ทรานซิสเตอร์สองขั้วคืออะไรและอะไรคือคุณสมบัติของมัน
คำว่า "ทรานซิสเตอร์" ประกอบด้วยคำว่า TRANSfer และตัวต้านทาน - ตัวแปลงความต้านทาน เขาเปลี่ยนหลอดไฟในต้นปี 1950 นี่เป็นอุปกรณ์สามพินที่ใช้สำหรับขยายและเปลี่ยนในวงจรอิเล็กทรอนิกส์ คำคุณศัพท์“ ไบโพลาร์” (bipolar junction transistor) ทำหน้าที่แยกความแตกต่างจากทรานซิสเตอร์เอฟเฟกต์สนาม (FET) หลักการทำงานของทรานซิสเตอร์แบบไบโพลาร์คือการใช้สองขั้วต่อ p-n ที่ก่อตัวเป็นชั้นเลเยอร์กั้นซึ่งทำให้กระแสไฟฟ้าขนาดเล็กสามารถควบคุมได้เกี่ยวกับด้วยกระแสสูงสุด ทรานซิสเตอร์สองขั้วใช้เป็นทั้งความต้านทานควบคุมและเป็นกุญแจ ทรานซิสเตอร์มีสองประเภท: pnp และ npn
ทางแยก P-N
เจอร์เมเนียม (Ge) และซิลิคอน (Si) เป็นสารกึ่งตัวนำ ตอนนี้ส่วนใหญ่จะใช้ซิลิกอน ความจุของ Si และ Ge คือสี่ ดังนั้นถ้าเราเพิ่มสารหนูเพนทาวาเลนท์ลงในตาข่ายคริสตัลของซิลิคอน (As) เราจะได้รับอิเล็กตรอน“ พิเศษ” และถ้าเราเพิ่มโบรอน trivalent (B) เราจะได้ที่ว่างสำหรับอิเล็กตรอน ในกรณีแรกพวกเขาพูดถึงวัสดุที่ "บริจาค" ให้อิเล็กตรอนในกรณีที่สองพวกเขาพูดถึงวัสดุที่ "รับ" อิเล็กตรอนที่ได้รับ นอกจากนี้วัสดุประเภทแรกเรียกว่า N (ลบ) และที่สอง - P (บวก)
หากวัสดุประเภท P และ N ถูกนำมาสัมผัสกระแสไฟฟ้าจะเกิดขึ้นระหว่างพวกเขาและดุลยภาพแบบไดนามิกจะถูกสร้างขึ้นด้วยภูมิภาคพร่องซึ่งความเข้มข้นของประจุพาหะ - อิเล็กตรอนและพื้นที่ว่าง ("หลุม") - มีขนาดเล็ก เลเยอร์นี้มีค่าการนำไฟฟ้าด้านเดียวและทำหน้าที่เป็นพื้นฐานสำหรับอุปกรณ์ที่เรียกว่าไดโอด การสัมผัสกับวัสดุโดยตรงจะไม่ทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงเชิงคุณภาพการผสม (การแพร่) หรือ "การอุดตัน" ของไอออนเจือปนลงในคริสตัลในสูญญากาศเป็นสิ่งจำเป็น
ทรานซิสเตอร์ PNP
