Mi a bipoláris tranzisztor és mi a jellemző?
A "tranzisztor" szó a TRANSfer és az ellenállás - ellenállás átalakító szavakból áll. Az 1950-es évek elején cserélt lámpákat. Ez egy három tűs eszköz, amelyet az elektronikus áramkörök erősítésére és kapcsolására használnak. A "bipoláris" melléknevet (bipoláris csomópontú tranzisztor) megkülönböztetjük a mezőhatásoktól (FET - mezőhatások). A bipoláris tranzisztor működésének elve az, hogy két p-n csomópontot használjon, amely akadályréteget képez, amely lehetővé teszi egy kis áram vezérlésétkörülbelüla legnagyobb árammal. A bipoláris tranzisztor vezérelt ellenállásként és kulcsként egyaránt használható. A tranzisztorok kétféleek: pnp és npn.
P-N csomópont
A germánium (Ge) és a szilícium (Si) félvezetők. Most elsősorban szilíciumot használnak. Si és Ge valenciája négy. Ezért ha hozzáadunk pentavalens arzént a szilícium (As) kristályrácsához, kapunk egy „extra” elektronot, és ha háromértékű bórt (B) adunk hozzá, akkor egy üres helyet kapunk egy elektron számára. Az első esetben elektronokat adó donor anyagról, a második esetben elektronokat fogadó „elfogadó” anyagról beszélnek. Az első típusú anyagot szintén N (negatív), a második anyagot P (pozitív) néven hívják.
Ha a P és az N típusú anyagok érintkezésbe kerülnek, áram alakul ki közöttük, és dinamikus egyensúly alakul ki a kimerült régióval, ahol a töltéshordozók - elektronok és üres helyek („lyukak”) - koncentrációja kicsi. Ez a réteg egyoldalú vezetőképességgel rendelkezik, és alapjául szolgál egy diódának nevezett eszköz számára. Az anyagok közvetlen érintkeztetése nem hoz létre kvalitatív átmenetet, szükség van az adalékanyag-ionok ötvözésére (diffúziójára) vagy „eltömődésére” egy kristályba vákuumban.
PNP tranzisztor
Először bipoláris tranzisztorot készítettek oly módon, hogy az indiumcseppek germánium-kristályokká (n-típusú anyag) megolvadtak. Az indium (In) egy háromértékű fém, p-típusú anyag. Ezért egy ilyen tranzisztort diffúznak (ötvözöttnek) neveztünk, amelynek p-n-p (vagy pnp) szerkezete van. Az alábbi ábra bipoláris tranzisztorát 1965-ben gyártották. Teste az érthetőség kedvéért vágva.
A közepén lévő germánium kristályt bázisnak nevezzük, és a beleolvadt indiumcseppeknek emitterét és kollektorát nevezzük. Lehetséges, hogy az EB (emitter) és KB (kollektor) átmeneteket rendes diódáknak tekintjük, de az átmeneti CE (kollektor-emitter) különleges tulajdonsággal rendelkezik. Ezért lehetetlen bipoláris tranzisztor előállítása két különálló diódából.
Ha több kollektor feszültsége van a kollektor (-) és az emitter (+) között egy pnp típusú tranzisztorban, egy nagyon gyenge áram, néhány μA, áramlik az áramkörben. Ha ezután kicsi (nyitó) feszültséget alkalmazunk az alap (-) és az emitter (+) között - germánium esetén ez körülbelül 0,3 V (és a szilícium esetében 0,6 V) -, akkor bizonyos nagyságú áram folyik az emitterről az alapra.Mivel azonban az alap nagyon vékonyá válik, akkor gyorsan lyukakkal telíti („elveszti” az emitterhez megy elektronok feleslegét). Mivel az emitter erősen adalékolt lyuk vezetőképességgel, és egy gyengén adalékolt alapban az elektron rekombinációja kissé késik,körülbelülaz áram nagy része az emitterről a kollektorra áramlik. A kollektor nagyobb, mint az emitter, és kissé adalékolt, ami lehetővé teszikörülbelülalacsonyabb lebontási feszültség (UMinta CE> UEB minta). Továbbá, mivel a lyukak nagy része rekombinálódik a kollektorban, ez erősebben melegszik fel, mint a készülék többi elektródája.
