Telefonda transistör çalışma prensibi. Basit bir ifadeyle, bir transistör nasıl çalışır?

Ne olursa olsun çalışma prensibi, yarı iletken transistör ana yarı iletken malzemeden tek bir kristal içerir, çoğunlukla silikon, germanyum, galyum arsenittir. Eklenen ana malzemede, alaşım katkı maddeleri p-n oluşumu geçiş (geçişler), metal sonuçlar.

Kristal, dış etkilerden korumak için metal, plastik veya seramik bir kasaya yerleştirilir. Bununla birlikte, paketlenmemiş transistörler de vardır.

Bipolar transistörün çalışma prensibi.

Bipolar bir transistör, kristaldeki yarı iletken katmanların değişimine bağlı olarak p-n-p veya n-p-n olabilir. Her durumda, çıkışlar - taban, toplayıcı ve yayıcı olarak adlandırılır. Tabana karşılık gelen yarı iletken katman, yayıcı ve toplayıcı katmanlar arasında kapatılır. Temelde çok küçük bir genişliğe sahiptir. Yük taşıyıcılar yayıcıdan tabandan toplayıcıya doğru hareket eder. Kollektör ile emitör arasında akım oluşmasının koşulu, taban bölgesinde serbest taşıyıcıların bulunmasıdır. Bu taşıyıcılar, bir yayıcı taban akımı oluştuğunda oraya nüfuz eder. nedeni bu elektrotlar arasındaki voltaj farkı olabilir.

Onlar. - İçin normal operasyon iki kutuplu transistör Bir sinyal yükseltici olarak, yayıcı-taban bağlantısını ileri yönde yönlendirmek için belirli bir minimum seviyede bir voltajın varlığı her zaman gereklidir. Transistörü açan baz yayıcı bağlantısının doğrudan önyargısı, modun sözde çalışma noktasını ayarlar. Gerilim ve akım sinyalinin uyumlu bir şekilde yükseltilmesi için, mod - A kullanılır.Bu modda, kollektör ile yük arasındaki voltaj, besleme voltajının yaklaşık yarısına eşittir - yani, transistörün ve yükün çıkış direnci yaklaşık olarak eşittir. Şimdi geçiş tabanına uygularsak - emitör sinyali alternatif akım, DİRENÇ yayıcı - toplayıcı değişecek ve giriş sinyalinin şeklini grafik olarak tekrarlayacaktır. Buna göre, emitörden toplayıcıya akan akımda da aynısı olacaktır. Ayrıca, akımın genliği giriş sinyalinin genliğinden daha büyük olacaktır - olacak kazanmak sinyal.

Baz-emitör önyargı voltajını daha da artırırsanız, bu, bu devredeki akımın artmasına ve sonuç olarak emitör-toplayıcı akımında daha da büyük bir artışa yol açacaktır. Sonunda, akımın büyümesi durur - transistör tamamen açık duruma (doygunluk) geçer. Daha sonra ön gerilimi kaldırırsanız, transistör kapanır, yayıcı-toplayıcı akımı azalır, neredeyse yok olur. Böylece transistör şu şekilde çalışabilir: elektronik anahtar . Bu mod, güç kontrolü açısından en etkili moddur, tamamen açık bir transistörden akan akım ile voltaj düşüşü minimumdur. Buna göre transistör bağlantılarının akım kayıpları ve ısınması düşüktür.

Üç tip bipolar transistör bağlantısı vardır. İLE ortak yayıcı(OE) - amplifikasyon hem akımda hem de voltajda gerçekleştirilir - en yaygın kullanılan şema.
Bu şekilde inşa edilen yükseltici kaskadlar, diğer iki dahil etme türüne kıyasla giriş ve çıkış dirençlerinin değerleri nispeten yakın olduğundan (bazen onlarca kez farklılık gösterse de) birbirleriyle daha kolay tutarlıdır. .

Ortak bir toplayıcı (OK) ile yalnızca akım amplifikasyonu gerçekleştirilir - yüksek iç dirençli (empedans) ve düşük dirençli yüklere sahip sinyal kaynaklarını eşleştirmek için kullanılır. Örneğin, amplifikatörlerin ve kontrolörlerin çıkış aşamalarında.

Ortak bir taban (OB) ile, yalnızca voltaj yükseltmesi gerçekleştirilir. Düşük giriş ve yüksek çıkış empedansına ve daha geniş Frekans aralığı. Bu, böyle bir bağlantının, düşük dahili dirence (empedans) sahip sinyal kaynaklarını müteakip bir amplifikasyon aşamasıyla eşleştirmek için kullanılmasına izin verir. Örneğin, içinde giriş devreleri radyo alıcı cihazlar.

Alan etkili transistörün çalışma prensibi.

Bipolar gibi bir alan etkili transistörün üç elektrotu vardır. Bunlara drenaj, kaynak ve kapı denir. Kapıda voltaj yoksa ve drenaja kaynağa göre pozitif bir voltaj uygulanırsa, maksimum akım kaynak ile drenaj arasındaki kanaldan akar.

Yani transistör tamamen açıktır. Değiştirmek için kapıya kaynağa göre negatif bir voltaj uygulanır. Etkisi altında Elektrik alanı(bu nedenle transistörün adı) kanal daralır, direnci artar ve içinden geçen akım azalır. Belirli bir voltaj değerinde, kanal o kadar daralır ki akım pratikte kaybolur - transistör kapanır.

Şekil, yalıtılmış bir geçit alan etkili transistör (IRF) cihazını göstermektedir.

Bu cihazın kapısına pozitif gerilim uygulanmaz ise kaynak ile dren arasında kanal yoktur ve akım sıfırdır. Transistör tamamen kapalıdır. Kanal belirli bir minimum kapı geriliminde (eşik gerilimi) oluşur. Ardından, transistör tamamen açılana kadar kanal direnci azalır.