เป็นครั้งแรกที่ทรานซิสเตอร์สองขั้วถูกสร้างขึ้นโดยการหลอมอินเดียมหยดลงในผลึกเจอร์เมเนียม (วัสดุชนิด n) อินเดียม (ใน) เป็นโลหะ trivalent วัสดุ p- ประเภท ดังนั้นทรานซิสเตอร์ดังกล่าวจึงถูกเรียกว่า diffuse (อัลลอยด์) ที่มีโครงสร้าง p-n-p (หรือ pnp) ทรานซิสเตอร์สองขั้วในภาพด้านล่างผลิตในปี 1965 ร่างกายของมันถูกตัดเพื่อความชัดเจน
คริสตัลเจอร์เมเนียมตรงกลางเรียกว่าฐานและหยดอินเดียมละลายลงไปเรียกว่าตัวปล่อยรังสีและตัวสะสม เป็นไปได้ที่จะพิจารณาการเปลี่ยน EB (emitter) และ KB (ตัวสะสม) เป็นไดโอดธรรมดา แต่การเปลี่ยนแปลง CE (ตัวสะสม - ตัวปล่อย) มีคุณสมบัติพิเศษ ดังนั้นจึงเป็นไปไม่ได้ที่จะผลิตทรานซิสเตอร์สองขั้วจากไดโอดสองตัวที่แยกกัน
หากแรงดันไฟฟ้าของโวลต์หลายตัวถูกนำไปใช้ระหว่างตัวสะสม (-) และตัวปล่อย (+) ในทรานซิสเตอร์ประเภท pnp กระแสไฟฟ้าที่อ่อนมากไม่กี่μAจะไหลในวงจร ถ้าแรงดันไฟฟ้าขนาดเล็ก (เปิด) ถูกใช้ระหว่างฐาน (-) และตัวปล่อย (+) - สำหรับเจอร์เมเนียมจะอยู่ที่ประมาณ 0.3 V (และสำหรับซิลิคอน 0.6 V) - จากนั้นขนาดของกระแสจะไหลจากตัวปล่อยไปยังฐานแต่เนื่องจากฐานบางมากมันจะอิ่มตัวอย่างรวดเร็วด้วยรู (มัน“ สูญเสีย” อิเล็กตรอนส่วนเกินที่จะไปยังตัวปล่อย) เนื่องจากอีซีแอลนั้นมีการเจือด้วยรูอย่างมากและการรวมตัวกันของอิเล็กตรอนในฐานที่มีความอ่อนแอเล็กน้อยนั้นล่าช้าเล็กน้อยเกี่ยวกับกระแสส่วนใหญ่จะไหลจากตัวปล่อยไปยังตัวสะสม ตัวสะสมถูกสร้างให้มีขนาดใหญ่กว่าตัวปล่อยรังสีและมีสารเจือเล็กน้อยซึ่งอนุญาตให้มีได้เกี่ยวกับแรงดันพังทลายที่ต่ำกว่า (Uตัวอย่าง CE> คุณตัวอย่าง EB) นอกจากนี้เนื่องจากหลุมจำนวนมากรวมตัวกันอีกครั้งในตัวสะสมจึงทำให้ความร้อนสูงกว่าขั้วไฟฟ้าอื่นของอุปกรณ์
ระหว่างตัวสะสมและตัวส่งกระแสมีอัตราส่วน:
โดยทั่วไปแล้วαจะอยู่ในช่วง 0.85-0.999 และขึ้นอยู่กับความหนาของฐาน ค่านี้เรียกว่าสัมประสิทธิ์การถ่ายโอน emitter ปัจจุบัน ในทางปฏิบัติมักจะใช้ซึ่งกันและกัน (แสดงโดย h21e):
นี่คือค่าสัมประสิทธิ์การถ่ายโอนฐานปัจจุบันซึ่งเป็นหนึ่งในพารามิเตอร์ที่สำคัญที่สุดของทรานซิสเตอร์สองขั้ว มันมักจะกำหนดคุณสมบัติการเพิ่มประสิทธิภาพในทางปฏิบัติ
