Pochopme společně principy tranzistoru

Tranzistory jsou aktivní součástky a jsou používány všude v elektronických obvodech jako zesilovače a spínací zařízení. (tranzistorové klíče). Jako zesilovací zařízení se používají v zařízeních s vysokou a nízkou frekvencí, generátory signálů modulátory, detektory a mnoho dalších obvodů. V digitálních obvodech, v pulzní napájecí zdroje a řízené elektrické pohony slouží jako klíče.

Bipolární tranzistory

Toto je jméno nejběžnějšího typu tranzistoru. Jsou rozděleny na typy npn a pnp. Materiálem pro ně je nejčastěji křemík nebo germanium. Nejprve byly tranzistory vyrobeny z germania, ale byly velmi citlivé na teplotu. Silikonová zařízení jsou mnohem odolnější vůči kolísání a levnější k výrobě.

Na fotografii níže jsou uvedeny různé bipolární tranzistory. Zařízení s malým výkonem jsou umístěna v malých plastových obdélníkových nebo kovových válcových skříních. Mají tři závěry: pro základnu (B), emitor (E) a kolektor (K). Každý z nich je připojen k jedné ze tří vrstev křemíku s vodivostí buď n- (volné elektrony tvoří proud), nebo p-type (tzv. Pozitivně nabité "otvory" tvoří proud), z nichž sestává tranzistorová struktura.

Jak to funguje? bipolární tranzistor?

Principy fungování tranzistoru musí být studovány, počínaje zařízením. Zvažte strukturu npn tranzistoru, která je znázorněna na obrázku níže.

Jak můžete vidět, obsahuje tři vrstvy: dvě s vodivostí typu n a jedním typem p. Typ vodivosti vrstev je určen stupněm dopingu se speciálními nečistotami různých částí křemíkových krystalů. Vysílač typu n je silně dopovaný, aby získal celou řadu volných elektronů jako hlavní proudové nosiče. Velmi tenká p-typová základna je mírně dopovaná nečistotami a má vysokou odolnost a n-typový kolektor je velmi silně dotován tak, aby poskytoval nízký odpor.

Principy fungování tranzistoru

Nejlepší způsob, jak je poznat, je prostřednictvím experimentálního způsobu. Níže je jednoduchý schéma zapojení. Používá výkonový tranzistor k ovládání žárovky. Budete také potřebovat baterii, malou svítilnu z baterky přibližně 4,5 V / 0,3 A, potenciometr v podobě variabilní odpor (5K) a odpor 470 ohmů. Tyto součásti musí být připojeny, jak je znázorněno na obrázku vpravo od diagramu.

Otočte posuvník potenciometru do nejnižší polohy. Tím se sníží základní napětí (mezi základnou a zemí) na nulové napětí (U _BE = 0). Svítilna nesvítí, což znamená, že v tranzistoru není proud.

Pokud nyní otočíte rukojeť z dolní polohy, postupně se zvyšuje hodnota U _BE . Když dosáhne 0,6 V, proud začne proudit do základny tranzistoru a lampa začne svítit. Když se rukojeť dále pohybuje, napětí U _BE zůstává na hodnotě 0,6 V, ale zvyšuje se proud základny a tím se zvyšuje proud v okruhu kolektoru a emitoru. Pokud je rukojeť posunuta do horní polohy, napětí na základně se mírně zvýší na 0,75 V, ale proud se výrazně zvýší a lampa bude zářit jasně.

A pokud změříte proudy tranzistoru?

Když zapojíme ampérmetr mezi kolektor (C) a lampu (pro měření I _C ), další ampérmetr mezi základnou (B) a potenciometrem (pro měření I _B ), stejně jako voltmetr mezi společným vodičem a základnou a opakujeme celý experiment, můžeme některé zajímavé údaje. Pokud je knoflík potenciometru v nejnižší poloze, U _BE je 0 V, stejně jako proudy I _C a I _B. Při posunutí knoflíku se tyto hodnoty zvyšují, dokud žárovka svítí, když jsou stejné: U _BE = 0,6 V, I _B = 0,8 mA a I _C = 36 mA.

V důsledku toho máme z tohoto experimentu následující zásady fungování tranzistoru: při absenci pozitivního (pro npn-type) předpětí napětí založené na proudech svými svorkami jsou nulové a za přítomnosti napětí a základního proudu jejich změny ovlivňují proud kolektoru a emitoru.