Alan etkili transistörler, olduğu gibi Pn kavşağı ohm (kanal) ve MOS (MDP) aşağıdaki anahtarlama devrelerine sahiptir: ortak bir kaynakla (OI) - iki kutuplu bir transistörün OE'sinin bir analogu; ortak bir tahliye (OS) ile - OK bipolar transistörün bir analogu; ortak bir kapı (CG) ile - bir bipolar transistörün OB'sinin bir analogu.

Isı şeklinde dağılan güce göre ayırt ederler:
düşük güçlü transistörler - 100 mW'a kadar;
transistörler orta güç- 0,1'den 1 W'a;
güçlü transistörler - 1 watt'tan fazla.

Bipolar transistörlerin önemli parametreleri.

1. Akım transfer katsayısı (kazanç) - 1'den 1000'e DC. Frekans arttıkça yavaş yavaş azalır.
2. Kollektör ile yayıcı arasındaki maksimum voltaj (açık tabanlı) Özel yüksek voltajlı transistörler için on binlerce volta ulaşır.
3. Akım aktarım oranının 1'den yüksek olduğu sınırlama frekansı. 100.000 Hz'e kadar. düşük frekanslı transistörler için, 100.000 Hz'in üzerinde. - yüksek frekanslarda.
4. Doygunluk voltajı yayıcı-toplayıcı - tamamen açık bir transistörde bu elektrotlar arasındaki voltaj düşüşünün büyüklüğü.

Alan etkili transistörlerin önemli parametreleri.

Bir alan etkili transistörün yükseltme özellikleri, boşaltma akımı artışının buna neden olan geçit kaynağı voltajı artışına oranıyla belirlenir, örn.

∆Id /∆UGS

Bu orana cihazın geçiş iletkenliği denir, ancak aslında aktarım iletkenliğidir ve volt başına miliamper (mA / V) cinsinden ölçülür.

Diğer en önemli parametreler FET'ler aşağıda gösterilmiştir:
1. I Dmax - maksimum boşaltma akımı.

2.U DSmaks - maksimum voltaj drenaj kaynağı.

3.U GSmax - maksimum geçit kaynağı voltajı.

4.P Dmax - cihaza tahsis edilebilecek maksimum güç.

5.t on, tamamen dikdörtgen bir giriş sinyali için boşaltma akımının tipik yükselme süresidir.

6.t off, mükemmel bir dikdörtgen giriş sinyali için tipik drenaj akımı bozulma süresidir.

7.R DS(açık)maks - maksimum değer direnç kaynağı - açık (açık) durumda tahliye.

Siteye bir bağlantı varsa, bu sayfadaki herhangi bir materyalin kullanımına izin verilir.

transistör(transistör) - üç uçlu (genellikle) bir yarı iletken eleman, bunlardan biri ( kolektör) güçlü bir akım uygulanır ve diğer yandan ( temel) zayıf ( kontrol akımı). Kontrol akımının belirli bir gücünde, olduğu gibi, "valf açılır" ve akım koleksiyoncudan akmaya başlar Açıküçüncü çıktı ( verici).

Yani, bir transistör bir tür kapak, belirli bir akım gücünde, direnci keskin bir şekilde azaltır ve akımın daha fazla ilerlemesine izin verir (toplayıcıdan yayıcıya).Bunun nedeni, belirli koşullar altında, elektronu olan deliklerin yenisini kabul ederek onu kaybetmesidir. bir daire içinde. Tabana elektrik akımı uygulanmazsa, transistör dengeli bir durumda olacak ve yayıcıya akım iletmeyecektir.

Modern elektronik çiplerde, transistör sayısı milyarlarca. Esas olarak hesaplamalar için kullanılırlar ve karmaşık ilişkilerden oluşurlar.

Transistörlerde ağırlıklı olarak kullanılan yarı iletken malzemeler şunlardır: silikon, galyum arsenit Ve germanyum. transistörler de var karbon nanotüpler, şeffaf görüntüler için LCD Ve polimerik(en umut verici).

Transistör türleri:

Bipolar- yük taşıyıcılarının hem elektron hem de "delikler" olabileceği transistörler. Akım şöyle akabilir yayıcıya doğru, Ve toplayıcıya doğru. Akışı kontrol etmek için belirli kontrol akımları uygulanır.

- elektrik akışının bir elektrik alanı vasıtasıyla kontrol edildiği yaygın cihazlar. Yani, daha büyük bir alan oluşturulduğunda, daha fazla elektron onun tarafından yakalanır ve yükleri daha fazla aktaramaz. Yani aktarılan yük miktarını değiştirebilen (alan etkili transistör kontrol edilirse) bir tür valftir. P-N— geçiş). Ayırt edici özellik Bu transistörler yüksek giriş voltajı ve yüksek voltaj kazancıdır.

kombine- birleşik dirençli transistörler veya aynı paketteki diğer transistörler. Çeşitli amaçlara hizmet ederler, ancak esas olarak mevcut kazancı artırmak içindir.

Alt türler:

Biyo-transistörler- canlı organizmalara zarar vermeden tıpta, biyoteknolojide kullanılabilen biyolojik polimerlere dayalıdır. Metalloproteinler, klorofil A (ıspanaktan elde edilir), tütün mozaik virüsü bazında çalışmalar yapılmıştır.

Tek Elektron Transistörler- ilk olarak Rus bilim adamları tarafından yaratıldı 1996. Seleflerinden farklı olarak oda sıcaklığında çalışabilirler. Çalışma prensibi, alan etkili bir transistöre benzer, ancak daha inceliklidir. Sinyal vericisi bir veya daha fazla elektrondur. Bu transistör ayrıca nano- ve kuantum transistörü olarak da adlandırılır. Bu teknolojinin yardımıyla gelecekte transistörler yaratmayı umuyorlar. 10 nm'den az, temelli grafen.