PNP ทรานซิสเตอร์เรียกว่าทรานซิสเตอร์ตัวนำไปข้างหน้า แต่มีทรานซิสเตอร์อีกประเภทหนึ่งซึ่งเป็นโครงสร้างที่เติม pnp อย่างสมบูรณ์ในวงจร
ทรานซิสเตอร์ NPN
ทรานซิสเตอร์แบบไบโพลาร์อาจมีตัวสะสมพร้อมตัวปล่อยของวัสดุชนิด N จากนั้นฐานทำจากวัสดุ P-type และในกรณีนี้ทรานซิสเตอร์ npn ทำงานเหมือนกับ pnp ยกเว้นขั้ว - มันเป็นทรานซิสเตอร์แบบย้อนกลับการนำไฟฟ้า
ทรานซิสเตอร์ที่ใช้ซิลิกอนจะลดจำนวนทรานซิสเตอร์ไบโพลาร์ประเภทอื่น ๆ ทั้งหมด ในฐานะที่เป็นวัสดุผู้บริจาคสำหรับนักสะสมและนักปล่อยสามารถทำหน้าที่เป็นในฐานะที่มีอิเล็กตรอน "พิเศษ" เทคโนโลยีสำหรับทรานซิสเตอร์การผลิตก็เปลี่ยนไปเช่นกัน ตอนนี้พวกมันเป็นระนาบซึ่งทำให้สามารถใช้การพิมพ์หินและสร้างวงจรรวมได้ ภาพด้านล่างแสดงทรานซิสเตอร์สองขั้วระนาบ (เป็นส่วนหนึ่งของวงจรรวมที่กำลังขยายสูง) ตามเทคโนโลยีระนาบทั้งทรานซิสเตอร์ pnp และ npn นั้นผลิตขึ้น โลหะผสมถูกยกเลิกแล้ว
ทรานซิสเตอร์แบบไบโพลาร์ระนาบในบริบทของภาพต่อไปนี้ (ไดอะแกรมแบบง่าย)
รูปภาพแสดงให้เห็นว่าการออกแบบระนาบของทรานซิสเตอร์นั้นถูกจัดวางอย่างดีเพียงใด - ตัวเก็บประจุจะถูกทำให้เย็นลงโดยพื้นผิวของผลึก นอกจากนี้ยังผลิตทรานซิสเตอร์ระนาบ pnp ด้วย
การออกแบบกราฟิกทั่วไปของทรานซิสเตอร์สองขั้วจะแสดงในภาพต่อไปนี้
UGOs เหล่านี้เป็นสากลและใช้ได้ตาม GOST 2.730-73
ทรานซิสเตอร์สลับวงจร
โดยปกติแล้วทรานซิสเตอร์แบบไบโพลาร์มักใช้ในการเชื่อมต่อโดยตรง - ขั้วกลับด้านที่จุดต่อ FE ให้อะไรที่น่าสนใจ สำหรับรูปแบบการเชื่อมต่อโดยตรงมีสามรูปแบบการเชื่อมต่อ: ตัวปล่อยทั่วไป (OE), ตัวเก็บรวบรวมทั่วไป (OK) และฐานทั่วไป (OB) การรวมทั้งสามอย่างดังแสดงด้านล่าง พวกเขาอธิบายถึงหลักการของการดำเนินงานเท่านั้น - สมมติว่าจุดปฏิบัติการนั้นได้รับการติดตั้งโดยใช้แหล่งพลังงานเพิ่มเติมหรือวงจรเสริม ในการเปิดซิลิกอนทรานซิสเตอร์ (Si) จำเป็นต้องมีศักยภาพ ~ 0.6 V ระหว่างตัวปล่อยและฐานและสำหรับเจอร์เมเนียมก็เพียงพอ ~ 0.3 V.
