Apa itu transistor bipolar dan apa ciri-cirinya
Perkataan "transistor" terdiri daripada perkataan TRANSfer dan resISTOR - penukar rintangan. Dia menggantikan lampu pada awal 1950-an. Ini adalah peranti tiga pin yang digunakan untuk penguatan dan pertukaran dalam litar elektronik. Kata sifat "bipolar" (transistor simpang bipolar) berfungsi untuk membezakan dari transistor kesan medan (FET). Prinsip operasi transistor bipolar adalah menggunakan dua persimpangan p-n yang membentuk lapisan penghalang, yang membolehkan arus kecil dikendalikanmengenaidengan arus tertinggi. Transistor bipolar digunakan sebagai rintangan terkawal dan juga sebagai kunci. Transistor terdiri daripada dua jenis: pnp dan npn.
Persimpangan P-N
Germanium (Ge) dan silikon (Si) adalah semikonduktor. Sekarang terutamanya silikon digunakan. Keberanian Si dan Ge adalah empat. Oleh itu, jika kita menambahkan arsenik pentavalen pada kisi kristal silikon (As), kita mendapat elektron "tambahan", dan jika kita menambah boron trivalen (B), kita mendapat tempat kosong untuk elektron. Dalam kes pertama, mereka berbicara tentang bahan "penderma" yang memberikan elektron, dalam kes kedua mereka berbicara tentang bahan "penerima" yang menerima elektron. Juga, jenis bahan pertama disebut N (negatif), dan yang kedua - P (positif).
Sekiranya bahan jenis P dan N bersentuhan, arus akan timbul di antara mereka dan keseimbangan dinamik akan dibuat dengan wilayah penipisan, di mana kepekatan pembawa cas - elektron dan tapak kosong ("lubang") - kecil. Lapisan ini mempunyai kekonduksian satu sisi dan berfungsi sebagai asas bagi peranti yang disebut diod. Sentuhan langsung bahan tidak akan membuat peralihan kualitatif; pengaloian (penyebaran) atau "penyumbatan" ion dopan menjadi kristal dalam vakum diperlukan.
Transistor PNP
Untuk pertama kalinya, transistor bipolar dibuat dengan mencairkan titisan indium menjadi kristal germanium (bahan jenis-n). Indium (In) adalah logam trivalen, bahan jenis p. Oleh itu, transistor seperti itu disebut diffuse (alloyed) yang mempunyai struktur p-n-p (atau pnp). Transistor bipolar pada gambar di bawah dihasilkan pada tahun 1965. Tubuhnya dipotong untuk kejelasan.
Kristal germanium di tengah disebut pangkalan, dan titisan indium yang meleleh ke dalamnya disebut pemancar dan pemungut. Adalah mungkin untuk menganggap peralihan EB (pemancar) dan KB (pemungut) sebagai diod biasa, tetapi peralihan CE (pemungut-pemancar) mempunyai sifat khas. Oleh itu, mustahil untuk menghasilkan transistor bipolar dari dua diod yang berasingan.
Sekiranya voltan beberapa volt digunakan antara pemungut (-) dan pemancar (+) dalam transistor jenis pnp, arus yang sangat lemah, beberapa μA, akan mengalir di litar. Sekiranya voltan kecil (pembukaan) diterapkan antara pangkalan (-) dan pemancar (+) - untuk germanium ia kira-kira 0.3 V (dan untuk silikon 0.6 V) - maka arus beberapa magnitud akan mengalir dari pemancar ke pangkalan.Tetapi kerana alasnya dibuat sangat tipis, dengan cepat akan menjadi tepu dengan lubang (ia "kehilangan" kelebihan elektron yang akan masuk ke pemancar). Oleh kerana pemancar sangat didoping dengan pengaliran lubang, dan penggabungan elektron di dasar lemah lemah sedikit tertunda, makamengenaisebahagian besar arus akan mengalir dari pemancar ke pemungut. Pemungut dibuat lebih besar daripada pemancar dan sedikit doped, yang memungkinkan untuk memilikinyamengenaivoltan kerosakan yang lebih rendah (UContoh CE> UContoh EB) Juga, kerana sebahagian besar lubang bergabung semula dalam pemungut, ia memanaskan lebih kuat daripada elektrod peranti yang lain.