Transistörler ne için kullanılır?

transistörler kullanılır yükseltici devreler, lambalar, elektrik motorları ve gerektiğinde diğer cihazlar hızlı değişim akım veya konum Açıkkapalı. Transistör akımı sınırlayabilir veya sorunsuz veya yönteme göre nabız—Duraklat. İkincisi daha çok kontrol için kullanılır. Güçlü bir güç kaynağı kullanarak, onu zayıf bir akımla düzenleyerek kendi içinden iletir.

Akım gücü transistör devresini açmak için yeterli değilse, o zaman çoklu transistörler daha fazla hassasiyetle, kademeli bir şekilde bağlanır.

Bir veya daha fazla durumda bağlanan güçlü transistörler, tamamen bir dijital amplifikatörler temelli . Çoğu zaman ihtiyaç duyarlar ek soğutma . Çoğu şemada, çalışırlar tuş modu(anahtar modunda).

Transistörler de kullanılır güç sistemlerinde, hem dijital hem de analog anakartlar , video kartları, Güç kaynakları& vesaire ).

Merkez işlemciler, ayrıca belirli bir sırayla bağlı milyonlarca ve milyarlarca transistörden oluşur. bilgi işlem.

Her bir transistör grubu, sinyali belirli bir şekilde kodlar ve işlenmek üzere iletir. Her türlü ve ROM bellekler de transistörlerden oluşur.

Tüm mikroelektronik başarıları pratik olarak olurdu imkansız transistörlerin icadı ve kullanımı olmadan. En az bir transistör olmadan en az bir elektronik cihaz hayal etmek zordur.

Gerekli açıklamalar yapıldı, asıl konuya gelelim.

transistörler. Tanım ve tarihçe

transistör- iki elektrot devresindeki akımın üçüncü bir elektrot tarafından kontrol edildiği bir elektronik yarı iletken cihaz. (transistörler.ru)

Transistörler, çeşitli elektronik cihazlarda hızla vakum tüplerinin yerini aldı. Bu bakımdan bu tür cihazların güvenilirliği artmış ve boyutları büyük ölçüde küçülmüştür. Ve bugüne kadar, bir mikro devre ne kadar "süslü" olursa olsun, hala çok sayıda transistör (ayrıca diyotlar, kapasitörler, dirençler vb.) İçerir. Sadece çok küçük olanlar.

Bu arada, başlangıçta "transistörler", direnci uygulanan voltajın büyüklüğü kullanılarak değiştirilebilen dirençler olarak adlandırıldı. İşlemlerin fiziğini göz ardı edersek, modern bir transistör, kendisine uygulanan sinyale bağlı bir direnç olarak da temsil edilebilir.

Alan ve bipolar transistörler arasındaki fark nedir? Cevap, isimlerinde saklı. Bipolar bir transistörde, yük transferi şunları içerir: Ve elektronlar, Ve delikler ("bis" - iki kez). Ve sahada (tek kutuplu olarak da bilinir) - veya elektronlar, veya delikler.

Ayrıca bu tip transistörler uygulama alanlarında farklılık göstermektedir. Bipolar, esas olarak analog teknolojide ve sahada - dijitalde kullanılır.

Ve sonunda: herhangi bir transistörün ana uygulama alanı- amplifikasyon zayıf sinyal ek bir güç kaynağı ile.

iki kutuplu transistör. Çalışma prensibi. Temel özellikleri

Transistörün fiziğini ele almadan önce, genel sorunu özetleyelim.


Aşağıdakilerden oluşur: yayıcı ve toplayıcı arasında güçlü bir akım akar ( kollektör akımı) ve yayıcı ile taban arasında - zayıf bir kontrol akımı ( temel akım). Kollektör akımı, taban akımı değiştikçe değişecektir. Neden?
Transistörün p-n bağlantılarını düşünün. Bunlardan ikisi vardır: emitör-baz (EB) ve baz-toplayıcı (BC). Transistörün aktif modunda, birincisi ileri önyargı ile, ikincisi ise ters önyargı ile bağlanır. O halde p-n kavşaklarında ne olur? Daha fazla kesinlik için, bir n-p-n transistörü ele alacağız. P-n-p için her şey aynıdır, yalnızca "elektronlar" kelimesinin "delikler" ile değiştirilmesi gerekir.

EB geçişi açık olduğundan, elektronlar kolayca tabana "akar". Orada kısmen deliklerle yeniden birleşirler, ancak ÖÇoğu, tabanın küçük kalınlığı ve zayıf alaşımı nedeniyle, taban toplayıcı geçişine ulaşmayı başarır. Hangi, hatırladığımız gibi, ters bir önyargı ile dahil edilmiştir. Ve bazdaki elektronlar küçük yük taşıyıcıları olduklarından, geçişin elektrik alanı onların üstesinden gelmelerine yardımcı olur. Bu nedenle, kollektör akımı emitör akımından sadece biraz daha azdır. Şimdi ellerinize dikkat edin. Baz akımı arttırırsanız, EB bağlantısı daha fazla açılır ve yayıcı ile toplayıcı arasında daha fazla elektron kayabilir. Ve kollektör akımı başlangıçta temel akımdan daha büyük olduğu için, bu değişiklik çok ama çok fark edilir olacaktır. Böylece, taban tarafından alınan zayıf bir sinyalin yükseltilmesi olacaktır. Bir kez daha, kollektör akımındaki büyük bir değişiklik, taban akımındaki küçük bir değişikliğin orantılı bir yansımasıdır.

