Tranzistorius yra įrenginys, veikiantis puslaidininkius su elektroniniu užpildymu. Jis skirtas elektros signalams konvertuoti ir stiprinti. Yra dviejų tipų įrenginiai: ir vienpolis tranzistorius arba laukas.
Jei tranzistoryje vienu metu veikia dviejų tipų krūvininkai – skylės ir elektronai, tai vadinama bipoliniu. Jei tranzistoryje veikia tik vieno tipo įkrovimas, tai jis yra vienpolis.
Įsivaizduokite, kaip veikia įprastas vandens čiaupas. Pasukite vožtuvą - vandens srautas padidėjo, pasuko į kitą pusę - srautas sumažėjo arba sustojo. Praktiškai tai yra tranzistoriaus veikimo principas. Tik vietoj vandens juo teka elektronų srautas. Dvipolio tipo tranzistoriaus veikimo principas būdingas tuo, kad per šį elektroninį įrenginį teka dviejų tipų srovės. Jie skirstomi į didelius, arba pagrindinius ir mažus, arba vadybininkus. Be to, valdymo srovės galia turi įtakos pagrindinės galiai. Apsvarstykite, kad jo veikimo principas skiriasi nuo kitų. Jis praeina tik vieną, kuris priklauso nuo aplinkos
Bipolinis tranzistorius pagamintas iš 3 puslaidininkių sluoksnių ir, svarbiausia, iš dviejų PN jungčių. Būtina atskirti PNP ir NPN jungtis, taigi ir tranzistorius. Šiuose puslaidininkiuose vyksta elektronų ir skylių laidumo kaita.
Bipolinis tranzistorius turi tris kontaktus. Tai yra pagrindas, kontaktas, išeinantis iš centrinio sluoksnio, ir du elektrodai kraštuose - emiteris ir kolektorius. Palyginti su šiais galiniais elektrodais, pagrindinis sluoksnis yra labai plonas. Tranzistoriaus kraštuose puslaidininkių sritis nėra simetriška. Kad šis prietaisas veiktų teisingai, kolektoriaus pusėje esantis puslaidininkio sluoksnis turi būti šiek tiek storesnis už emiterio pusę.
Tranzistoriaus veikimo principai pagrįsti fiziniais procesais. Dirbkime su PNP modeliu. NPN modelio veikimas bus panašus, išskyrus įtampos poliškumą tarp pagrindinių elementų, tokių kaip kolektorius ir emiteris. Jis bus nukreiptas priešinga kryptimi.
P tipo medžiagoje yra skylių arba teigiamai įkrautų jonų. N tipo medžiaga susideda iš neigiamai įkrautų elektronų. Mūsų nagrinėjamame tranzistoryje skylių skaičius P srityje yra daug didesnis nei elektronų skaičius N srityje.
Kai tarp dalių, tokių kaip emiteris ir kolektorius, prijungiamas įtampos šaltinis, tranzistoriaus veikimo principai grindžiami tuo, kad skylės pradeda traukti prie poliaus ir kauptis šalia emiterio. Bet srovės nėra. Elektrinis laukas iš įtampos šaltinio kolektoriaus nepasiekia dėl storo emiterio puslaidininkio ir bazinio puslaidininkio sluoksnio.
Tada mes prijungiame įtampos šaltinį su skirtingu elementų deriniu, būtent tarp pagrindo ir emiterio. Dabar skylės eina link pagrindo ir pradeda sąveikauti su elektronais. Centrinė pagrindo dalis yra prisotinta skylių. Dėl to susidaro dvi srovės. Didelis - nuo emiterio iki kolektoriaus, mažas - nuo pagrindo iki emiterio.
Padidėjus bazinei įtampai, N sluoksnyje bus dar daugiau skylių, padidės bazinė srovė, šiek tiek padidės emiterio srovė. Tai reiškia, kad šiek tiek pasikeitus bazinei srovei, emiterio srovė gana rimtai padidėja. Dėl to bipoliniame tranzistoryje gauname signalo augimą.
Apsvarstykite tranzistoriaus veikimo principus, priklausomai nuo jo veikimo režimų. Yra įprastas aktyvusis režimas, atvirkštinis aktyvusis režimas, prisotinimo režimas, išjungimo režimas.
Kai aktyvus, emiterio jungtis yra atidaryta, o kolektoriaus jungtis uždaryta. Atvirkštiniu režimu viskas vyksta atvirkščiai.
Ką reiškia pavadinimas "tranzistorius"?
Tranzistorius ne iš karto gavo tokį pažįstamą pavadinimą. Iš pradžių pagal analogiją su lempų technologija jis buvo vadinamas puslaidininkinis triodas. Dabartinis pavadinimas susideda iš dviejų žodžių. Pirmasis žodis yra „perdavimas“, (čia iš karto ateina į galvą „transformatorius“) reiškia siųstuvą, keitiklį, nešiklį. O antroji žodžio pusė primena žodį „rezistorius“ – elektros grandinių detalė, kurios pagrindinė savybė yra elektrinė varža.
