Rôzne typy tranzistorov a ich fungovanie

Pretože náš mozog je tvorený 100 miliardami buniek označovaných ako neuróny, ktoré sa používajú na myslenie a memorovanie vecí. Rovnako ako počítač majú aj miliardy malých mozgových buniek s názvom Tranzistory. Skladá sa z extraktu chemických prvkov z piesku nazývaného kremík. Tranzistory radikálne menia teóriu elektroniky, pretože ju pred viac ako polstoročím navrhli John Bardeen, Walter Brattain a William Shockley.

Povieme vám teda, ako fungujú alebo aké sú v skutočnosti?

Čo sú to tranzistory?

Tieto zariadenia sú vyrobené z polovodičového materiálu, ktorý sa bežne používa na zosilnenie alebo spínanie. Môže sa tiež použiť na riadenie toku napätia a prúdu. Používa sa tiež na zosilnenie vstupných signálov do rozsahu výstupného signálu. Tranzistor je zvyčajne polovodičové elektronické zariadenie, ktoré je vyrobené z polovodičových materiálov. Elektronický obeh prúdu je možné meniť pridaním elektrónov. Tento proces prináša zmeny napätia, ktoré úmerne ovplyvňujú mnoho zmien výstupného prúdu, čím sa zvyšuje amplitúda. Nie všetky elektronické zariadenia okrem väčšiny obsahujú jeden alebo viac typov tranzistorov. Niektoré z tranzistorov umiestnené jednotlivo alebo všeobecne v integrovaných obvodoch, ktoré sa líšia podľa stavu.

„Tranzistor je zložka hmyzu s tromi nohami, ktorá je umiestnená jednotlivo v niektorých zariadeniach, ale v počítačoch je zabalená vo vnútri miliónov kusov v malých mikročipoch.“

Z čoho pozostáva tranzistor?

Tranzistor sa skladá z troch vrstiev polovodiča, ktoré majú schopnosť udržať prúd. Elektricky vodivý materiál, ako je kremík a germánium, je schopný prenášať elektrinu medzi vodičmi a izolátorom, ktorý je uzavretý plastovými drôtmi. Polovodičové materiály sa upravujú niektorým chemickým postupom, ktorý sa nazýva doping polovodiča. Ak je kremík dotovaný arzénom, fosforom a antimónom, získa niektoré nosiče náboja, tj elektróny, ktoré sú známe ako N-typ alebo negatívny polovodič, zatiaľ čo ak je kremík dotovaný ďalšími nečistotami, ako je bór, gálium, hliník, získa menej nosiče náboja, tj, otvory, sú známe ako P-typu alebo pozitívne polovodiče.

Ako funguje tranzistor?

Pracovná koncepcia je hlavnou časťou, aby sme pochopili, ako používať tranzistor alebo ako funguje?, V tranzistore sú tri terminály:

• Báza: Poskytuje bázu tranzistorovým elektródam.

• Vysielač: Poplatky prenášané týmto nosičom.

• Zberateľ: Týmto vyberá dopravcov.

Ak je tranzistor typu NPN, musíme na jeho spustenie použiť napätie 0,7 V a pri napätí aplikovanom na základný kolík sa tranzistor zapne, čo je predpätý stav a prúd začne prúdiť cez kolektor k emitoru (nazýva sa to aj saturácia). regiónu). Keď je tranzistor v stave obráteného predpätia alebo je základný kolík uzemnený alebo na ňom nie je žiadne napätie, tranzistor zostáva v stave VYPNUTÝ a neumožňuje tok prúdu z kolektora do emitora (nazýva sa to tiež medzná oblasť).

Ak je tranzistor typu PNP, je normálne v zapnutom stave, ale nemusí sa povedať, že je perfektne zapnutý, kým sa pin základne úplne neuzemní. Po uzemnení základného kolíka bude tranzistor v stave spätného predpätia alebo bude pravdepodobne zapnutý. Pretože napájanie poskytované na základnom kolíku prestáva viesť prúd z kolektora do emitoru a tranzistor je v stave VYPNUTÝ alebo v predpätí.

