Transitor lưỡng cực là gì và tính năng của nó là gì
Từ "bóng bán dẫn" bao gồm các từ TRANSfer và resISTOR - bộ chuyển đổi điện trở. Ông đã thay thế đèn vào đầu những năm 1950. Đây là một thiết bị ba pin được sử dụng để khuếch đại và chuyển đổi trong các mạch điện tử. Tính từ điện cực lưỡng cực trực tiếp (bóng bán dẫn tiếp giáp lưỡng cực) được sử dụng để phân biệt với các bóng bán dẫn hiệu ứng trường (FET). Nguyên lý hoạt động của bóng bán dẫn lưỡng cực là sử dụng hai điểm nối p-n tạo thành một lớp rào cản, cho phép một dòng điện nhỏ điều khiểnvềvới dòng điện cao nhất. Các bóng bán dẫn lưỡng cực được sử dụng như là một điện trở được kiểm soát và như là một chìa khóa. Transitor có hai loại: pnp và npn.
Ngã ba P-N
Germanium (Ge) và silicon (Si) là chất bán dẫn. Bây giờ chủ yếu là silicon được sử dụng. Hóa trị của Si và Ge là bốn. Do đó, nếu chúng ta thêm arsen pentavalent vào mạng tinh thể silic (As), chúng ta sẽ nhận được một electron ngoài luồng, và nếu chúng ta thêm boron hóa trị ba (B), chúng ta sẽ có một vị trí trống cho một electron. Trong trường hợp đầu tiên, họ nói về một vật liệu của nhà tài trợ và đưa ra các điện tử, trong trường hợp thứ hai, họ nói về một vật liệu nhận điện tử khác. Ngoài ra, loại vật liệu đầu tiên được gọi là N (âm) và loại thứ hai - P (dương).
Nếu các vật liệu thuộc loại P và N được tiếp xúc, một dòng điện sẽ phát sinh giữa chúng và trạng thái cân bằng động sẽ được thiết lập với một vùng cạn kiệt, trong đó nồng độ của các hạt mang điện - các điện tử và vị trí trống (lỗ thủng) - là nhỏ. Lớp này có độ dẫn một phía và làm cơ sở cho một thiết bị gọi là diode. Sự tiếp xúc trực tiếp của các vật liệu sẽ không tạo ra sự chuyển tiếp định tính, việc hợp kim hóa (khuếch tán) hoặc làm tắc nghẽn các ion Dopant thành tinh thể trong chân không là cần thiết.
Transitor PNP
Lần đầu tiên, một bóng bán dẫn lưỡng cực được chế tạo bằng cách nung chảy các giọt indi thành tinh thể gecmani (vật liệu loại n). Indium (In) là kim loại hóa trị ba, loại p. Do đó, một bóng bán dẫn như vậy được gọi là khuếch tán (hợp kim) có cấu trúc p-n-p (hoặc pnp). Các bóng bán dẫn lưỡng cực trong hình dưới đây được sản xuất vào năm 1965. Cơ thể của nó được cắt cho rõ ràng.
Tinh thể gecmani ở trung tâm được gọi là cơ sở, và các giọt indi tan chảy vào nó được gọi là bộ phát và bộ thu. Có thể coi chuyển tiếp EB (bộ phát) và KB (bộ thu) như các điốt thông thường, nhưng bộ chuyển đổi CE (bộ thu-bộ phát) có một thuộc tính đặc biệt. Do đó, không thể sản xuất một bóng bán dẫn lưỡng cực từ hai điốt riêng biệt.
Nếu một điện áp vài volt được đặt giữa bộ thu (-) và bộ phát (+) trong một bóng bán dẫn loại pnp, một dòng điện rất yếu, một vài A, sẽ chảy trong mạch. Nếu sau đó, một điện áp (mở) nhỏ được đặt giữa đế (-) và bộ phát (+) - đối với gecmani thì khoảng 0,3 V (và đối với silicon 0,6 V) - thì một dòng điện có cường độ sẽ chạy từ bộ phát đến đế.Nhưng vì lớp đế được làm rất mỏng, nó sẽ nhanh chóng bị bão hòa với các lỗ hổng (nó mất một lượng điện tử dư thừa sẽ đi tới bộ phát). Do bộ phát bị pha tạp nặng với sự dẫn lỗ và sự tái hợp các electron trong cơ sở pha tạp yếu bị chậm một chút, sau đóvềhầu hết dòng điện sẽ chảy từ bộ phát đến bộ thu. Bộ sưu tập được làm lớn hơn bộ phát và pha tạp một chút, cho phép nó cóvềhạ áp hạ áp (UMẫu CE> UMẫu EB). Ngoài ra, do phần lớn các lỗ kết hợp lại trong bộ thu, nó nóng lên mạnh hơn các điện cực khác của thiết bị.