A kollektor és az emitter áram között van egy arány:
Az α általában 0,85-0,999 tartományban van, és fordítva függ az alap vastagságától. Ezt az értéket emitter áramátviteli együtthatónak nevezzük. A gyakorlatban gyakran alkalmazzák a viszonyt (h-vel is jelölve)21e):
Ez az alapáram-átviteli együttható, a bipoláris tranzisztor egyik legfontosabb paramétere. Gyakrabban meghatározza a javító tulajdonságokat a gyakorlatban.
A PNP tranzisztorot előremeneti vezető tranzisztornak nevezzük. De van egy másik típusú tranzisztor is, amelynek felépítése tökéletesen kiegészíti az pnp-t az áramkörben.
NPN tranzisztor
A bipoláris tranzisztor kollektorral lehet N-típusú anyag kibocsátójával. Ezután az alap P típusú anyagból készül. És ebben az esetben az npn tranzisztor pontosan úgy működik, mint a pnp, a polaritás kivételével - ez egy fordított vezetőképességű tranzisztor.
A szilícium-alapú tranzisztorok számukkal elnyomják a bipoláris tranzisztorok összes többi típusát. Donor anyagként a kollektor és az emitter számára As-ként szolgálhat, "extra" elektrontal rendelkezik. A tranzisztorok gyártásának technológiája szintén megváltozott. Most síkok, amelyek lehetővé teszik a litográfia alkalmazását és az integrált áramkörök készítését. Az alábbi képen egy sík bipoláris tranzisztor látható (nagyított integrált áramkör részeként). A sík technológia szerint mind pnp, mind npn tranzisztorokat gyártanak, beleértve a nagy teljesítményű tranzisztorokat is. Az ötvözet már megszűnt.
A síkú bipoláris tranzisztor a következő kép összefüggésében (egyszerűsített ábra).
A kép azt mutatja, hogy a sík tranzisztor tervezése milyen jól van elrendezve - a kollektor hatékonyan lehűti a kristály hordozót. A sík pnp tranzisztor szintén gyártásra kerül.
A bipoláris tranzisztor hagyományos grafikus megnevezéseit az alábbi ábra mutatja.
Ezek az UGO-k nemzetközi és a GOST 2.730-73 szerint érvényesek.
Tranzisztor kapcsolási áramkörök
Általában a bipoláris tranzisztorokat mindig közvetlen összeköttetésben használják - a fordított polaritás az FE csomóponton nem ad semmi érdekeset. A közvetlen csatlakoztatási sémahoz három csatlakozási séma létezik: közös emitter (OE), közös kollektor (OK) és közös alap (OB). Mindhárom zárvány az alábbiakban látható. Csak a működés elvét magyarázzák el - feltételezve, hogy a működési pontot valamilyen kiegészítő energiaforrás vagy kiegészítő áramkör segítségével telepítik. A szilícium-tranzisztor (Si) kinyitásához ~ 0,6 V feszültség szükséges az emitter és az alap között, germánium számára pedig ~ 0,3 V.
Közös kibocsátó
Az U1 feszültség Ib áramot okoz, az I kollektoráram megegyezik a bázis szorzatával szorozva. Ebben az esetben a + E feszültségnek elég nagynak kell lennie: 5 V-15 V. Ez az áramkör jól erősíti az áramot és a feszültséget, tehát a teljesítményt. A kimeneti jel fázisban ellentétes a bemenettel (fordított). Ezt a digitális technológiában a NOT funkciójaként használják.
Ha a tranzisztor nem kulcsos üzemmódban működik, hanem kis jelek erősítőjeként (aktív vagy lineáris mód), akkor az alapáram kiválasztásával az U feszültséget beállítják2 egyenlő E / 2-vel, hogy a kimeneti jel ne legyen torzítva. Egy ilyen alkalmazást például audio jelek erősítésére használnak csúcsteljesítményű erősítőkben, alacsony torzulással, ennek eredményeként alacsony hatékonysággal.
Közös gyűjtő
A feszültség szempontjából az OK áramkör nem erősödik, itt a nyereség α ~ 1.Ezért ezt az áramkört emitter-követőnek nevezzük. Az emitter áramkörében az áram β + 1-szer nagyobb, mint az alapkörben. Ez az áramkör jól erősíti az áramot, alacsony kimeneti és nagyon magas bemeneti impedanciája van. (Ideje emlékezni arra, hogy a tranzisztort ellenállás transzformátornak nevezzük.)