Bipolar bir transistörün çalışma prensibinin sınıf arkadaşıma su musluğu örneği kullanılarak açıklandığını hatırlıyorum. İçindeki su kollektör akımı, taban kontrol akımı ise düğmeyi ne kadar çevirdiğimizdir. Musluktan su akışını artırmak için küçük bir çaba (kontrol eylemi) yeterlidir.

Ele alınan süreçlere ek olarak, transistörün p-n bağlantı noktalarında bir takım başka olaylar meydana gelebilir. Örneğin, baz toplayıcı bağlantı noktasındaki voltajda güçlü bir artışla, çarpma iyonizasyonu nedeniyle bir çığ yükü çoğalması başlayabilir. Ve tünel etkisiyle birleştiğinde, bu önce elektriksel bir bozulmaya ve ardından (artan akımla birlikte) termal bir bozulmaya neden olur. Bununla birlikte, bir transistördeki termal bozulma, elektrik olmadan da meydana gelebilir (yani, kollektör voltajını arıza voltajına yükseltmeden). Bunun için kollektörden geçen bir aşırı akım yeterli olacaktır.

Diğer bir olgu ise, kollektör ve emitör bağlantı noktalarındaki gerilimler değiştiğinde kalınlıklarının değişmesi gerçeğiyle ilgilidir. Ve eğer taban çok inceyse, o zaman kapanma etkisi (tabanın sözde "delinmesi") meydana gelebilir - toplayıcı bağlantısının yayıcı ile bağlantısı. Bu durumda, baz bölgesi kaybolur ve transistör normal çalışmayı durdurur.

Transistörün normal aktif modundaki transistörün toplayıcı akımı, baz akımdan belirli sayıda kat daha fazladır. Bu numara denir şu anki kazanç ve transistörün ana parametrelerinden biridir. Belirlendi h21. Transistör, toplayıcı üzerinde bir yük olmadan açılırsa, o zaman ne zaman sabit voltaj Kollektör akımının taban akımına kollektör-emitör oranı verecek statik akım kazancı. Onlarca veya yüzlerce birime eşit olabilir, ancak gerçek devrelerde, yük açıldığında kollektör akımının doğal olarak azalması nedeniyle bu katsayının daha az olduğu gerçeğini dikkate almaya değer.

İkinci önemli parametre ise transistör giriş direnci. Ohm yasasına göre, baz ile yayıcı arasındaki voltajın, bazın kontrol akımına oranıdır. Ne kadar büyük olursa, temel akım o kadar düşük ve kazanç o kadar yüksek olur.

Bipolar transistörün üçüncü parametresi voltaj kazancı. Genlik oranına eşittir veya etkin değerlerçıkış (yayıcı-toplayıcı) ve giriş (baz-verici) alternatif voltajları. İlk değer genellikle çok büyük (birimler ve onlarca volt) ve ikincisi çok küçük (onda bir volt) olduğundan, bu katsayı on binlerce birime ulaşabilir. Her temel kontrol sinyalinin kendi voltaj kazancına sahip olduğuna dikkat edilmelidir.

Ayrıca, transistörler frekans tepkisi , transistörün, frekansı amplifikasyonun kesme frekansına yaklaşan sinyali yükseltme yeteneğini karakterize eder. Gerçek şu ki, giriş sinyalinin artan frekansı ile kazanç azalır. Bunun nedeni, ana akış süresinin fiziksel süreçler(taşıyıcıların yayıcıdan toplayıcıya hareket süresi, bariyer kapasitif bağlantılarının şarjı ve deşarjı) giriş sinyalinin değişim süresi ile orantılı hale gelir. Onlar. transistörün giriş sinyalindeki değişikliklere yanıt verecek zamanı yoktur ve bir noktada onu yükseltmeyi durdurur. Bunun meydana geldiği frekansa denir sınır.

Ayrıca, iki kutuplu transistörün parametreleri:

• toplayıcı-emitör ters akım
• açma zamanı
• toplayıcı ters akım
• izin verilen maksimum akım

koşullu notasyon n-p-n ve p-n-p transistörler yalnızca yayıcıyı gösteren ok yönünde farklılık gösterir. Belirli bir transistörde akımın nasıl aktığını gösterir.

Bipolar transistörün çalışma modları

1. Ters aktif mod. Burada BC geçişi açıktır ve aksine EB kapalıdır. Elbette bu moddaki yükseltme özellikleri hiçbir yerde daha kötü değildir, bu nedenle bu moddaki transistörler çok nadiren kullanılır.
2. Doygunluk modu. Her iki geçiş de açık. Buna göre, toplayıcının ve yayıcının ana yük taşıyıcıları, ana taşıyıcıları ile aktif olarak yeniden birleştikleri tabana "koşar". Ortaya çıkan yük taşıyıcı fazlalığı nedeniyle, tabanın ve p-n eklemlerinin direnci azalır. Bu nedenle, doygunluk modunda bir transistör içeren bir devre kısa devre olarak kabul edilebilir ve bu radyo elemanının kendisi bir eşpotansiyel noktası olarak temsil edilebilir.
3. Kesme modu. Her iki transistör bağlantısı da kapalıdır, yani verici ve toplayıcı arasındaki ana yük taşıyıcılarının akımı durur. Küçük yük taşıyıcılarının akışları, yalnızca küçük ve kontrolsüz termal geçiş akımları oluşturur. Bazın fakirliği ve yük taşıyıcıların geçişleri nedeniyle dirençleri büyük ölçüde artar. Bu nedenle, genellikle kesme modunda çalışan bir transistörün bir açık devreyi temsil ettiğine inanılır.
4. bariyer rejimi Bu modda, taban doğrudan veya küçük bir direnç vasıtasıyla kollektöre kapatılır. Ayrıca, transistör üzerinden akımı ayarlayan kollektör veya emitör devresine bir direnç dahildir. Bu şekilde seri dirençli diyotun devre eşdeğeri elde edilir. Bu mod, devrenin hemen hemen her frekansta, geniş bir sıcaklık aralığında çalışmasına izin verdiği ve transistörlerin parametrelerine iddiasız olduğu için çok kullanışlıdır.