Giữa bộ thu và dòng phát có tỷ lệ:
Thông thường, α nằm trong phạm vi 0,85-0,999 và nghịch đảo phụ thuộc vào độ dày của đế. Giá trị này được gọi là hệ số chuyển dòng phát. Trong thực tế, đối ứng thường được sử dụng (cũng được ký hiệu là h21e):
Đây là hệ số truyền dòng cơ sở, một trong những thông số quan trọng nhất của bóng bán dẫn lưỡng cực. Nó thường xác định các thuộc tính tăng cường trong thực tế.
Transitor PNP được gọi là bóng bán dẫn dây dẫn phía trước. Nhưng có một loại bóng bán dẫn khác, cấu trúc của nó bổ sung hoàn hảo cho pnp trong mạch điện.
Bóng bán dẫn NPN
Transitor lưỡng cực có thể có một bộ thu với bộ phát của vật liệu loại N. Sau đó, cơ sở được làm bằng vật liệu loại P. Và trong trường hợp này, bóng bán dẫn npn hoạt động chính xác như pnp, ngoại trừ cực tính - đó là một bóng bán dẫn dẫn ngược.
Các bóng bán dẫn dựa trên silicon triệt tiêu với số lượng của chúng tất cả các loại bóng bán dẫn lưỡng cực khác. Là một vật liệu tài trợ cho người thu gom và bộ phát có thể đóng vai trò là As, có một electron "phụ". Công nghệ sản xuất bóng bán dẫn cũng đã thay đổi. Bây giờ chúng là phẳng, cho phép sử dụng in thạch bản và tạo ra các mạch tích hợp. Hình dưới đây cho thấy một bóng bán dẫn lưỡng cực phẳng (như một phần của mạch tích hợp ở độ phóng đại cao). Theo công nghệ phẳng, cả hai bóng bán dẫn pnp và npn đều được sản xuất, bao gồm cả các bóng bán dẫn mạnh mẽ. Hợp kim đã ngừng sản xuất.
Các bóng bán dẫn lưỡng cực phẳng trong bối cảnh của hình ảnh sau (sơ đồ đơn giản hóa).
Hình ảnh cho thấy thiết kế của bóng bán dẫn phẳng được sắp xếp tốt như thế nào - bộ thu được làm mát hiệu quả bởi chất nền tinh thể. Một bóng bán dẫn pnp phẳng cũng được sản xuất.
Chỉ định đồ họa thông thường của một bóng bán dẫn lưỡng cực được hiển thị trong hình dưới đây.
Các UGO này là quốc tế và cũng có giá trị theo GOST 2.730-73.
Mạch chuyển mạch bóng bán dẫn
Thông thường một bóng bán dẫn lưỡng cực luôn được sử dụng trong kết nối trực tiếp - cực ngược ở ngã ba FE không có gì thú vị. Đối với sơ đồ kết nối trực tiếp, có ba sơ đồ kết nối: bộ phát chung (OE), bộ thu chung (OK) và cơ sở chung (OB). Tất cả ba bao gồm được hiển thị dưới đây. Họ chỉ giải thích nguyên tắc hoạt động của chính nó - giả sử rằng điểm vận hành bằng cách nào đó được cài đặt bằng cách sử dụng một nguồn năng lượng bổ sung hoặc mạch phụ trợ. Để mở một bóng bán dẫn silicon (Si), cần phải có tiềm năng ~ 0,6 V giữa bộ phát và đế, và đối với một Germanium là đủ ~ 0,3 V.
Bộ phát chung
Điện áp U1 gây ra dòng điện Ib, dòng điện thu Ik bằng với dòng cơ sở nhân với. Trong trường hợp này, điện áp + E phải đủ lớn: 5 V-15 V. Mạch này khuếch đại dòng điện và điện áp tốt, và do đó, công suất. Tín hiệu đầu ra ngược pha với đầu vào (đảo ngược). Điều này được sử dụng trong công nghệ kỹ thuật số như là một chức năng của KHÔNG.
Nếu bóng bán dẫn không hoạt động ở chế độ khóa, nhưng là bộ khuếch đại tín hiệu nhỏ (chế độ hoạt động hoặc tuyến tính), thì bằng cách sử dụng lựa chọn dòng cơ sở, điện áp U được đặt2 bằng E / 2 để tín hiệu đầu ra không bị biến dạng. Một ứng dụng như vậy được sử dụng, ví dụ, trong việc khuếch đại tín hiệu âm thanh trong các bộ khuếch đại cao cấp có độ méo thấp và kết quả là hiệu quả thấp.
Người sưu tầm chung
Về điện áp, mạch OK không khuếch đại, ở đây mức tăng là α ~ 1.Do đó, mạch này được gọi là một người theo dõi phát. Dòng điện trong mạch phát lớn hơn β + 1 lần so với trong mạch cơ sở. Mạch này khuếch đại dòng điện tốt và có đầu ra thấp và trở kháng đầu vào rất cao. (Đây là thời gian để nhớ rằng bóng bán dẫn được gọi là biến áp điện trở.)