Az emitter követő tulajdonságai és működési paraméterei nagyon alkalmasak az oszcilloszkóp szondákhoz. Hatalmas bemeneti impedanciáját és alacsony kimenetet használja, ami jó az alacsony impedanciájú kábelhez való illesztéshez.
Közös alap
Ezt az áramkört a legalacsonyabb bemeneti ellenállás jellemzi, de áramerőssége megegyezik α-val. A közös bázisáramkör jól erősíti a feszültséget, de nem a teljesítményt. Jellemzője a visszacsatolásnak a kapacitásra gyakorolt hatásának kiküszöbölése (pl. Miller). Az OB-vel rendelkező kaszkádok ideálisan erősítők bemeneti fokozatává válnak a rádiófrekvenciás útvonalakon, amelyek alacsony ellenállása 50 - 75 Ohm.
A közös bázissal rendelkező kaszkádokat nagyon széles körben használják a mikrohullámú technológiában, és a rádióelektronikában nagyon gyakran használják a kibocsátók követői kaszkáddal.
Két fő üzemmód
A „kicsi” és a „nagy” jel segítségével különböztesse meg az üzemmódot. Az első esetben a bipoláris tranzisztor jellemzőinek kis területén működik, és ezt analóg technológiában használják. Ilyen esetekben a jel erősítésének linearitása és az alacsony zaj fontos. Ez egy lineáris mód.
A második esetben (kulcs mód) a bipoláris tranzisztor a teljes tartományban működik - a telítettségtől a küszöbig, mint egy kulcs. Ez azt jelenti, hogy ha megvizsgáljuk a pn-csomópont I - V karakterisztikáját, akkor egy kis fordított feszültséget kell alkalmaznunk az alapegység és az emitter között, hogy teljesen rögzítsük a tranzisztorot, és hogy teljesen kinyissuk, amikor a tranzisztor telítési módba megy, kissé növeljük az alapáramot az alacsony jelű üzemmódhoz képest. Ezután a tranzisztor úgy működik, mint egy impulzus kapcsoló. Ezt az üzemmódot kapcsolók és tápegységek használják, tápegységek kapcsolására használják. Ilyen esetekben megpróbálják elérni a tranzisztorok rövid kapcsolási idejét.
A digitális logikát a „nagy” és a „kicsi” jelek közötti közbenső helyzet jellemzi. Az alacsony logikai szintet a tápfeszültség 10% -ának, a magas logikát 90% -kal korlátozza. Az időkésések és a váltás célja a határérték csökkentése. Ez a működési mód kulcsfontosságú, de igyekszik minimálisra csökkenteni az energiát. Bármely logikai elem kulcs.
Más típusú tranzisztorok
A már ismertetett tranzisztorok fő típusai nem korlátozzák azok elrendezését. Kompozit tranzisztorokat állítanak elő (Darlington áramkör). Β -juk nagyon nagy, és megegyezik a két tranzisztor együtthatóinak szorzatával, ezért „szuperbet” tranzisztoroknak is nevezik.
Az elektrotechnika már elsajátította az IGBT-ket (szigetelt kapu bipoláris tranzisztorát) egy elkülönített kapuval. A mezőhatású tranzisztor kapuja valóban elszigetelve a csatornájától. Igaz, hogy van egy bemeneti kapacitásának újratöltése a kapcsolás során, tehát áram nélkül itt nem tudja megtenni.
Az ilyen tranzisztorokat erős teljesítménykapcsolókon használják: impulzus-átalakítókban, inverterekben stb. A bemeneti IGBT-k nagyon érzékenyek a terepi hatású tranzisztorok magas kapu ellenállása miatt. Kilépéskor - lehetőséget adnak hatalmas áram vételére, és nagyfeszültségre gyárthatók. Például az USA-ban van egy új napenergia-erőmű, ahol az ilyen tranzisztorokat a hídáramkörben erőteljes transzformátorokkal töltik fel, amelyek energiát továbbítják az ipari hálózatba.
Összegzésként megjegyezzük, hogy a tranzisztorok, egyszerű szavakkal, az összes modern elektronika „munkafúrója”. Mindenütt használják: az elektromos mozdonyoktól a mobiltelefonokig. Bármely modern számítógép szinte minden tranzisztorból áll. A tranzisztorok működésének fizikai alapjai jól megérthetők, és még sok új eredményt ígérnek.
Kapcsolódó anyagok:
Betöltés ...