Na ochranu tranzistora s ním zapojíme sériový odpor, na zistenie hodnoty tohto odporu použijeme nasledujúci vzorec:

R _B = V _BE / I _B

Rôzne typy tranzistorov:

Hlavne môžeme tranzistor rozdeliť do dvoch kategórií Bipolárny tranzistor (BJT) a Tranzistor s efektom poľa (FET). Ďalej to môžeme rozdeliť takto:

Bipolárny tranzistor (BJT)

Bipolárny spojovací tranzistor je tvorený dotovaným polovodičom s tromi svorkami, tj. Základňa, vysielač a kolektor. V tomto postupe sú zapojené diery aj elektróny. Veľké množstvo prúdu prechádzajúceho do kolektora k emitoru sa prepína úpravou malého prúdu zo svoriek základne na emitor. Tiež sa nazývajú ako prúdom riadené zariadenia. NPN a PNP sú dve hlavné časti BJT, ako sme už diskutovali. BJT sa zapol poskytnutím vstupu do základne, pretože má najnižšiu impedanciu pre všetky tranzistory. Zosilnenie je tiež najvyššie pre všetky tranzistory.

Tieto typy BJT sú nasledovné:

1. NPN tranzistor:

V strednej oblasti tranzistora NPN, tj. Báza, je typu p a dve vonkajšie oblasti, tj emitor a kolektor, sú typu n.

V dopredu aktívnom režime je tranzistor NPN predpätý. Pri jednosmernom zdroji Vbb bude križovatka medzi základňou a emitorom posunutá dopredu. Preto sa na tomto križovatke zníži vyčerpanie regiónu. Križovatka kolektora a základne je spätne predpätá, oblasť vyčerpania kolektora a základne sa zvýši. Väčšina nosičov náboja sú elektróny pre žiarič typu n. Spojenie základného a emitorového zdroja je predpäté dopredu, takže elektróny sa pohybujú smerom k základnej oblasti. To preto spôsobuje prúd emitora Ie. Základná oblasť je tenká a ľahko dotovaná otvormi, je vytvorená kombinácia elektrónov a otvorov a niektoré elektróny zostávajú v základnej oblasti. To spôsobuje veľmi malý základný prúd Ib. Križovatka základne kolektora je reverzne predpätá na otvory v základnej oblasti a elektróny v oblasti kolektora, ale je predpätá dopredu na elektróny v základnej oblasti. Zvyšné elektróny základnej oblasti priťahované kolektorovou svorkou spôsobujú kolektorový prúd Ic. Viac informácií o NPN tranzistoroch nájdete tu.

2. PNP tranzistor:

V strednej oblasti tranzistora PNP, tj. Báza, je typu n a dve vonkajšie oblasti, tj. Kolektor a emitor, sú typu p.

Ako sme diskutovali vyššie v prípade tranzistora NPN, pracuje tiež v aktívnom režime. Väčšina nosičov náboja sú otvory pre žiarič typu p. U týchto otvorov bude križovatka základne a vysielača predpätá dopredu a bude sa pohybovať smerom k oblasti základne. To spôsobí, že prúd emitora Ie. Základná oblasť je tenká a ľahko dopovaná elektrónmi, je vytvorená kombinácia elektrón-diery a niektoré otvory zostávajú v základnej oblasti. To spôsobuje veľmi malý základný prúd Ib. Križovatka základne kolektora je spätne predpätá k otvorom v základnej oblasti a k otvorom v oblasti kolektora, ale je predpätá dopredu k otvorom v základnej oblasti. Zvyšné otvory v základnej oblasti priťahované kolektorovou svorkou spôsobujú kolektorový prúd Ic. Viac informácií o tranzistore PNP nájdete tu.

Čo sú konfigurácie tranzistorov?

Spravidla existujú tri typy konfigurácií a ich popisy týkajúce sa zisku sú nasledujúce:

Konfigurácia Common Base (CB): Nemá žiadny prúdový zisk, ale má zosilnenie napätia.

Konfigurácia spoločného zberača (CC): Má zosilnenie prúdu, ale žiadne zosilnenie napätia.

Konfigurácia spoločného vysielača (CE): Má zosilnenie prúdu aj zosilnenie napätia.

Konfigurácia tranzistora Common Base (CB):

V tomto obvode je základňa umiestnená spoločne pre vstup aj výstup. Má nízku vstupnú impedanciu (50 - 500 ohmov). Má vysokú výstupnú impedanciu (1 - 10 mega ohmov). Napätia merané vzhľadom na základné svorky. Takže vstupné napätie a prúd budú Vbe & Ie a výstupné napätie a prúd budú Vcb & Ic.