Būtent ši varža randama Ohmo dėsne ir daugelyje kitų elektrotechnikos formulių. Todėl žodis „tranzistorius“ gali būti interpretuojamas kaip varžos keitiklis. Lygiai taip pat, kaip ir hidraulikos atveju, skysčio srauto pokytis valdomas vožtuvu. Tranzistoryje toks "vožtuvas" keičia kiekį elektros krūviai kurios sukuria elektros srovę. Šis pokytis yra ne kas kita, kaip puslaidininkinio įtaiso vidinės varžos pasikeitimas.
Elektrinių signalų stiprinimas
Dažniausiai atliekama operacija tranzistoriai, yra elektrinių signalų stiprinimas. Bet tai ne visai teisinga išraiška, nes silpnas mikrofono signalas išlieka.
Stiprinimas reikalingas ir radijo bei televizijos priėmimui: silpnas milijardinių vatų galios antenos signalas turi būti sustiprintas tiek, kad ekrane būtų gautas garsas ar vaizdas. Ir tai jau yra kelių dešimčių, o kai kuriais atvejais ir šimtų vatų galia. Todėl stiprinimo procesas apsiriboja papildomų energijos šaltinių, gaunamų iš maitinimo šaltinio, panaudojimu, norint gauti galingą silpno įvesties signalo kopiją. Kitaip tariant, mažos galios įvesties veiksmas valdo galingus energijos srautus.
Stiprinimas kitose technologijų ir gamtos srityse
Tokių pavyzdžių galima rasti ne tik elektros schemos. Pavyzdžiui, paspaudus dujų pedalą, padidėja automobilio greitis. Tuo pačiu metu jums nereikia labai stipriai spausti dujų pedalo – palyginti su variklio galia, pedalo paspaudimo galia yra nereikšminga. Norint sumažinti greitį, pedalą teks šiek tiek atleisti, kad susilpnėtų įvesties efektas. Esant tokiai situacijai, benzinas yra galingas energijos šaltinis.
Tą patį poveikį galima pastebėti ir hidraulikoje: norint atidaryti elektromagnetinį vožtuvą, pavyzdžiui, staklėje, reikia labai mažai energijos. O alyvos slėgis ant mechanizmo stūmoklio gali sukurti kelių tonų jėgą. Šią jėgą galima reguliuoti, jei alyvos linijoje yra reguliuojamas vožtuvas, kaip ir įprastame virtuvės maišytuve. Šiek tiek pridengtas – nukrito spaudimas, sumažėjo pastangos. Jei atidarėte daugiau, slėgis padidėjo.
Vožtuvo pasukimas taip pat nereikalauja daug pastangų. Tokiu atveju išorinis šaltinis energija yra siurblinė mašina. Panašių įtakų gamtoje ir technikoje galima pamatyti labai daug. Bet vis tiek mus labiau domina tranzistorius, todėl turėsime apsvarstyti toliau ...
Elektriniai signalų stiprintuvai
Kadaise radijas buvo vadinamas tranzistoriumi, tačiau mūsų straipsnyje apie radiją nekalbėsime. Taigi, kas yra tranzistorius ir kaip jis veikia.
Dėl jų savybių yra medžiagų klasė, vadinama puslaidininkiais. Išskirtinis jų bruožas yra laidumas – jie gali būti abu laidininkai elektros srovė, o dielektrikai, t.y. izoliatoriai ir nelaidi elektros.
Iš šios medžiagos gaminamas tranzistorius – plačiai naudojamas pramonėje ir yra beveik visos šiuolaikinės elektronikos pagrindas.
Neliesdami prie gamybos technologijos, tranzistorių tipų, jų pritaikymo, tiesiog pažymime, kad yra įvairių tranzistorių tipų, pavyzdžiui, npn tranzistorius. Šį pavadinimą jis gavo dėl naudojamos medžiagos ir laidumo tipo. To, kas pasakyta, kol kas pakanka ir į gamybos technologijas bei tranzistorių įvairovę dabar nesigilinsime.
Kaip veikia tranzistorius? Jis skirtas valdyti elektros srovę, struktūriškai pagamintas metaliniame arba plastikiniame korpuse ir turi tris išėjimus, vadinamus emiteriu, baze, kolektorius. Išvadų pavadinimas jau byloja apie jų paskirtį: emiteris skleidžia elektronus, bazė juos valdo, kolektorius renka. Visi šie procesai vyksta tranzistoriaus viduje.
