در مقایسه با سمت امیتر کمی ضخیم تر باشد.

اصول کار ترانزیستور بر اساس فرآیندهای فیزیکی. بیایید با مدل PNP کار کنیم. عملکرد مدل NPN به جز قطبیت ولتاژ بین عناصر اصلی مانند کلکتور و امیتر مشابه خواهد بود. در جهت مخالف اشاره خواهد کرد.

یک ماده نوع P حاوی سوراخ ها یا یون های دارای بار مثبت است. ماده نوع N از الکترون هایی با بار منفی تشکیل شده است. در ترانزیستوری که در نظر داریم، تعداد سوراخ ها در ناحیه P زیاد است مقدار بیشترالکترون ها در ناحیه N

هنگامی که یک منبع ولتاژ بین قطعاتی مانند امیتر و کلکتور متصل می شود، اصول کار ترانزیستور بر این واقعیت استوار است که سوراخ ها شروع به جذب به سمت قطب می کنند و در نزدیکی امیتر جمع می شوند. اما جریانی وجود ندارد. میدان الکتریکی از منبع ولتاژ به دلیل لایه ضخیم نیمه هادی امیتر و لایه نیمه هادی پایه به کلکتور نمی رسد.
سپس یک منبع ولتاژ را با ترکیب متفاوتی از عناصر، یعنی بین پایه و امیتر وصل می کنیم. اکنون حفره ها به سمت قاعده حرکت می کنند و شروع به تعامل با الکترون ها می کنند. قسمت مرکزی پایه با سوراخ های اشباع شده است. در نتیجه دو جریان تولید می شود. بزرگ - از امیتر تا جمع کننده، کوچک - از پایه تا امیتر.

با افزایش ولتاژ پایه، حفره های بیشتری در لایه N ایجاد می شود، جریان پایه افزایش می یابد و جریان امیتر کمی افزایش می یابد. این بدان معنی است که با یک تغییر کوچک در جریان پایه، جریان امیتر به طور کاملا جدی افزایش می یابد. در نتیجه، یک سیگنال رشد در یک ترانزیستور دوقطبی دریافت می کنیم.

اصول کار ترانزیستور را بسته به حالت های عملکرد آن در نظر بگیرید. بین حالت فعال عادی، حالت اشباع فعال معکوس، حالت قطع تمایز قائل شوید.
در حالت فعالعملیات، اتصال امیتر باز و اتصال جمع کننده بسته است. در حالت معکوس، همه چیز برعکس اتفاق می افتد.