Bipolar transistörler için anahtarlama devreleri

Transistörün üç kontağı olduğundan, genel durumda, ona birlikte dört çıkışa sahip iki kaynaktan güç sağlanmalıdır. Bu nedenle, transistörün kontaklarından biri, her iki kaynaktan da aynı işaretli bir voltajla beslenmelidir. Ve ne tür bir temas olduğuna bağlı olarak, iki kutuplu transistörleri açmak için üç devre vardır: ortak bir yayıcı (OE), ortak bir toplayıcı (OK) ve ortak bir taban (OB). Her birinin hem avantajları hem de dezavantajları vardır. Aralarındaki seçim, hangi parametrelerin bizim için önemli olduğuna ve hangilerinin feda edilebileceğine bağlı olarak yapılır.

Ortak emitörlü anahtarlama devresi

Ancak tüm güzelliklere rağmen, OE şemasının da önemli bir dezavantajı var. Frekans ve sıcaklıktaki bir artışın, transistörün yükseltme özelliklerinde önemli bir bozulmaya yol açması gerçeğinde yatmaktadır. Böylece, eğer transistör çalışacaksa yüksek frekanslar, o zaman farklı bir anahtarlama şeması kullanmak daha iyidir. Örneğin, ortak bir taban ile.

Ortak tabanlı bağlantı şeması

Ortak bir temel devrede, sinyalin fazı ters çevrilmez ve yüksek frekanslardaki gürültü seviyesi azaltılır. Ancak, daha önce de belirtildiği gibi, mevcut kazancı her zaman birlikten biraz daha azdır. Doğru, buradaki voltaj kazancı, ortak bir vericiye sahip devredeki ile aynıdır. Ortak bir tabana sahip devrenin dezavantajları, iki güç kaynağı kullanma ihtiyacını da içerebilir.

Ortak bir toplayıcı ile anahtarlama şeması

Negatifin böyle adlandırıldığını hatırlatmama izin verin geri bildirim, çıkış sinyalinin girişe geri beslendiği, bu da giriş sinyalinin seviyesini azaltır. Bu şekilde olur otomatik ayarlama yanlışlıkla giriş sinyalinin parametrelerini değiştirirken

Akım kazancı, ortak emitör devresindeki ile hemen hemen aynıdır. Ancak voltaj kazancı küçüktür (bu devrenin ana dezavantajı). Birliğe yaklaşır, ama her zaman ondan daha azdır. Böylece, güç kazancı yalnızca birkaç on birime eşittir.

Bir ortak kollektör devresinde, giriş ve çıkış gerilimleri arasında faz kayması yoktur. Gerilim kazancı bire yakın olduğundan, çıkış gerilimi girişle faz ve genlik olarak çakışır, yani onu tekrarlar. Bu nedenle böyle bir devreye yayıcı takipçisi denir. Verici - çünkü çıkış voltajı, ortak kabloya göre yayıcıdan çıkarılır.

Bu dahil etme eşleştirmek için kullanılır transistör aşamaları veya giriş kaynağı yüksek bir giriş empedansına sahip olduğunda (piezoelektrik alıcı veya yoğunlaştırıcı mikrofon gibi).

Kaskadlar hakkında iki kelime

Ayrıca, iyi hassasiyete ve yine de iyi kazanca sahip bir transistöre ihtiyaç duyulabilir. Bu gibi durumlarda, daha güçlü bir muadilin güç kaynağını kontrol eden (şekilde - VT2) hassas ancak düşük güçlü bir transistör kademesi kullanılır (şekilde - VT1).

Bipolar Transistörler için Diğer Uygulamalar

İşaretleme

Yararlı yorumlar:
http://habrahabr.ru/blogs/easyelectronics/133136/#comment_4419173

Etiketler:

• transistörler
• çift ​​kutuplu transistörler
• elektronik

Elektrik akımının yarı iletken kontrolü ilkesi, 20. yüzyılın başlarında biliniyordu. Radyo elektroniği alanında çalışan mühendisler, transistörün nasıl çalıştığını bilmelerine rağmen, vakum tüplerine dayalı cihazlar tasarlamaya devam ettiler. Yarı iletken triyotlara olan bu tür güvensizliğin nedeni, ilk nokta transistörlerinin kusurlu olmasıydı. Aile germanyum transistörlerözelliklerin kararlılığında farklılık göstermedi ve sıcaklık rejimlerine büyük ölçüde bağlıydı.

Ciddi rekabet elektronik tüpler sadece 50'lerin sonunda monolitik silikon transistörler yaptı. O zamandan beri elektronik endüstrisi hızla gelişmeye başladı ve kompakt yarı iletken triyotlar aktif olarak elektronik cihazların devrelerindeki enerji yoğun lambaların yerini aldı. Gelmesiyle birlikte Entegre devreler transistör sayısının milyarlara ulaşabileceği yarı iletken elektronik, cihazların minyatürleştirilmesi mücadelesinde kesin bir zafer kazandı.

transistör nedir?

İÇİNDE modern anlam Bir transistör, bir elektrik akımının parametrelerini değiştirmek ve onu kontrol etmek için tasarlanmış yarı iletken bir radyo elemanıdır. Geleneksel bir yarı iletken triodun üç çıkışı vardır: kontrol sinyallerinin uygulandığı bir taban, bir yayıcı ve bir toplayıcı. Yüksek güçlü kompozit transistörler de vardır.