อีซีแอลทั่วไป
แรงดันไฟฟ้า U1 เป็นสาเหตุของกระแส Ib, ตัวสะสมกระแส Ik เท่ากับกระแสฐานคูณด้วยβ ในกรณีนี้แรงดันไฟฟ้า + E ควรมีขนาดใหญ่พอ: 5 V-15 V. วงจรนี้จะขยายกระแสและแรงดันไฟฟ้าที่ดีดังนั้นพลังงาน สัญญาณเอาท์พุทอยู่ตรงข้ามในเฟสกับอินพุต (กลับด้าน) สิ่งนี้ใช้ในเทคโนโลยีดิจิตอลในรูปแบบของ NOT
หากทรานซิสเตอร์ไม่ทำงานในโหมดคีย์ แต่เป็นแอมพลิฟายเออร์ของสัญญาณขนาดเล็ก (โหมดแอ็คทีฟหรือเชิงเส้น) จากนั้นเมื่อใช้การเลือกกระแสเบสฐานแรงดัน U จะถูกตั้งค่า2 เท่ากับ E / 2 เพื่อให้สัญญาณออกไม่ผิดเพี้ยน ตัวอย่างเช่นแอปพลิเคชันที่ใช้เช่นในการขยายสัญญาณเสียงในแอมพลิฟายเออร์คุณภาพสูงที่มีความเพี้ยนต่ำและส่งผลให้ประสิทธิภาพต่ำ
นักสะสมทั่วไป
ในแง่ของแรงดันไฟฟ้าวงจร OK ไม่ได้ขยายนี่คืออัตราขยายที่ได้คือα ~ 1ดังนั้นวงจรนี้เรียกว่าผู้ติดตามตัวส่ง กระแสในวงจรตัวส่งสัญญาณมีค่ามากกว่า base + 1 เท่าในวงจรฐาน วงจรนี้ขยายบ่อน้ำปัจจุบันและมีเอาต์พุตต่ำและอิมพิแดนซ์อินพุตสูงมาก (นี่เป็นเวลาที่ต้องจำไว้ว่าทรานซิสเตอร์เรียกว่าหม้อแปลงความต้านทาน)
สาวกอีซีแอลมีคุณสมบัติและพารามิเตอร์การทำงานที่เหมาะสำหรับโพรบออสซิลโลสโคป มันใช้ความต้านทานอินพุตขนาดใหญ่และเอาต์พุตต่ำซึ่งเหมาะสำหรับการจับคู่กับสายเคเบิลความต้านทานต่ำ
ฐานสามัญ
วงจรนี้มีความต้านทานอินพุตต่ำสุด แต่อัตราขยายปัจจุบันมีค่าเท่ากับα วงจรฐานร่วมกันขยายแรงดันไฟฟ้าได้ดี แต่ไม่ได้อยู่ในอำนาจ คุณลักษณะของมันคือการกำจัดอิทธิพลของข้อเสนอแนะที่มีต่อความจุ (eff. มิลเลอร์) คาสเคดที่มี OB นั้นเหมาะสมอย่างยิ่งกับขั้นตอนอินพุตของแอมพลิฟายเออร์ในเส้นทางความถี่วิทยุที่ตรงกับความต้านทานต่ำที่ 50 และ 75 โอห์ม
น้ำตกที่มีฐานร่วมกันนั้นถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในเทคโนโลยีไมโครเวฟและการใช้คลื่นวิทยุในคลื่นวิทยุอิเล็กทรอนิกส์ที่มีผู้ติดตามอิมิเตอร์เป็นเรื่องธรรมดามาก
สองโหมดการทำงานหลัก
แยกแยะระหว่างโหมดการทำงานโดยใช้สัญญาณ "เล็ก" และ "ใหญ่" ในกรณีแรกทรานซิสเตอร์แบบไบโพลาร์ทำงานในพื้นที่ขนาดเล็กของคุณลักษณะและใช้ในเทคโนโลยีอะนาล็อก ในกรณีเช่นนี้ความเป็นเส้นตรงของการขยายสัญญาณและสัญญาณรบกวนต่ำมีความสำคัญ นี่คือโหมดเชิงเส้น