Norėdami suprasti, kaip veikia tranzistorius, apsvarstykite daug paprastesnį pavyzdį – vandens maišytuvą.
Taip pat turi tris išvadus – po vieną, vanduo patenka į čiaupą, kitas iš čiaupo išpila, trečias yra vožtuvas, valdantis čiaupo darbą. Kai vožtuvas atidarytas, vanduo laisvai teka per maišytuvą, kai vožtuvas uždarytas, vanduo neteka. Tai yra vienos iš tranzistoriaus veikimo variantų imitacija. Toks veikimo būdas vadinamas raktu – tranzistorius atviras – teka arba uždarytas, tada srovė neteka. Norėdami atidaryti tranzistorių, į pagrindą įvedama įtampa, jei yra įtampa, tada tranzistorius atidarytas, jei ne, tada jis uždarytas. Viskas vyksta taip, lyg būtų atidaryta - vanduo teka, vožtuvas uždarytas - vandens nėra.
Aukščiau buvo nagrinėjamas tranzistoriaus veikimas, kai jis naudojamas kaip raktas: uždarytas arba atviras. Tačiau yra ir kitų veikimo būdų. Kaip pavyzdį vėl paimkime maišytuvą. Jei atidarysite vožtuvą šiek tiek, tada vanduo iš čiaupo tekės nuolat, o vandens slėgį lems tai, kiek atidarėme čiaupą.
Tranzistorius turi maždaug tą patį veikimo režimą. Į jo pagrindą įvedama įtampa, ji atsidaro ir per ją teka srovė. Keisdami įtampą prie pagrindo, galite valdyti srovės, praeinančios per tranzistorių, kiekį. Visiška analogija su vožtuvo padėtimi ant čiaupo: atviresnis - daugiau vandens teka (ty srovės tranzistoriui); mažiau atvira - mažiau teka vanduo (srovė tranzistoriui). Toks tranzistoriaus veikimo būdas vadinamas stiprinimu, kai naudojant nedidelę įtampą, įvestą į bazę, galima valdyti didelę srovę, paimtą iš kolektoriaus.
Apibendrinant reikėtų pažymėti, kad tranzistoriai gali būti įvairių tipų, viską lemia gamyboje naudojama medžiaga. Jie gali skirtis pagal galią, gali valdyti ir praleisti per save didelius elektros srovės srautus. Tranzistoriai gali būti įvairių konstrukcijų. Yra ir kitų tranzistorių veikimo režimų, kurie skiriasi nuo aptartų. Tačiau pagrindinė idėja, kaip veikia tranzistorius, pateikta aukščiau.
Visa tai, kas išdėstyta pirmiau, yra apytikslė, tačiau vis tiek leidžia suprasti tranzistoriaus veikimą. Tiesą sakant, tranzistoriaus darbas yra daug sudėtingesnis. Yra specialūs parametrai, kuriuos naudodami galite apskaičiuoti ir nustatyti reikiamą veikimo režimą naudodami formules, tačiau tai yra visiškai kita tema diskusijoms ir kitam straipsniui.
bipolinis tranzistorius.
bipolinis tranzistorius- elektroninis puslaidininkinis įtaisas, vienas iš tranzistorių tipų, skirtas stiprinti, generuoti ir konvertuoti elektrinius signalus. Tranzistorius vadinamas dvipolis, kadangi įrenginio veikime vienu metu dalyvauja dviejų tipų krūvininkai - elektronų ir skyles. Tuo jis skiriasi nuo vienpolis(lauko efekto) tranzistorius, kuriame dalyvauja tik vieno tipo krūvininkai.
Abiejų tipų tranzistorių veikimo principas panašus į vandens vožtuvo, reguliuojančio vandens srautą, veikimą, per tranzistorių praeina tik elektronų srautas. Bipoliniuose tranzistoriuose per įrenginį praeina dvi srovės – pagrindinė „didelė“ ir valdymo „mažoji“ srovė. Pagrindinės srovės galia priklauso nuo valdymo galios. Lauko tranzistoriuose per įrenginį praeina tik viena srovė, kurios galia priklauso nuo elektromagnetinio lauko. Šiame straipsnyje mes atidžiau pažvelgsime į darbą bipolinis tranzistorius.
Dvipolio tranzistoriaus įtaisas.
Bipolinis tranzistorius susideda iš trijų puslaidininkių sluoksnių ir dviejų PN jungčių. Atskirkite PNP ir NPN tranzistorius pagal persipynimo tipą skylių ir elektronų laidumas. Tai kaip du diodas sujungti akis į akį arba atvirkščiai.