Aktuálny zisk bude menší ako jednotka, tj. Alfa (dc) = Ic / Ie
Zisk napätia bude vysoký.
Príkon bude priemerný.

Konfigurácia spoločného tranzistora (CE):

V tomto obvode je emitor umiestnený spoločne pre vstup aj výstup. Vstupný signál sa privádza medzi základňu a vysielač a výstupný signál sa privádza medzi kolektor a vysielač. Vbb a Vcc sú napätia. Má vysokú vstupnú impedanciu, tj (500 - 5 000 ohmov). Má nízku výstupnú impedanciu, tj (50 - 500 kiloohmov).

Aktuálny zisk bude vysoký (98), tj. Beta (dc) = Ic / Ie
Prírastok energie je až 37 dB.
Výstup bude mimo fázy o 180 stupňov.

Konfigurácia spoločného kolektora tranzistora:

V tomto obvode je kolektor umiestnený spoločný pre vstup aj výstup. Toto je tiež známe ako sledovač emitorov. Má vysokú vstupnú impedanciu (150-600 kiloohmov). Má nízku výstupnú impedanciu (100-1000 ohmov).

Aktuálny zisk bude vysoký (99).
Zisk napätia bude menší ako jednota.
Príkon bude priemerný.

Tranzistor s efektom poľa (FET):

Tranzistor s efektom poľa obsahuje tri oblasti, ako sú zdroj, brána a odtok. Označujú sa ako napäťovo riadené zariadenia, pretože riadia úroveň napätia. Na riadenie elektrického správania je možné zvoliť externe použité elektrické pole, preto sa nazýva tranzistory s efektom poľa. V tomto prúd preteká v dôsledku väčšiny nosičov náboja, tj elektrónov, teda tiež známych ako uni-polárny tranzistor. Má hlavne vysokú vstupnú impedanciu v mega ohmoch s nízkofrekvenčnou vodivosťou medzi odtokom a zdrojom riadeným elektrickým poľom. FET sú vysoko účinné, energické a znižujú náklady.

Tranzistory s efektom poľa sú dva typy, tj tranzistory s efektom poľa spojenia (JFET) a tranzistory s efektom poľa s oxidom kovu (MOSFET). Prúd prechádza medzi dvoma kanálmi pomenovanými ako n-kanál a p-kanál.

Tranzistor s efektom spojovacieho poľa (JFET)

Tranzistor s efektom spojovacieho poľa nemá spojenie PN, ale namiesto polovodičových materiálov s vysokým odporom vytvárajú kremíkové kanály typu n & p pre tok väčšinových nosičov náboja s dvoma svorkami buď odtokovými, alebo zdrojovými. V kanáli n je tok prúdu záporný, zatiaľ čo v kanáli p je tok prúdu kladný.

Fungovanie JFET:

V JFET existujú dva typy kanálov pomenovaných ako: n-kanálový JFET & p-kanálový JFET

N-kanálový JFET:

Tu musíme diskutovať o hlavnej činnosti n-kanálového JFET pre dve podmienky nasledovne:

Po prvé, keď Vgs = 0, Pripojte malé kladné napätie k odtokovej svorke, kde je Vds kladná. Vďaka tomuto použitému napätiu Vds prúdia elektróny zo zdroja do odtoku a spôsobujú odtokový prúd Id. Kanál medzi odtokom a zdrojom pôsobí ako odpor. Nech je n-kanál jednotný. Rôzne úrovne napätia nastavené podľa odtokového prúdu Id a prechádzajú zo zdroja do odtoku. Napätie je najvyššie na odtokovej svorke a najnižšie na zdrojovej svorke. Odtok je spätne predpätý, takže vyčerpávacia vrstva je tu širšia.

Vds sa zvyšuje, Vgs = 0 V

Zvyšuje sa vrstva vyčerpania, zmenšuje sa šírka kanála. Vds rastie na úrovni, kde sa dotýkajú dve oblasti vyčerpania, táto podmienka známa ako proces pinch-off a spôsobuje napätie pinp off Vp.

Tu Id priškrtený – off klesne na 0 MA a Id dosiahne na úrovni nasýtenia. Id s Vgs = 0 známe ako saturačný prúd odtokového zdroja (Idss). Vds sa zvýšili pri Vp, kde súčasné Id zostáva rovnaké & JFET funguje ako zdroj konštantného prúdu.