Co se stane, když je zapnuta síla tranzistoru

Během normálního provozu je napětí aplikované na spojení základny a emitoru distribuováno tak, aby základní potenciál (p-typ) byl přibližně o 0,6 V vyšší než napětí emitoru (typ n). V tomto případě se na tento přechod použije stejnosměrné napětí, je přemístěno v dopředném směru a je otevřené pro tok proudu ze základu do emitoru.

Na spojení základny a kolektoru je aplikováno mnohem vyšší napětí a potenciál kolektoru (typ n) je vyšší než potenciál kolektoru (p-typ). Takže zpětné napětí se přivede na spojení a je posunuto v opačném směru. To vede k vytvoření poměrně silné elektronové vrstvy v kolektoru v blízkosti základny, když je na tranzistor aplikováno napájecí napětí. V důsledku toho proud neprochází obvodem kolektor-emitor. Rozložení nábojů v přechodových zónách tranzistoru npn je znázorněno na následujícím obrázku.

Jaká je úloha základního proudu?

Jak vyrobit naše elektronické zařízení? Principem tranzistoru je vliv základního proudu na stav uzavřené spojky základny a kolektoru. Když je přechod základního emitoru zaujat směrem dopředu, do základny proudí malý proud. Zde jsou jeho nosiče kladně nabité otvory. Jsou kombinovány s elektrony přicházejícími z emitoru a poskytují proud I _BE . Nicméně vzhledem k tomu, že emitor je velmi silně dopovaný, z něj proudí mnohem více elektronů do základny, než je schopen spojit s otvory. To znamená, že v základně je velká koncentrace elektronů a většina z nich se protíná a spadá do vrstvy kolektorů s depletem elektronů. Zde se dostanou pod vlivem silného elektrického pole aplikovaného na přechod základního kolektoru, procházejí vrstvou vyčerpanou elektrony a hlavním objemem sběrače k ​​jeho uzavření.

Změny proudu proudící do základny ovlivňují počet elektronů přitahovaných z emitoru. Tudíž princip fungování tranzistoru může být doplněn následujícím tvrzením: velmi malé změny v základním proudu způsobují velmi velké změny v proudu proudícím od emitoru do kolektoru, tj. proudové zesílení nastane.

Typy tranzistorů s efektem pole

V angličtině jsou označovány FETs - tranzistory Field Effect, které mohou být překládány jako "tranzistory pole efektu". Ačkoli jména pro ně jsou spousty zmatek, existují převážně dva hlavní typy:

1. Pomocí ovládacího pn-křižovatka. V angličtině-literární literatura, oni jsou odkazoval se na jako JFET nebo Junction FET, který může být přeložen jako "pole-efekt tranzistor". V opačném případě jsou označovány jako JUGFET nebo Junction Unipolar Gate FET.

2. S izolovanou branou (jinak tranzistory MOS nebo MOS). V angličtině jsou označovány jako IGFET nebo Insulated Gate FET.

Venku jsou velmi podobné bipolárním, což potvrzuje fotografii níže.

FET zařízení

Všechny tranzistory s efektem pole mohou být nazývány zařízeními UNIPOLAR, protože nosiče náboje, které vytvářejí proud přes ně, jsou jediným typem pro tento tranzistor - elektrony nebo "otvory", ale ne oba současně. To rozlišuje princip fungování tranzistoru s efektem pole z bipolárního tranzistoru, v němž je proud generován současně oběma těmito typy nosičů.

Proudové nosiče proudí v tranzistorů s efektem pole s řízením pn spojení přes křemíkovou vrstvu bez pn spojení, nazývanou kanál, s vodivostí n nebo p typu mezi dvěma terminály nazývanými "source" a "drain" - emitor a analogy kolektorů , přesněji katodou a anodou vakuové triody. Třetí kolík, brána (analogová trieda mřížky), je připojena k silikonové vrstvě s jiným typem vodivosti než kanál zdroje-odtoku. Struktura takového zařízení je znázorněna na následujícím obrázku.

Jak funguje tranzistor s efektem pole? Princíp jeho provozu je ovládání průřezu kanálu aplikací napětí na přechod brány. Je to vždy posunuto v opačném směru, takže tranzistor prakticky nekonzumuje proud přes obvod brány, zatímco bipolární zařízení potřebuje určitý základní proud k provozu. Při změně vstupního napětí se může rozšířit oblast brány, čímž se zablokuje kanál pro odvod zdroje až po jeho úplné uzavření, čímž se řídí vypouštěcí proud.