Bipolinis tranzistorius turi tris kontaktus (elektrodus). Iš centrinio sluoksnio atsirandantis kontaktas vadinamas bazė (bazė). Galiniai elektrodai yra pavadinti kolekcininkas ir skleidėjas (kolekcininkas ir skleidėjas). Bazinis sluoksnis yra labai plonas kolektoriaus ir emiterio atžvilgiu. Be to, puslaidininkių sritys tranzistoriaus kraštuose nėra simetriškos. Puslaidininkio sluoksnis kolektoriaus pusėje yra šiek tiek storesnis nei emiterio pusėje. Tai būtina norint tinkamai veikti tranzistorius.
Bipolinio tranzistoriaus veikimas.
Apsvarstykite fizinius procesus, vykstančius veikiant bipoliniam tranzistorius. Paimkime NPN modelį kaip pavyzdį. PNP tranzistoriaus veikimo principas panašus, tik įtampos poliškumas tarp kolektoriaus ir emiterio bus priešingas.
Kaip jau buvo nurodyta straipsnis apie laidumo puslaidininkiuose tipus, P tipo medžiagoje yra teigiamai įkrautų jonų – skylių. N tipo medžiaga yra prisotinta neigiamo krūvio elektronų. Tranzistoryje elektronų koncentracija N srityje yra daug didesnė nei skylių koncentracija P srityje.
Prijunkite įtampos šaltinį tarp kolektoriaus ir emiterio V CE (V CE). Jo veikimo metu elektronai iš viršutinės N dalies pradės traukti prie pliuso ir kauptis šalia kolektoriaus. Tačiau srovė negali tekėti, nes įtampos šaltinio elektrinis laukas nepasiekia emiterio. To neleidžia storas kolektoriaus puslaidininkio sluoksnis ir bazinio puslaidininkio sluoksnis.
Dabar prijunkite įtampą tarp pagrindo ir emiterio V BE , bet daug mažesnę nei V CE (silicio tranzistoriams minimalus reikalingas V BE yra 0,6 V). Kadangi sluoksnis P yra labai plonas, plius įtampos šaltinis, prijungtas prie pagrindo, savo elektriniu lauku galės „pasiekti“ į emiterio N sritį. Jo veikimo metu elektronai pateks į bazę. Kai kurie iš jų pradės užpildyti ten esančias skyles (rekombinuoti). Kita dalis laisvos skylės sau neras, nes skylių koncentracija bazėje yra daug mažesnė nei elektronų koncentracija emiteryje.
Dėl to centrinis pagrindo sluoksnis yra praturtintas laisvais elektronais. Dauguma jų eis link kolektoriaus, nes ten įtampa daug didesnė. Tai palengvina ir labai mažas centrinio sluoksnio storis. Kai kuri elektronų dalis, nors ir daug mažesnė, vis tiek tekės link bazės pliuso.
Dėl to gauname dvi sroves: mažą - nuo pagrindo iki emiterio I BE ir didelę - nuo kolektoriaus iki emiterio I CE.
Padidinus bazinę įtampą, P sluoksnyje susikaups dar daugiau elektronų. Dėl to bazinė srovė šiek tiek padidės, o kolektoriaus srovė žymiai padidės. Šiuo būdu, su nedideliu bazinės srovės I pokyčiu B , kolektoriaus srovė I stipriai kinta NUO. Taip ir išeina signalo stiprinimas bipoliniame tranzistoryje. Kolektoriaus srovės I C ir bazinės srovės I B santykis vadinamas srovės stiprinimo koeficientu. Žymima β , hfe arba h21e, priklausomai nuo skaičiavimų, atliktų su tranzistoriumi, specifikos.
Paprasčiausias bipolinis tranzistorių stiprintuvas
Išsamiau apsvarstykime signalo stiprinimo elektrinėje plokštumoje principą, naudodamiesi grandine kaip pavyzdžiu. Iš anksto padarysiu išlygą, kad tokia schema nėra visiškai teisinga. Niekas nejungia nuolatinės srovės šaltinio tiesiai prie kintamosios srovės šaltinio. Tačiau šiuo atveju bus lengviau ir aiškiau suprasti patį stiprinimo mechanizmą naudojant bipolinį tranzistorių. Be to, pati skaičiavimo technika toliau pateiktame pavyzdyje yra šiek tiek supaprastinta.
1. Pagrindinių grandinės elementų aprašymas
Taigi, tarkime, kad turime tranzistorių, kurio stiprinimas yra 200 (β = 200). Iš kolektoriaus pusės prijungiame gana galingą 20V maitinimo šaltinį, dėl kurio energijos įvyks stiprinimas. Iš tranzistoriaus pagrindo pusės prijungiame silpną 2 V maitinimo šaltinį. Prijunkite šaltinį prie jo nuosekliai. kintamoji įtampa sinuso formos, kurios virpesių amplitudė yra 0,1 V. Tai bus signalas, kurį reikia sustiprinti. Rezistorius Rb prie pagrindo reikalingas norint apriboti srovę, gaunamą iš signalo šaltinio, kuris paprastai yra mažos galios.