ในกรณีที่สอง (โหมดกุญแจ) ทรานซิสเตอร์สองขั้วทำงานในช่วงเต็มรูปแบบ - จากความอิ่มตัวจนถึงการตัดเช่นแป้น ซึ่งหมายความว่าหากคุณดูที่ลักษณะ I - V ของทางแยก pn คุณควรใช้แรงดันไฟฟ้าย้อนกลับขนาดเล็กระหว่างฐานและตัวปล่อยเพื่อล็อคทรานซิสเตอร์อย่างสมบูรณ์และเปิดให้เต็มเมื่อทรานซิสเตอร์เข้าสู่โหมดความอิ่มตัวเพิ่มกระแสไฟฟ้าฐานเล็กน้อยเมื่อเทียบกับโหมดสัญญาณต่ำ จากนั้นทรานซิสเตอร์ก็ทำงานเหมือนสวิตช์พัลส์ โหมดนี้ใช้ในการสลับและอุปกรณ์พลังงานจะใช้สำหรับการสลับแหล่งจ่ายไฟ ในกรณีเช่นนี้พวกเขาพยายามที่จะให้เวลาในการสลับสั้นของทรานซิสเตอร์
ตรรกะดิจิทัลมีลักษณะเป็นตำแหน่งกึ่งกลางระหว่างสัญญาณ "ใหญ่" และ "เล็ก" ระดับลอจิกต่ำจะถูก จำกัด โดย 10% ของแรงดันไฟฟ้าและระดับสูงโดย 90% หน่วงเวลาและการสลับเปลี่ยนพยายามลดให้ถึงขีด จำกัด โหมดการทำงานนี้เป็นกุญแจสำคัญ แต่พวกเขาพยายามลดพลังงานที่นี่ องค์ประกอบเชิงตรรกะใด ๆ เป็นกุญแจสำคัญ
ทรานซิสเตอร์ชนิดอื่น ๆ
ประเภทหลักของทรานซิสเตอร์ที่อธิบายไปแล้วไม่ได้ จำกัด การจัดเรียงของพวกเขา มีการผลิตทรานซิสเตอร์แบบรวม (วงจรดาร์ลิงตัน) βมีขนาดใหญ่มากและเท่ากับผลคูณของค่าสัมประสิทธิ์ของทรานซิสเตอร์ทั้งสองดังนั้นพวกเขาจึงเรียกว่าทรานซิสเตอร์“ ยอดเยี่ยม”
วิศวกรรมไฟฟ้าได้เชี่ยวชาญ IGBTs (ทรานซิสเตอร์เกตไบโพลาร์หุ้มฉนวน) แล้วด้วยเกทที่แยกได้ เกตของสนามผลทรานซิสเตอร์จริง ๆ แล้วแยกออกมาจากช่องทางของมัน จริงมีคำถามของการชาร์จความจุอินพุตระหว่างการสลับดังนั้นถ้าไม่มีกระแสก็ไม่สามารถทำได้ที่นี่
ทรานซิสเตอร์ดังกล่าวถูกใช้ในสวิตช์พลังงานอันทรงพลัง: เครื่องแปลงชีพจร, อินเวอร์เตอร์, ฯลฯ อินพุต IGBT มีความไวสูงมากเนื่องจากความต้านทานเกทสูงของทรานซิสเตอร์เอฟเฟกต์สนาม เมื่อออก - พวกเขาให้โอกาสที่จะได้รับกระแสมากและสามารถผลิตสำหรับแรงดันสูง ตัวอย่างเช่นในสหรัฐอเมริกามีสถานีพลังงานแสงอาทิตย์ใหม่ซึ่งทรานซิสเตอร์ดังกล่าวในวงจรสะพานจะเต็มไปด้วยหม้อแปลงที่ทรงพลังซึ่งถ่ายโอนพลังงานไปยังเครือข่ายอุตสาหกรรม
โดยสรุปเราทราบว่าในคำง่าย ๆ ทรานซิสเตอร์เป็น "workhorse" ของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่ทันสมัยทั้งหมด พวกเขาใช้ทุกที่: จากตู้รถไฟไฟฟ้าไปจนถึงโทรศัพท์มือถือ คอมพิวเตอร์สมัยใหม่ทุกเครื่องประกอบด้วยทรานซิสเตอร์เกือบทั้งหมด พื้นฐานทางกายภาพของการทำงานของทรานซิสเตอร์นั้นเป็นที่เข้าใจกันดีและรับประกันความสำเร็จใหม่ ๆ อีกมากมาย
วัสดุที่เกี่ยวข้อง:
กำลังโหลด ...