Yarı iletken cihazların boyut ölçeği çarpıcıdır - birkaç nanometreden (mikro devrelerde kullanılan paketlenmemiş elemanlar) santimetre çapa kadar güçlü transistörler enerji santralleri ve endüstriyel ekipmanlar için tasarlanmıştır. Endüstriyel triyotların ters gerilimleri 1000 V'a kadar ulaşabilir.

Cihaz

Yapısal olarak, triyot, bir mahfaza içine alınmış yarı iletken katmanlardan oluşur. Yarı iletkenler, silikon, germanyum, galyum arsenit ve diğerlerine dayalı malzemelerdir. kimyasal elementler. Bugün, yarı iletken malzemelerin rolü için bazı polimer türlerini ve hatta karbon nanotüpleri hazırlayan araştırmalar yürütülmektedir. Görünüşe göre yakın gelecekte grafen alan etkili transistörlerin yeni özelliklerini öğreneceğiz.

Daha önce, yarı iletken kristaller, üç ayaklı şapkalar şeklinde metal kasalara yerleştirildi. Bu tasarım, nokta transistörleri için tipikti.

Günümüzde silikon dahil olmak üzere çoğu düz yarı iletken cihazın tasarımı, belirli kısımlarında katkılı tek bir kristal temelinde yapılmaktadır. Plastik, cam-metal veya seramik-metal yuvalara preslenirler. Bazılarında radyatörlere monte edilmiş, ısı dağılımı için çıkıntılı metal plakalar bulunur.

Modern transistörlerin elektrotları tek sıra halinde düzenlenmiştir. Bu ayak düzenlemesi, otomatik tahta montajı için uygundur. Terminaller muhafazalarda işaretlenmemiştir. Elektrot tipi referans kitaplarına veya ölçümlere göre belirlenir.

Transistörler için farklı yapıdaki yarı iletken kristaller kullanılır, pnp tipi veya n-p-n. Elektrotlardaki voltajın polaritesinde farklılık gösterirler.

Şematik olarak, bir transistörün yapısı iki olarak gösterilebilir. yarı iletken diyotlar ayrılmış ekstra katman. (Bkz. şekil 1). Yarı iletken triyotun iletkenliğini kontrol etmeyi mümkün kılan bu katmanın varlığıdır.

Pirinç. 1. Transistörlerin yapısı

Şekil 1 şematik olarak iki kutuplu triyotların yapısını göstermektedir. Aşağıda tartışılacak olan başka bir alan etkili transistör sınıfı vardır.

Temel çalışma prensibi

Dinlenme durumunda, iki kutuplu bir triyotun kollektörü ile yayıcısı arasında hiçbir akım akmaz. Katmanların etkileşimi sonucu ortaya çıkan emitör bağlantısının direnci, elektrik akımını engeller. Transistörü açmak için tabanına hafif bir voltaj uygulamak gerekir.

Şekil 2, bir triyotun nasıl çalıştığını açıklayan bir diyagramı göstermektedir.

Baz akımlarını kontrol ederek cihazı açıp kapatabilirsiniz. tabana başvurursanız analog sinyal, o zaman çıkış akımlarının genliğini değiştirecektir. Bu durumda, çıkış sinyali temel elektrotta salınım frekansını tam olarak tekrarlayacaktır. Başka bir deyişle, girişte alınan elektrik sinyalinin bir amplifikasyonu olacaktır.

Böylece, yarı iletken triyotlar, elektronik anahtarlar modunda veya giriş sinyallerini yükseltme modunda çalışabilir.

Cihazın elektronik anahtar modunda çalışması Şekil 3'ten anlaşılmaktadır.

Diyagramlarda atama

Ortak gösterim: "VT" veya "Q" ardından konumsal bir indeks gelir. Örneğin, VT 3. Daha önceki diyagramlarda, eski tanımlamalar bulunabilir: “T”, “PP” veya “PT”. Transistör, ilgili elektrotları daire içine alınmış veya edilmemiş olarak gösteren sembolik çizgiler olarak tasvir edilmiştir. Yayıcıdaki akımın yönü bir okla gösterilir.

Şekil 4, transistörlerin yeni bir şekilde etiketlendiği bir ULF devresini göstermektedir ve Şekil 5, farklı alan etkili transistör tiplerinin şematik temsillerini göstermektedir.

Pirinç. 4. Örnek ULF şemaları triyotlarda

transistör türleri

Çalışma ve yapı ilkesine göre, yarı iletken triyotlar ayırt edilir:

• alan;
• iki kutuplu;
• kombine

Bu transistörler aynı işlevleri yerine getirir, ancak çalışma prensibinde farklılıklar vardır.

alan

Bu tür triyot, elektriksel özelliklerinden dolayı tek kutuplu olarak da adlandırılır - yalnızca bir kutuplu bir akıma sahiptirler. Kontrol yapısına ve türüne göre, bu cihazlar 3 türe ayrılır:

1. transistörler ile p-n'yi yönetmek geçiş (Şek. 6).
2. Yalıtılmış bir kapı ile (yerleşik veya indüklenmiş bir kanal ile vardır).
3. MDP, yapısı ile: metal-dielektrik-iletken.

Yalıtılmış bir kapının ayırt edici bir özelliği, kendisi ile kanal arasında bir dielektrik bulunmasıdır.

Parçalar statik elektriğe karşı çok hassastır.

Alan triyot devreleri Şekil 5'te gösterilmiştir.

Elektrotların adına dikkat edin: tahliye, kaynak ve geçit.

