Да разберем заедно принципите на транзистора

Транзисторите са активни компоненти и се използват навсякъде в електронните схеми като усилватели и комутационни устройства. (транзисторни ключове). Като усилващи устройства, те се използват в устройства с висока и ниска честота, генератори на сигнали модулатори, детектори и много други вериги. В цифровите схеми, в импулсни захранвания и контролирани електрически задвижвания, които служат като ключове.

Биполярни транзистори

Това е името на най-често срещания тип транзистор. Те са разделени на npn и pnp видове. Материалът за тях е най-често силиций или германий. Първоначално транзисторите бяха направени от германий, но те бяха много чувствителни към температурата. Силиконовите устройства са много по-устойчиви на неговите колебания и по-евтини за производство.

Различни биполярни транзистори са показани на снимката по-долу. Устройствата с ниска мощност са разположени в малки пластмасови правоъгълни или метални цилиндрични корпуси. Те имат три заключения: за база (B), емитер (E) и колектор (K). Всяка от тях е свързана с един от трите слоя силиций с проводимост или на n- (свободните електрони образуват ток), или p-тип (така наречените положително заредени „дупки“ образуват ток), от които се състои транзисторната структура.

Как биполярен транзистор?

Принципите на работа на транзистора трябва да бъдат проучени, като се започне с неговото устройство. Разгледайте структурата на npn транзистора, който е показан на фиг.

Както можете да видите, той съдържа три слоя: две с n-тип проводимост и един - p-тип. Типът проводимост на слоевете се определя от степента на допиране със специални примеси от различни части на силициевия кристал. Емитерът от n-тип е силно допиран, за да се получат различни свободни електрони като основни носители на ток. Много тънка основа p-тип е леко легирана с примеси и има висока устойчивост, а n-тип колектор е много силно легиран, за да му даде ниско съпротивление.

Принципи на работа на транзистора

Най-добрият начин да ги опознаем е чрез експериментален начин. По-долу е показана проста схема. Той използва мощностен транзистор за управление на електрическата крушка. Вие също ще се нуждаете от батерия, малка лампа от фенерче от около 4.5 V / 0.3 A, потенциометър под формата на променлив резистор (5K) и 470 ohm резистор. Тези компоненти трябва да бъдат свързани, както е показано на фигурата отдясно на диаграмата.

Завъртете плъзгача на потенциометъра до най-ниското му положение. Това ще намали базовото напрежение (между основата и земята) до нула волта (U _BE = 0). Лампата не свети, което означава липса на ток през транзистора.

Ако сега завъртите дръжката от долната си позиция, тогава U _BE постепенно се увеличава. Когато достигне 0,6 V, токът започва да тече в основата на транзистора и лампата започва да свети. Когато дръжката се движи по-нататък, напрежението U _BE остава при 0,6 V, но базовият ток се увеличава и това увеличава тока през веригата колектор-емитер. Ако дръжката се премести в горната си позиция, напрежението в основата ще бъде леко повишено до 0.75 V, но токът ще се увеличи значително и лампата ще свети ярко.

И ако се измери токовете на транзистора?

Ако включим амперметъра между колектора (C) и лампата (за измерване I _C ), друг амперметър между основата (B) и потенциометъра (за измерване на I _B ), както и волтметър между общия проводник и основата и повторим целия експеримент, можем да получим някои интересни данни. Когато копчето на потенциометъра е в най-ниската си позиция, U _BE е 0 V, както и токовете I _C и I _B. Когато бутонът се измести, тези стойности се увеличават, докато светлинната крушка свети, когато са равни: U _BE = 0,6 V, I _B = 0,8 mA и I _C = 36 mA.

В резултат на това се получават следните принципи на работа на транзистора от този експеримент: при отсъствие на положително (за npn-тип) напрежение на отклонение, базирано на токове през неговите терминали, те са нулеви, а при наличие на напрежение и базов ток, техните промени влияят на колектор-емитер.