2. Įėjimo bazinės srovės I apskaičiavimas b
Dabar apskaičiuokime bazinę srovę I b. Kadangi mes susiduriame su kintamąja įtampa, turime apskaičiuoti dvi srovės reikšmes - esant maksimaliai įtampai (V max) ir mažiausiai (V min). Pavadinkime šias dabartines reikšmes atitinkamai – I bmax ir I bmin.
Be to, norint apskaičiuoti bazinę srovę, reikia žinoti bazės emiterio įtampą V BE. Tarp pagrindo ir emiterio yra viena PN jungtis. Pasirodo, bazinė srovė savo kelyje „susitinka“ su puslaidininkiniu diodu. Įtampa, kuriai esant puslaidininkinis diodas pradeda vadovauti, yra apie 0,6 V. Mes nesileisime į detales diodo srovės-įtampos charakteristikos, o skaičiavimų paprastumui imame apytikslį modelį, pagal kurį srovės laidumo diodo įtampa visada yra 0,6 V. Tai reiškia, kad įtampa tarp pagrindo ir emiterio yra V BE = 0,6 V. O kadangi emiteris yra prijungtas prie žemės (V E = 0), įtampa nuo pagrindo iki žemės taip pat yra 0,6 V (V B = 0,6 V).
Apskaičiuokime I bmax ir I bmin pagal Ohmo dėsnį:
2. Kolektoriaus išėjimo srovės I apskaičiavimas NUO
Dabar, žinodami stiprinimą (β = 200), galime lengvai apskaičiuoti didžiausias ir minimalias kolektoriaus srovės reikšmes (I cmax ir I cmin).
3. Išėjimo įtampos V apskaičiavimas išeiti
Kolektoriaus srovė teka per rezistorių Rc, kurį mes jau apskaičiavome. Belieka pakeisti reikšmes:
4. Rezultatų analizė
Kaip matyti iš rezultatų, V Cmax buvo mažesnis nei V Cmin . Taip yra todėl, kad įtampa per V Rc atimama iš maitinimo įtampos VCC. Tačiau daugeliu atvejų tai nesvarbu, nes mus domina kintamasis signalo komponentas - amplitudė, kuri padidėjo nuo 0,1 V iki 1 V. Dažnis ir sinusinė bangos forma nepasikeitė. Žinoma, dešimties kartų V out / V santykis toli gražu nėra geriausias stiprintuvo rodiklis, tačiau jis yra gana tinkamas iliustruoti stiprinimo procesą.
Taigi, apibendrinkime stiprintuvo veikimo principą ant bipolinio tranzistoriaus. Per bazę teka srovė I b, nešanti pastoviąją ir kintamąją dedamąją. Nuolatinis komponentas reikalingas, kad PN jungtis tarp pagrindo ir emiterio pradėtų vesti - „atsidarytų“. Kintamasis komponentas iš tikrųjų yra pats signalas (naudinga informacija). Kolektoriaus-emiterio srovės stipris tranzistoriaus viduje yra padauginus bazinę srovę iš stiprinimo β. Savo ruožtu, rezistoriaus Rc įtampa virš kolektoriaus yra sustiprintos kolektoriaus srovės padauginimas iš rezistoriaus vertės.
Taigi, išvestis V out gauna signalą su padidinta svyravimų amplitudė, tačiau išlikusi forma ir dažnis. Svarbu pabrėžti, kad tranzistorius stiprina energiją iš VCC maitinimo šaltinio. Jei maitinimo įtampos nepakanka, tranzistorius negalės visiškai veikti, o išėjimo signalas gali būti iškraipytas.
Bipolinio tranzistoriaus veikimo režimai
Atsižvelgiant į tranzistoriaus elektrodų įtampos lygius, yra keturi jo veikimo režimai:
Išjungimo režimas.
Aktyvus režimas (aktyvus režimas).
Sodrumo režimas.
Atbulinis režimas.
Atjungimo režimas
Kai bazės ir emiterio įtampa yra mažesnė nei 0,6 V - 0,7 V, PN jungtis tarp bazės ir emiterio uždaroma. Šioje būsenoje tranzistorius neturi bazinės srovės. Dėl to taip pat nebus kolektoriaus srovės, nes bazėje nėra laisvų elektronų, pasiruošusių judėti link kolektoriaus įtampos. Pasirodo, kad tranzistorius yra tarsi užrakintas, ir jie sako, kad jis yra išjungimo režimas.