Po druhé, keď sa Vgs nerovná 0, Aplikácia negatívnych Vgs a Vds sa líši. Šírka oblasti vyčerpania sa zväčšuje, kanál sa zužuje a zvyšuje sa odpor. Menší odtokový prúd preteká a dosahuje až úroveň nasýtenia. V dôsledku negatívnych Vgs klesá úroveň nasýtenia, klesá Id. Pinch-off napätie neustále klesá. Preto sa nazýva napäťovo riadené zariadenie.

Charakteristika JFET:

Charakteristiky zobrazujú rôzne regióny, ktoré sú nasledujúce:

Ohmická oblasť: Vgs = 0, vrstva vyčerpania malá.

Cut-off region: tiež známy ako pinch off region, pretože odpor kanálu je maximálny.

Sýtosť alebo aktívna oblasť: riadené napätím zdroja brány, kde je napätie zdroja odtoku menšie.

Oblasť poruchy: Napätie medzi odtokom a zdrojom je vysoké, čo spôsobuje poruchu v odporovom kanáli.

P-kanál JFET:

p-kanálový JFET funguje rovnako ako n-kanálový JFET, ale vyskytli sa niektoré výnimky, tj. Vďaka otvorom je prúd kanálu pozitívny a je potrebné obrátiť polaritu predpínacieho napätia.

Odtokový prúd v aktívnej oblasti:

Id = Idss

Odpor kanála zdroja odtoku: Rds = delta Vds / delta Id

Tranzistor s efektom poľa oxidu kovu (MOSFET):

Tranzistor s efektom poľa oxidu kovu je tiež známy ako tranzistor s poľom riadeným napätím. Tu bránové elektróny oxidu kovu elektricky izolované od n-kanála a p-kanála tenkou vrstvou oxidu kremičitého nazývaného ako sklo.

Prúd medzi odtokom a zdrojom je priamo úmerný vstupnému napätiu.

Je to trojkoncové zariadenie, tj brána, odtok a zdroj. Existujú dva typy MOSFET fungovaním kanálov, tj p-kanálový MOSFET a n-kanálový MOSFET.

Existujú dve formy tranzistora s efektom poľa oxidu kovu, tj typ vyčerpania a typ vylepšenia.

Typ vyčerpania: Vyžaduje Vgs, tj., Aby sa napätie zdroja brány vyplo, a režim vyčerpania sa rovná normálne zatvorenému spínaču.

Vgs = 0, Ak je Vgs kladná, elektrónov je viac & ak je Vgs záporná, elektrónov je menej.

Typ vylepšenia: Vyžaduje Vgs, tj., Aby sa napätie zdroja brány zaplo a režim vylepšenia sa rovná normálne otvorenému spínaču.

Tu je ďalšou svorkou substrát používaný na uzemnenie.

Napätie zdroja brány (Vgs) je väčšie ako prahové napätie (Vth)

Režimy predpätia pre tranzistory:

Predpätie je možné vykonať dvoma metódami, tj. Predpätie dopredu a dozadu, zatiaľ čo v závislosti na predpätí existujú štyri rôzne okruhy predpätia nasledovne:

Pevná základná odchýlka a pevná odchýlka odporu:

Na obrázku je základný odpor Rb pripojený medzi základňou a Vcc. Križovatka základného emitora je predpätá dopredu kvôli poklesu napätia Rb, ktorý vedie k prietoku Ib cez ňu. Tu sa Ib získava z:

Ib = (Vcc-Vbe) / Rb

To vedie k faktoru stability (beta +1), ktorý vedie k nízkej tepelnej stabilite. Tu sú vyjadrenia napätí a prúdov, tj.

Vb = Vbe = Vcc-IbRb Vc = Vcc-IcRc = Vcc-Vce Ic = Beta Ib Ie = Ic

Predpätie spätnej väzby zberateľa:

Na tomto obrázku je základný odpor Rb pripojený cez kolektor a základnú svorku tranzistora. Preto sú si základné napätie Vb a napätie kolektora Vc navzájom podobné

Vb = Vc-IbRb Kde, Vb = Vcc- (Ib + Ic) Rc

Týmito rovnicami Ic znižuje Vc, čo znižuje Ib, automaticky znižuje Ic.

Tu bude faktor (beta +1) menší ako jeden a Ib vedie k zníženiu zosilnenia zosilňovača.