Theo dõi bộ phát có các thuộc tính và các tham số vận hành rất phù hợp với các đầu dò dao động. Nó sử dụng trở kháng đầu vào lớn và đầu ra thấp, rất phù hợp với cáp có trở kháng thấp.
Cơ sở chung
Mạch này được đặc trưng bởi điện trở đầu vào thấp nhất, nhưng mức tăng hiện tại của nó bằng α. Một mạch cơ sở phổ biến khuếch đại tốt trong điện áp, nhưng không có điện. Tính năng của nó là loại bỏ ảnh hưởng của phản hồi lên điện dung (eff. Miller). Các tầng với OB phù hợp lý tưởng là các giai đoạn đầu vào của bộ khuếch đại trong các đường tần số vô tuyến khớp với các điện trở thấp 50 và 75 Ohms.
Cascade với một cơ sở chung được sử dụng rất rộng rãi trong công nghệ vi sóng và việc sử dụng chúng trong điện tử vô tuyến với một loạt các tín đồ phát là rất phổ biến.
Hai chế độ hoạt động chính
Phân biệt giữa các chế độ hoạt động bằng cách sử dụng tín hiệu "nhỏ" và "lớn". Trong trường hợp đầu tiên, bóng bán dẫn lưỡng cực hoạt động trên một diện tích nhỏ đặc điểm của nó và điều này được sử dụng trong công nghệ analog. Trong những trường hợp như vậy, độ tuyến tính của khuếch đại tín hiệu và nhiễu thấp là rất quan trọng. Đây là một chế độ tuyến tính.
Trong trường hợp thứ hai (chế độ khóa), bóng bán dẫn lưỡng cực hoạt động trong phạm vi đầy đủ - từ bão hòa đến cắt, giống như một phím. Điều này có nghĩa là nếu bạn nhìn vào các đặc tính I - V của tiếp giáp pn, bạn nên đặt một điện áp ngược nhỏ giữa đế và bộ phát để khóa hoàn toàn bóng bán dẫn và để mở hoàn toàn khi bóng bán dẫn chuyển sang chế độ bão hòa, tăng nhẹ dòng điện cơ sở so với chế độ tín hiệu thấp. Sau đó, bóng bán dẫn hoạt động như một công tắc xung. Chế độ này được sử dụng trong các thiết bị chuyển mạch và năng lượng, nó được sử dụng để chuyển đổi nguồn điện. Trong những trường hợp như vậy, họ cố gắng đạt được thời gian chuyển mạch ngắn của các bóng bán dẫn.
Logic kỹ thuật số được đặc trưng bởi một vị trí trung gian giữa các tín hiệu nhỏ và lớn. Mức logic thấp bị giới hạn bởi 10% điện áp cung cấp và mức cao là 90%. Trì hoãn thời gian và chuyển đổi tìm cách giảm đến giới hạn. Chế độ hoạt động này là chính, nhưng họ tìm cách giảm thiểu sức mạnh ở đây. Bất kỳ yếu tố logic là một chìa khóa.
Các loại bóng bán dẫn khác
Các loại bóng bán dẫn chính đã được mô tả không giới hạn sự sắp xếp của chúng. Transitor tổng hợp được sản xuất (mạch Darlington). Của chúng rất lớn và bằng với tích số của các hệ số của cả hai bóng bán dẫn, do đó chúng còn được gọi là bóng bán dẫn "siêu tuyệt vời".
Kỹ thuật điện đã thành thạo IGBT (bóng bán dẫn lưỡng cực cổng cách điện), với một cổng cách ly. Cổng của bóng bán dẫn hiệu ứng trường thực sự bị cô lập khỏi kênh của nó. Đúng, có một câu hỏi về việc sạc lại điện dung đầu vào của nó trong khi chuyển đổi, vì vậy, không có dòng điện, nó không thể thực hiện ở đây.
Các bóng bán dẫn như vậy được sử dụng trong các công tắc nguồn mạnh mẽ: bộ biến đổi xung, bộ biến tần, v.v. Các IGBT đầu vào rất nhạy cảm do điện trở cổng cao của các bóng bán dẫn hiệu ứng trường. Khi thoát ra - họ cho cơ hội nhận được dòng điện lớn và có thể được sản xuất cho điện áp cao. Ví dụ, ở Hoa Kỳ có một trạm năng lượng mặt trời mới, nơi các bóng bán dẫn như vậy trong mạch cầu được nạp với các máy biến áp mạnh mẽ truyền năng lượng cho mạng công nghiệp.
Để kết luận, chúng tôi lưu ý rằng các bóng bán dẫn, nói một cách đơn giản, là đặc điểm của người Viking "của tất cả các thiết bị điện tử hiện đại. Chúng được sử dụng ở mọi nơi: từ đầu máy điện đến điện thoại di động. Bất kỳ máy tính hiện đại bao gồm hầu hết các bóng bán dẫn. Các nền tảng vật lý của hoạt động của bóng bán dẫn được hiểu rõ và hứa hẹn nhiều thành tựu mới.
Tài liệu liên quan:
Đang tải ...