Aktyvus režimas
AT aktyvus režimas pagrindo įtampa yra pakankama atidaryti PN sandūrą tarp pagrindo ir emiterio. Šioje būsenoje tranzistorius turi bazės ir kolektoriaus sroves. Kolektoriaus srovė lygi bazinei srovei, padaugintai iš stiprinimo. Tai yra, aktyvusis režimas yra įprastas tranzistoriaus, kuris naudojamas stiprinimui, veikimo režimas.
Sodrumo režimas
Kartais bazinė srovė gali būti per didelė. Dėl to maitinimo galios tiesiog nepakanka, kad būtų užtikrinta tokia kolektoriaus srovė, kuri atitiktų tranzistoriaus stiprinimą. Prisotinimo režimu kolektoriaus srovė bus didžiausia, kurią gali suteikti maitinimo šaltinis, ir jos neveikia bazinė srovė. Šioje būsenoje tranzistorius negali sustiprinti signalo, nes kolektoriaus srovė nereaguoja į bazinės srovės pokyčius.
Prisotinimo režimu tranzistoriaus laidumas yra didžiausias ir jis labiau tinka jungiklio (rakto) funkcijai "įjungtoje" būsenoje. Taip pat išjungimo režimu tranzistoriaus laidumas yra minimalus, ir tai atitinka jungiklį „išjungtoje“ būsenoje.
Atvirkštinis režimas
Šiuo režimu kolektoriaus ir emiterio jungiklio vaidmenys: kolektoriaus PN jungtis yra pakreipta į priekį, o emiterio jungtis yra atvirkštinė. Dėl to srovė teka iš pagrindo į kolektorių. Kolektoriaus puslaidininkio sritis nėra simetriška emiterio atžvilgiu, o atvirkštinio režimo stiprinimas yra mažesnis nei įprastu aktyviuoju režimu. Tranzistoriaus konstrukcija pagaminta taip, kad aktyviuoju režimu jis veiktų kuo efektyviau. Todėl atvirkštiniu režimu tranzistorius praktiškai nenaudojamas.
Pagrindiniai dvipolio tranzistoriaus parametrai.
srovės padidėjimas- kolektoriaus srovės I C ir bazinės srovės I B santykis. Žymima β , hfe arba h21e, priklausomai nuo skaičiavimų, atliekamų su tranzistoriais, specifikos.
β yra pastovi vieno tranzistoriaus vertė ir priklauso nuo fizinės įrenginio struktūros. Didelis padidėjimas skaičiuojamas šimtais vienetų, mažas - dešimtimis. Dviejų atskirų to paties tipo tranzistorių β gali šiek tiek skirtis, net jei jie gamybos metu buvo „kaimynai palei dujotiekį“. Ši bipolinio tranzistoriaus charakteristika yra bene svarbiausia. Jei atliekant skaičiavimus dažnai galima nepaisyti kitų prietaiso parametrų, srovės stiprinimas yra beveik neįmanomas.
Įvesties varža- tranzistoriaus varža, kuri "atitinka" bazinę srovę. Žymima R in (R in). Kuo jis didesnis, tuo geresnės įrenginio stiprinimo charakteristikos, nes dažniausiai bazinėje pusėje yra silpnas signalo šaltinis, iš kurio reikia vartoti kuo mažiau srovės. Idealus variantas yra tada, kai įėjimo varža yra lygi begalybei.
Vidutinio bipolinio tranzistoriaus R in yra keli šimtai KΩ (kiloomų). Čia dvipolis tranzistorius labai praranda lauko tranzistorių, kur įėjimo varža siekia šimtus GΩ (gigaohų).
Išėjimo laidumas- tranzistoriaus laidumas tarp kolektoriaus ir emiterio. Kuo didesnis išėjimo laidumas, tuo daugiau kolektoriaus-emiterio srovės galės praeiti per tranzistorių su mažesne galia.
Be to, padidėjus išėjimo laidumui (arba sumažėjus išėjimo varžai), padidėja maksimali apkrova, kurią stiprintuvas gali atlaikyti su nedideliu bendrojo stiprinimo praradimu. Pavyzdžiui, jei tranzistorius su mažu išėjimo laidumu be apkrovos sustiprina signalą 100 kartų, tai prijungus 1KΩ apkrovą, jis jau sustiprins tik 50 kartų. Tranzistorius, turintis tą patį stiprinimą, bet didesnį išėjimo laidumą, turės mažesnį stiprinimo sumažėjimą. Idealus variantas yra tada, kai išėjimo laidumas yra lygus begalybei (arba išėjimo varža R out \u003d 0 (R out \u003d 0)).
Tranzistorius yra aktyvus puslaidininkinis įtaisas, kuris stiprina, konvertuoja ir generuoja elektrinius virpesius. Šį tranzistoriaus pritaikymą galima pamatyti analoginėje technologijoje. Be to, jie taip pat naudojami skaitmeninėse technologijose, kur jie naudojami raktų režimu. Tačiau skaitmeninėje įrangoje beveik visi tranzistoriai yra „paslėpti“ integriniuose grandynuose, dideliais kiekiais ir mikroskopiniais dydžiais.