Какво се случва, когато мощността на транзистора е включена

По време на нормална работа напрежението, приложено към възела на основния емитер, се разпределя така, че основният потенциал (р-тип) е приблизително 0,6 V по-висок от този на излъчвателя (n-тип). В този случай към този преход се прилага директно напрежение, което се измества в посока напред и е отворено за изтичане на ток от основата към излъчвателя.

Много по-високо напрежение се прилага към връзката между основата и колектора, а потенциалът на колектора (n-тип) е по-висок от този на основата (p-тип). Така обратното напрежение се прилага към кръстовището и се измества в обратна посока. Това води до образуването на доста дебел слой в колектора в близост до основата, когато към транзистора е подадено захранващо напрежение. В резултат на това токът през веригата колектор-емитер не минава. Разпределението на зарядите в преходните зони на npn транзистора е показано на фигурата по-долу.

Каква е ролята на базовия ток?

Как да накараме нашето електронно устройство да работи? Принципът на транзистора е влиянието на базовия ток върху състоянието на затворения възел на база-колектор. Когато преходът на базовия емитер е пристрастен в посока напред, към базата ще тече малък ток. Тук нейните носители са положително заредени дупки. Те се комбинират с електрони, идващи от излъчвателя, осигуряващи ток I _BE . Въпреки това, поради факта, че емитерът е много силно легиран, много повече електрони изтичат от него в основата, отколкото е в състояние да се свърже с дупки. Това означава, че в основата има голяма концентрация на електрони и повечето от тях се пресичат и попадат в колекторния слой, изчерпан с електрони. Тук те попадат под влиянието на силно електрическо поле, приложено към прехода на база-колектор, преминаващи през изчерпания от електрони слой и основния обем на колектора до неговото приключване.

Промените в тока, протичащ в основата, влияят на броя на електроните, привлечени от емитера. По този начин принципът на работа на транзистора може да бъде допълнен със следното твърдение: много малки промени в основния ток причиняват много големи промени в тока, протичащ от излъчвателя към колектора, т.е. възниква токово усилване.

Видове полеви транзистори

На английски език те са означени като транзистори с полеви ефекти, които могат да бъдат преведени като "полеви транзистори". Въпреки че има много объркване в имената за тях, съществуват главно два основни типа от тях:

1. С контролен pn-възел. В литературата на английски език те се наричат ​​JFET или Junct FET, които могат да бъдат преведени като „полеви транзистори“. В противен случай те се наричат ​​JUGFET или универсални униполярни порта FET.

2. С изолирани порта (в противен случай MOS или MOS транзистори). На английски, те се наричат ​​IGFET или изолирани порта FET.

Външно те са много подобни на биполярни, което потвърждава снимката по-долу.

FET устройство

Всички полеви транзистори могат да се нарекат UNIPOLAR устройства, тъй като носителите на заряд, които образуват ток през тях, са единственият тип за този транзистор - или електрони, или „дупки“, но не и двете едновременно. Това разграничава принципа на работа на полевия транзистор от биполярен транзистор, при който токът се генерира едновременно от двата вида носители.

Поток на токови носители в полеви транзистори с pn контрол на връзката върху силиконов слой без pn преходи, наречен канал, или с n- или p-тип проводимост между два терминала, наречени "източник" и "източник" - аналог на излъчвател и колектор или по-точно катодът и анодът на вакуумния триод. Третият щифт, портата (аналог на триодната мрежа), е прикрепен към силиконов слой с различен тип проводимост, отколкото канала за източване на източник. Структурата на такова устройство е показана на фигурата по-долу.

Как работи полевият транзистор? Принципът на неговата работа е да контролира напречното сечение на канала чрез прилагане на напрежение към прехода на портата. Тя винаги се измества в обратна посока, така че транзисторът практически не консумира ток през схемата на портата, докато биполярното устройство се нуждае от определен базов ток, за да работи. Когато входното напрежение се промени, зоната на вратата може да се разшири, като блокира канала за източване на източника до пълното му затваряне, като по този начин контролира тока на източване.