Napätia a prúdy teda môžeme dať ako

Vb = Vbe Ic = beta Ib Ie sa takmer rovná Ib

Dvojitá spätná väzba:

Na tomto obrázku je to upravená forma v obvode základne spätnej väzby kolektora. Pretože má ďalší obvod R1, ktorý zvyšuje stabilitu. Preto zvýšenie základného odporu vedie k zmenám v beta, tj.

Teraz, I1 = 0,1 Ic Vc = Vcc- (Ic + I (Rb) Rc Vb = Vbe = I1R1 = Vc- (I1 + Ib) Rb Ic = beta Ib Ie sa takmer rovná Ic

Pevné skreslenie s odporom vysielača:

Na tomto obrázku je to rovnaké ako s obvodom s predpätím, ale má pripojený ďalší odpor emitora Re. Ic sa zvyšuje v dôsledku teploty, Ie sa tiež zvyšuje, čo opäť zvyšuje pokles napätia na Re. To má za následok zníženie Vc, zníženie Ib, čím sa iC vráti späť na normálnu hodnotu. Zisk napätia sa zníži prítomnosťou Re.

Teraz, Ve = Ie Re Vc = Vcc - Ic Rc Vb = Vbe + Ve Ic = beta Ib Ie sa takmer rovná Ic

Vychýlenie vysielača:

Na tomto obrázku sú dve napájacie napätia Vcc & Vee sú rovnaké, ale majú opačnú polaritu. Tu je Vee predpätie smerujúce k spojeniu základného vysielača pomocou Re & Vcc je spätne predpäté k spojeniu základne kolektora.

Teraz, Ve = -Vee + Ie Re Vc = Vcc- Ic Rc Vb = Vbe + Ve Ic = beta Ib Ie je takmer rovnaké ako Ib Where, Re >> Rb / beta Vee >> Vbe

Čo dáva stabilný prevádzkový bod.

Predpätie spätnej väzby vysielača:

Na tomto obrázku používa kolektor ako spätnú väzbu aj spätnú väzbu emitora pre vyššiu stabilitu. V dôsledku toku prúdu emitora Ie dôjde k poklesu napätia cez odpor emitora Re, preto bude základná križovatka emitora skreslená smerom dopredu. Tu sa zvyšuje teplota, zvyšuje sa Ic, zvyšuje sa aj Ie. To vedie k poklesu napätia na Re, napätie kolektora Vc klesá & Ib tiež klesá. To vedie k tomu, že výstupný zisk sa zníži. Výrazy môžu byť dané ako:

Irb = 0,1 Ic = Ib + I1 Ve = IeRe = 0,1 Vcc Vc = Vcc- (Ic + Irb) Rc Vb = Vbe + Ve = I ₁ R1 = Vc- (I ₁ + Ib0Rb) Ic = beta Ib Ie je takmer rovnaké aby som c

Predpätie deliča napätia:

Na tomto obrázku používa na predpätie tranzistora formu deliča napätia rezistora R1 a R2. Napäťové formy na R2 budú základné napätie, pretože dopredu ovplyvňuje predpätie spojenia základňa-vysielač. Tu I2 = 10Ib.

Toto sa robí kvôli zanedbaniu prúdu deliča napätia a zmenám hodnoty beta.

Ib = Vcc R2 / R1 + R2 Ve = Ie Re Vb = I2 R2 = Vbe + Ve

Ic odoláva zmenám v beta aj Vbe, čo vedie k faktoru stability 1. V tomto sa Ic zvyšuje zvýšením teploty, Ie stúpa zvýšením napätia emitora Ve, čo znižuje základné napätie Vbe. To má za následok zníženie základného prúdu ib a ic na jeho skutočné hodnoty.

Aplikácie tranzistorov

Tranzistory pre väčšinu častí sa používajú v elektronických aplikáciách, ako sú napäťové a výkonové zosilňovače.
Používa sa ako prepínače v mnohých obvodoch.
Používa sa na výrobu digitálnych logických obvodov, tj. AND, NOT atď.
Tranzistory sú vložené do všetkého, tj. Sporáku k počítačom.
Používa sa v mikroprocesore ako čipy, v ktorých sú zabudované miliardy tranzistorov.
V predchádzajúcich dňoch sa používajú v rádiách, telefónnych prístrojoch, sluchových hlavách atď.
Tiež sa používajú skôr vo vákuových elektrónkach vo veľkých veľkostiach.
Používajú sa v mikrofónoch aj na zmenu zvukových signálov na elektrické.