Di antara arus pemungut dan pemancar terdapat nisbah:
Biasanya, α terletak pada julat 0,85-0,999 dan kebalikannya bergantung pada ketebalan dasar. Nilai ini dipanggil pekali pemindahan arus pemancar. Dalam praktiknya, timbal balik sering digunakan (juga dilambangkan dengan h21e):
Ini adalah pekali pemindahan arus asas, salah satu parameter terpenting transistor bipolar. Ini lebih kerap menentukan sifat penambahbaikan dalam praktiknya.
Transistor PNP dipanggil transistor konduktor ke hadapan. Tetapi ada jenis transistor lain, strukturnya melengkapkan pnp dengan sempurna dalam litar.
Transistor NPN
Transistor bipolar mungkin mempunyai pemungut dengan pemancar bahan jenis-N. Kemudian alasnya diperbuat daripada bahan jenis P. Dan dalam kes ini, transistor npn berfungsi sama seperti pnp, kecuali kekutuban - ia adalah transistor kekonduksian terbalik.
Transistor berasaskan silikon menekan dengan nombor mereka semua jenis transistor bipolar yang lain. Sebagai bahan penderma untuk pengumpul dan pemancar dapat berfungsi sebagai As, mempunyai elektron "ekstra". Teknologi pembuatan transistor juga telah berubah. Sekarang mereka berbentuk datar, yang memungkinkan untuk menggunakan litografi dan membuat litar bersepadu. Gambar di bawah menunjukkan transistor bipolar satah (sebagai sebahagian daripada litar bersepadu pada pembesaran tinggi). Menurut teknologi planar, transistor pnp dan npn dihasilkan, termasuk yang transistor. Aloi sudah dihentikan.
Transistor bipolar planar dalam konteks gambar berikut (gambarajah ringkas).
Gambar menunjukkan seberapa baik reka bentuk transistor planar disusun - pengumpul disejukkan dengan berkesan oleh substrat kristal. Transistor pnp planar juga dihasilkan.
Penunjukan grafik konvensional transistor bipolar ditunjukkan dalam gambar berikut.
UGO ini bersifat antarabangsa, dan juga berlaku sesuai dengan GOST 2.730-73.
Litar Beralih Transistor
Biasanya transistor bipolar selalu digunakan dalam hubungan langsung - kekutuban terbalik di persimpangan FE tidak memberikan apa-apa yang menarik. Untuk skema sambungan langsung, terdapat tiga skema sambungan: pemancar biasa (OE), pemungut umum (OK), dan pangkalan bersama (OB). Ketiga-tiga penyertaan ditunjukkan di bawah. Mereka menerangkan hanya prinsip operasi itu sendiri - dengan anggapan bahawa titik operasi entah bagaimana dipasang menggunakan sumber kuasa tambahan atau litar tambahan. Untuk membuka transistor silikon (Si), perlu mempunyai potensi ~ 0.6 V antara pemancar dan alas, dan untuk germanium itu cukup ~ 0.3 V.
Pemancar biasa
Voltan U1 menyebabkan arus Ib, arus pengumpul Ik sama dengan arus asas dikalikan dengan β. Dalam kes ini, voltan + E harus cukup besar: 5 V-15 V. Litar ini menguatkan arus dan voltan dengan baik, dan oleh itu, daya. Isyarat output bertentangan secara fasa dengan input (terbalik). Ini digunakan dalam teknologi digital sebagai fungsi TIDAK.
Sekiranya transistor tidak berfungsi dalam mod kekunci, tetapi sebagai penguat isyarat kecil (mod aktif atau linier), maka, dengan memilih arus arus dasar, voltan U ditetapkan2 sama dengan E / 2 supaya isyarat output tidak diputarbelitkan. Aplikasi seperti itu digunakan, misalnya, dalam menguatkan isyarat audio dalam penguat kelas atas dengan distorsi rendah dan, sebagai akibatnya, kecekapan rendah.
Pengumpul biasa
Dari segi voltan, litar OK tidak menguat, di sini gandaan adalah α ~ 1.Oleh itu, litar ini dipanggil pengikut pemancar. Arus dalam litar pemancar adalah β + 1 kali lebih besar daripada pada litar asas. Litar ini menguatkan sumur arus dan mempunyai output yang rendah dan impedans input yang sangat tinggi. (Ini adalah masa untuk mengingat bahawa transistor dipanggil transformer rintangan.)