FET'ler çok az güç tüketir. Küçük bir pil veya akümülatörle bir yıldan fazla dayanabilirler. Bu nedenle, uzaktan kumandalar gibi modern elektronik cihazlarda geniş uygulama alanı bulmuşlardır. uzaktan kumanda, mobil araçlar ve benzeri.

Bipolar

Alt bölümde bu tür transistörler hakkında çok şey söylendi " Temel prensip iş". Yalnızca, zıt işaretlerin yüklerini bir kanaldan geçirebilme özelliğinden dolayı cihazın "Bipolar" adını aldığını not ediyoruz. Özellikleri düşük çıkış empedansıdır.

Transistörler sinyalleri yükseltir ve anahtarlama cihazları olarak işlev görür. Kollektör devresinde, yeterince dahil edebilirsiniz güçlü yük. Sayesinde yüksek akım toplayıcı, yük direncini düşürebilirsiniz.

Aşağıda çalışma yapısı ve prensibi hakkında daha ayrıntılı olarak ele alacağız.

kombine

Belirli hedeflere ulaşmak için elektriksel parametreler Transistör tasarımcıları, tek bir ayrı elemanın kullanımından birleşik tasarımlar icat eder. Aralarında:

• gömülü dirençler ve devreleri ile;
• bir durumda iki triodun kombinasyonları (aynı veya farklı yapılar);
• lambda diyotları - negatif dirençli bir bölüm oluşturan iki alan triodunun bir kombinasyonu;
• Yalıtılmış bir kapı alanı triyotunun iki kutuplu bir triyodu (elektrik motorlarını kontrol etmek için kullanılır) kontrol ettiği yapılar.

Kombine transistörler aslında tek bir pakette temel bir mikro devredir.

Bipolar transistör nasıl çalışır? Aptallar için talimatlar

Bipolar transistörlerin çalışması, yarı iletkenlerin özelliklerine ve bunların kombinasyonlarına dayanır. Triyotların çalışma prensibini anlamak için yarı iletkenlerin elektrik devrelerindeki davranışlarını ele alacağız.

Yarı iletkenler.

Silisyum, germanyum vb. gibi bazı kristaller yalıtkandır. Ancak bir özellikleri vardır - belirli safsızlıklar eklerseniz, özel özelliklere sahip iletkenler haline gelirler.

Bazı katkı maddeleri (vericiler) serbest elektronların ortaya çıkmasına neden olurken, diğerleri (alıcılar) "delikler" oluşturur.

Örneğin, silikon fosfor (verici) ile katkılanırsa, fazla elektronlu (n-Si yapısı) bir yarı iletken elde ederiz. Bor (alıcı) eklendiğinde, katkılı silikon delik ileten bir yarı iletken (p-Si) haline gelecek, yani yapısında pozitif yüklü iyonlar baskın olacaktır.

Tek yönlü iletim.

Bir düşünce deneyi yapalım: iki heterojen yarı iletkeni bir güç kaynağına bağlayalım ve tasarımımıza akım getirelim. Beklenmedik bir şey olacak. Negatif kabloyu n-tipi bir kristale bağlarsanız devre kapanır. Ancak kutupları ters çevirdiğimizde devrede elektrik olmayacaktır. Bu neden oluyor?

ile kristallerin birleşmesi sonucunda farklı şekiller iletkenlik, aralarında p-n eklemli bir bölge oluşur. N-tipi kristalden gelen elektronların (yük taşıyıcıları) bir kısmı, delik iletkenliğine sahip bir kristale akacak ve temas bölgesindeki delikleri yeniden birleştirecektir.

Sonuç olarak, telafi edilmemiş yükler ortaya çıkar: n-tipi bölgede - negatif iyonlardan ve p-tipi bölgede pozitif olanlardan. Potansiyel fark 0,3 ila 0,6 V değerine ulaşır.

Voltaj ve safsızlık konsantrasyonu arasındaki ilişki aşağıdaki formülle ifade edilebilir:

φ= VT*ln( N n* Np)/n 2 ben , burada

VT – termodinamik gerilim değeri, N n Ve Np – sırasıyla elektronların ve deliklerin konsantrasyonu ve n i içsel konsantrasyonu belirtir.

Artıyı bir p-iletkenine ve eksiyi n-tipi bir yarı iletkene bağlarken, elektrik yükleri bariyeri aşacaktır, çünkü hareketleri p-n bağlantısının içindeki elektrik alanına yönlendirilecektir. İÇİNDE bu durum geçiş açıktır. Ancak kutuplar tersine çevrilirse geçiş kapanacaktır. Dolayısıyla sonuç: p-n bağlantısı tek yönlü iletim oluşturur. Bu özellik diyot tasarımında kullanılır.

Diyottan transistöre.

Deneyi karmaşıklaştıralım. Aynı yapıya sahip iki yarı iletken arasına bir katman daha ekleyelim. Örneğin, p-tipi silikon gofretler arasına iletken bir katman (n-Si) yerleştiriyoruz. Temas bölgelerinde neler olacağını tahmin etmek zor değil. Yukarıda açıklanan sürece benzer şekilde, hareketi engelleyen p-n bağlantılarına sahip alanlar oluşturulur. elektrik ücretleri Emitör ve toplayıcı arasında ve akımın polaritesinden bağımsız olarak.

En ilginç şey, ara katmana (tabana) hafif bir voltaj uyguladığımızda olur. Bizim durumumuzda, negatif işaretli bir akım uyguluyoruz. Bir diyot durumunda olduğu gibi, içinden akımın akacağı bir yayıcı tabanlı devre oluşturulur. Aynı zamanda, katman, yayıcı ve toplayıcı arasında delik iletimine yol açacak deliklerle doyurulmaya başlayacaktır.