Čia mes per daug neapsistosime prie elektronų, skylių ir atomų, kurie jau buvo aprašyti ankstesnėse straipsnio dalyse, tačiau kai kuriuos iš jų, jei reikia, vis tiek teks prisiminti.
Puslaidininkinis diodas susideda iš vieno p-n sandūra, kurio savybės buvo aprašytos. Tranzistorius, kaip žinote, susideda iš dviejų jungčių, todėl jį galima laikyti tranzistoriaus pirmtaku arba puse jo.
Jei p-n sandūra yra ramybės būsenoje, tada skylės ir elektronai pasiskirsto, kaip parodyta 1 paveiksle, sudarydami potencialų barjerą. Pasistenkime nepamiršti konvencijos elektronai, skylės ir jonai, pavaizduoti šiame paveikslėlyje.
1 paveikslas.
Kaip veikia bipolinis tranzistorius?
Dvipolio tranzistoriaus įtaisas iš pirmo žvilgsnio yra paprastas. Norėdami tai padaryti, pakanka sukurti dvi p-n sandūras vienu metu vienoje puslaidininkinėje plokštėje, vadinamoje pagrindu. Kai kurie būdai kuriant p-n buvo aprašyti perėjimai, todėl čia nekartosime.
Jei bazinis laidumas yra p, tai gautas tranzistorius turės n-p-n struktūrą (tariama "en-pe-en"). Ir kai n tipo plokštė naudojama kaip pagrindas, tada gaunamas p-n-p („pe-en-pe“) struktūros tranzistorius.
Kadangi kalbame apie pagrindą, reikėtų atkreipti dėmesį į tokį dalyką: kaip pagrindas naudojama puslaidininkinė plokštelė yra labai plona, daug plonesnė už emiterį ir kolektorius. Šį teiginį reikia atsiminti, nes jis bus reikalingas aiškinant tranzistoriaus veikimą.
Natūralu, kad ryšiui su „išoriniu pasauliu“ iš kiekvienos srities p ir n ateina laidas. Kiekvienas iš jų turi zonos, prie kurios yra prijungtas, pavadinimą: emiteris, bazė, kolektorius. Toks tranzistorius vadinamas bipoliniu, nes jame naudojami dviejų tipų krūvininkai – skylės ir elektronai. Scheminis abiejų tipų tranzistorių išdėstymas parodytas 2 paveiksle.
2 pav.
Šiuo metu silicio tranzistoriai naudojami plačiau. Germaniniai tranzistoriai beveik visiškai nebenaudojami, juos išstūmė siliciniai, tad visa kita istorija bus apie juos, nors kartais bus paminėti ir germaniniai. Dauguma silicio tranzistorių turi n-p-n struktūrą, nes ši struktūra yra technologiškai pažangesnė gamyboje.
Papildomos tranzistorių poros
Germanio tranzistoriams, matyt, p-n-p struktūra buvo technologiškai pažangesnė, todėl germanio tranzistoriai didžiąja dalimi turėjo tokią struktūrą. Nors kaip dalis papildomų porų (tranzistoriai artimi parametrais, kurie skyrėsi tik laidumo tipu), buvo gaminami ir skirtingo laidumo germanio tranzistoriai, pavyzdžiui, GT402 (p-n-p) ir GT404 (n-p-n).
Tokia pora buvo naudojama kaip išvesties tranzistoriai įvairios radijo įrangos ULF. Ir jei pasenę germanio tranzistoriai įėjo į istoriją, tada vis dar gaminamos papildomos silicio tranzistorių poros, pradedant nuo tranzistorių SMD paketuose ir iki galingi tranzistoriai ULF išėjimo pakopoms.
Beje, germanio tranzistorių pagrindu sukurtus garso stiprintuvus melomanai suvokė beveik kaip vamzdinius. Na, gal kiek prastesnis, bet daug geresnis nei silicio tranzistoriniai stiprintuvai. Tai tik nuoroda.
Kaip veikia tranzistorius
Norėdami suprasti, kaip veikia tranzistorius, vėl turime grįžti į elektronų, skylių, donorų ir akceptorių pasaulį. Tiesa, dabar tai bus kiek paprasčiau ir net įdomiau nei ankstesnėse straipsnio dalyse. Tokią pastabą reikėjo padaryti, kad neišgąsdintų skaitytojo, leistų jam visa tai perskaityti iki galo.
Aukščiau pateiktame 3 paveiksle parodytas įprastas grafinis tranzistorių žymėjimas elektros grandinėse, o žemiau tranzistorių p-n jungtys pateikiamos puslaidininkinių diodų pavidalu, kurie taip pat yra sujungti atgal. Šis vaizdas yra labai patogus tikrinant tranzistorių multimetru.