Pengikut pemancar mempunyai sifat dan parameter operasi yang sangat sesuai untuk probe osiloskop. Ia menggunakan impedansi input yang besar dan output rendah, yang baik untuk dipadankan dengan kabel impedans rendah.
Pangkalan biasa
Litar ini dicirikan oleh rintangan input terendah, tetapi kenaikan arus sama dengan α. Litar asas biasa menguatkan voltan dengan baik, tetapi tidak berfungsi. Keistimewaannya adalah penghapusan pengaruh maklum balas terhadap kapasitansi (eff. Miller). Tahap OB sangat sesuai sebagai tahap input penguat dalam jalur frekuensi radio yang dipadankan pada rintangan rendah 50 dan 75 Ohms.
Cascades dengan pangkalan umum digunakan secara meluas dalam teknologi gelombang mikro dan penggunaannya dalam elektronik radio dengan lata pengikut emitter sangat biasa.
Dua mod operasi utama
Bezakan antara mod operasi menggunakan isyarat "kecil" dan "besar". Dalam kes pertama, transistor bipolar beroperasi pada kawasan kecil dari ciri-cirinya dan ini digunakan dalam teknologi analog. Dalam kes seperti itu, linearitas penguatan isyarat dan kebisingan rendah adalah penting. Ini adalah mod linear.
Dalam kes kedua (mod kekunci), transistor bipolar beroperasi dalam julat penuh - dari ketepuan hingga pemotongan, seperti kunci. Ini bermaksud bahawa jika anda melihat ciri I - V dari persimpangan pn, anda harus menggunakan voltan terbalik yang kecil antara pangkalan dan pemancar untuk mengunci transistor sepenuhnya, dan untuk membuka sepenuhnya apabila transistor masuk ke mod tepu, tingkatkan arus asas sedikit, berbanding mod isyarat rendah. Kemudian transistor berfungsi seperti denyut nadi. Mod ini digunakan dalam peranti pensuisan dan kuasa, digunakan untuk menukar bekalan kuasa. Dalam kes sedemikian, mereka cuba mencapai masa beralih transistor yang singkat.
Logik digital dicirikan oleh kedudukan pertengahan antara isyarat "besar" dan "kecil". Tahap logik yang rendah dibatasi oleh 10% voltan bekalan, dan yang tinggi sebanyak 90%. Kelewatan masa dan peralihan berusaha untuk mengurangkan hingga batas. Cara operasi ini adalah kunci, tetapi mereka berusaha untuk mengurangkan kuasa di sini. Sebarang unsur logik adalah kunci.
Jenis transistor lain
Jenis transistor utama yang telah dijelaskan tidak menghadkan susunannya. Transistor komposit dihasilkan (litar Darlington). Β mereka sangat besar dan sama dengan produk pekali kedua transistor, oleh itu mereka juga disebut transistor "superbet".
Kejuruteraan elektrik telah menguasai IGBT (transistor bipolar pintu bertebat), dengan pintu terpencil. Pintu transistor kesan medan memang terasing dari salurannya. Benar, ada persoalan untuk mengisi kapasitans input semasa beralih, jadi, tanpa arus, ia tidak dapat dilakukan di sini.
Transistor sedemikian digunakan dalam suis kuasa yang kuat: penukar nadi, penyongsang, dll. Input IGBT sangat sensitif kerana rintangan gerbang tinggi dari transistor kesan medan. Semasa keluar - mereka memberi peluang untuk menerima arus besar dan boleh dibuat untuk voltan tinggi. Sebagai contoh, di Amerika Syarikat terdapat stesen tenaga solar baru, di mana transistor seperti itu di litar jambatan dimuatkan dengan transformer kuat yang memindahkan tenaga ke rangkaian industri.
Sebagai kesimpulan, kita perhatikan bahawa transistor, dengan kata mudah, adalah "tenaga kerja" semua elektronik moden. Mereka digunakan di mana sahaja: dari lokomotif elektrik hingga telefon bimbit. Mana-mana komputer moden terdiri daripada hampir semua transistor. Asas fizikal operasi transistor difahami dengan baik dan menjanjikan banyak lagi pencapaian baru.
Bahan berkaitan:
Memuat ...