Şekil 7'ye bakın. Pozitif iyonların koşullu tasarımımızın tüm alanını doldurduğunu ve artık akımın iletilmesine hiçbir şeyin müdahale etmediğini gösteriyor. Bir p-n-p bipolar transistörün görsel bir modelini elde ettik.

Tabanın enerjisi kesildiğinde, transistör çok hızlı bir şekilde orijinal durum ve kollektör geçidi kapatılır.

Cihaz ayrıca yükseltme modunda da çalışabilir.

Kollektör akımı, temel akımla doğru orantılıdır. : BENİle= ß* BENB , Nerede ß – şu anki kazanç, BENB – temel akım.

Kontrol akımının değerini değiştirirseniz, tabandaki deliklerin oluşumunun yoğunluğu değişecek ve bu, sinyalin frekansını korurken çıkış voltajının genliğinde orantılı bir değişiklik gerektirecektir. Bu prensip, sinyalleri yükseltmek için kullanılır.

Tabana zayıf darbeler uygulayarak, çıkışta aynı amplifikasyon frekansını elde ederiz, ancak çok daha büyük bir genlikle (toplayıcı-emitör devresine uygulanan voltaj tarafından ayarlanır).

Benzer şekilde çalışın npn transistörler. Sadece gerilimlerin polaritesi değişir. olan cihazlar n-p-n yapısı doğrudan iletkenliğe sahiptir. ters iletim p-n-p transistörler tip.

Bir yarı iletken kristalin, ışığın ultraviyole spektrumuna benzer şekilde reaksiyona girdiğini eklemeye devam ediyor. Foton akısını açıp kapatarak veya yoğunluğunu ayarlayarak, triyotun çalışması kontrol edilebilir veya bir yarı iletken direncin direnci değiştirilebilir.

Bipolar transistör anahtarlama devreleri

Devre mühendisleri aşağıdaki bağlantı şemalarını kullanır: ortak bir taban, ortak yayıcı elektrotlar ve ortak bir toplayıcı ile açma (Şekil 8).

Ortak bir tabana sahip amplifikatörler için tipiktir:

• 100 ohm'u geçmeyen düşük giriş empedansı;
• triodun iyi sıcaklık özellikleri ve frekans özellikleri;
• izin verilen yüksek voltaj;
• iki farklı güç kaynağı gerektirir.

Ortak emitör devreleri şunları içerir:

• yüksek akım ve gerilim kazançları;
• düşük güç kazancı;
• çıkış voltajının girişe göre ters çevrilmesi.

Bu bağlantı ile bir güç kaynağı yeterlidir.

"Ortak toplayıcı" ilkesine göre bağlantı şeması şunları sağlar:

• yüksek giriş ve düşük çıkış empedansı;
• düşük voltaj kazancı (< 1).

Alan etkili transistör nasıl çalışır? Aptallar için açıklama

Bir alan etkili transistörün yapısı, içindeki akımın p-n bağlantı bölgelerini geçmemesi bakımından iki kutuplu olandan farklıdır. Yükler, kapı adı verilen ayarlanabilir bir alan boyunca hareket eder. Bant genişliği kapısı voltaj ayarlanabilir.

Uzay p-n bölgeleri bir elektrik alanının etkisi altında azalır veya artar (bkz. Şekil 9). Buna göre, ücretsiz yük taşıyıcılarının sayısı değişir - tamamen yok olmaktan nihai doygunluğa. Kapı üzerindeki böyle bir etkinin bir sonucu olarak, boşaltma elektrotlarındaki akım (işlenen akımı veren kontaklar) düzenlenir. Gelen akım, kaynak kontaklarından akar.

Yerleşik ve uyarılmış bir kanala sahip alan triyotları benzer bir prensipte çalışır. Şemalarını Şekil 5'te gördünüz.

FET anahtarlama devreleri

Uygulamada, bağlantı şemaları iki kutuplu bir triyota benzetilerek kullanılır:

• ortak bir kaynakla - büyük bir akım ve güç amplifikasyonu sağlar;
• düşük giriş empedansı ve düşük kazanç (sınırlı kullanım) sağlayan ortak geçit devreleri;
• ortak emitör devreleriyle aynı şekilde çalışan ortak tahliye devreleri.

Şekil 10 gösteriyor çeşitli şemalar kapanımlar.

Hemen hemen her devre çok düşük giriş voltajlarında çalışabilir.

Transistörün çalışma prensibini basit terimlerle açıklayan video

Bir transistör, elektriksel salınımları yükselten, dönüştüren ve üreten aktif bir yarı iletken cihazdır. Transistörün bu uygulaması analog teknolojide görülebilir. Ayrıca, anahtar modunda kullanıldıkları dijital teknolojide de kullanılırlar. Ancak dijital ekipmanda, neredeyse tüm transistörler entegre devrelerin içinde ve çok büyük miktarlarda ve mikroskobik boyutlarda "gizlidir".

Burada, makalenin önceki bölümlerinde zaten açıklanan elektronlar, delikler ve atomlar üzerinde çok fazla durmayacağız, ancak gerekirse bunların bir kısmının yine de hatırlanması gerekecek.

Bir yarı iletken diyot, özellikleri açıklanan bir p-n bağlantısından oluşur. Transistör, bildiğiniz gibi, iki bağlantı noktasından oluşur, bu nedenle transistörün atası veya yarısı olarak kabul edilebilir.

Eğer p-n bağlantısı hareketsizse, boşluklar ve elektronlar, Şekil 1'de gösterildiği gibi potansiyel bir bariyer oluşturarak dağıtılır. Bu şekilde gösterilen elektron, boşluk ve iyon sembollerini unutmamaya çalışalım.

Resim 1.

Bipolar transistör nasıl çalışır?