3 pav
Ir 4 paveiksle parodyta vidinė tranzistoriaus struktūra.
Šiame paveikslėlyje turėsite šiek tiek užtrukti, kad galėtumėte jį išsamiau apsvarstyti.
4 pav
Taigi srovė tekės ar ne?
Štai kaip tranzistorius n-p-n struktūros maitinimo šaltinis yra prijungtas ir lygiai tokiu pat poliškumu, kaip jis yra prijungtas tikruose įrenginiuose prie tikrų tranzistorių. Bet jei pažvelgsite atidžiau, paaiškės, kad per dvi p-n jungtis, per dvi potencialų kliūtis, srovė nepraeis: nesvarbu, kaip pakeisite įtampos poliškumą, viena iš jungčių būtinai yra užrakinta, nelaidžia būsena. Taigi kol kas palikime viską, kaip parodyta paveikslėlyje, ir pažiūrėkime, kas ten atsitiks.
Nekontroliuojama srovė
Įjungus srovės šaltinį, kaip parodyta paveikslėlyje, emiterio-bazės (n-p) sandūra yra atviroje būsenoje ir lengvai perduoda elektronus kryptimi iš kairės į dešinę. Po to elektronai susidurs su uždara emiterio bazės (p-n) sandūra, kuri sustabdys šį judėjimą, kelias elektronams bus uždarytas.
Tačiau, kaip visada ir visur, bet kuriai taisyklei yra išimčių: kai kurie ypač judrūs elektronai, veikiami temperatūros, vis tiek sugebės įveikti šį barjerą. Todėl, nors su tokiu įtraukimu bus nedidelė srovė, vis tiek bus. Ši nereikšminga srovė vadinama pradine srove arba soties srove. Pavardė kilusi dėl to, kad formuojant šią srovę dalyvauja visi laisvieji elektronai, kurie tam tikroje temperatūroje gali įveikti potencialo barjerą.
Pradinė srovė nekontroliuojama, ją turi bet kuris tranzistorius, bet tuo pačiu mažai priklauso nuo išorinės įtampos. Jei ją, įtampą, padidinsite labai ženkliai (pagrįstame intervale, nurodytame žinynuose), pradinė srovė labai nepasikeis. Tačiau šiluminis poveikis šiai srovei turi labai pastebimą poveikį.
Tolesnis temperatūros padidėjimas padidina pradinę srovę, o tai savo ruožtu gali sukelti papildomą p-n sandūros šildymą. Toks terminis nestabilumas gali sukelti terminį gedimą, tranzistoriaus sunaikinimą. Todėl reikia imtis priemonių tranzistoriams aušinti, o ne naudoti ekstremalią įtampą esant aukštesnei temperatūrai.
Dabar pakalbėkime apie bazę.
Aukščiau aprašytas tranzistoriaus su sulaužytu pagrindu įtraukimas niekur nenaudojamas praktinėse grandinėse. Todėl 5 paveiksle parodytas teisingas tranzistoriaus įjungimas. Norėdami tai padaryti, reikėjo įvesti nedidelę įtampą prie pagrindo, palyginti su emitteriu, ir į priekį (prisiminkite diodą ir dar kartą pažiūrėkite į 3 pav.).
5 pav
Jei diodo atveju viskas atrodo aišku - jis atsidarė ir per jį ėjo srovė, tada tranzistoryje įvyksta kiti įvykiai. Veikiant emiterio srovei, elektronai, kurių laidumas p, veržiasi į pagrindą iš emiterio, kurio laidumas n. Tokiu atveju dalis elektronų užpildys skyles, esančias bazinėje srityje, o per bazinį išėjimą teka nereikšminga srovė, bazinė srovė Ib. Čia reikia atsiminti, kad pagrindas yra plonas ir jame mažai skylių.
Likę elektronai, kuriems ploname pagrinde nebuvo pakankamai skylių, veržiasi į kolektorių ir iš ten bus ištraukti didesniu kolektoriaus akumuliatoriaus Ek-e potencialu. Esant tokiai įtakai, elektronai įveiks antrąjį potencialo barjerą ir per bateriją grįš į emiterį.
Taigi, nedidelė įtampa, taikoma pagrindo ir emiterio sankryžai, sukelia pagrindo ir kolektoriaus jungties atidarymą atvirkštine kryptimi. Tiesą sakant, tai yra tranzistoriaus efektas.
Belieka tik apsvarstyti, kaip ši „maža įtampa“, taikoma bazei, veikia kolektoriaus srovę, kokie yra jų dydžiai ir santykiai. Bet apie šią istoriją kitoje straipsnio dalyje apie tranzistorius.