Hvad er en bipolær transistor, og hvad er dens funktion
Ordet "transistor" er sammensat af ordene TRANSfer og resISTOR - resistens konverter. Han udskiftede lamper i de tidlige 1950'ere. Dette er en trepindsenhed, der bruges til forstærkning og omskiftning i elektroniske kredsløb. Adjektivet "bipolar" (bipolar forbindelsestransistor) tjener til at skelne fra felteffekttransistorer (FET). Princippet for betjening af en bipolar transistor er at bruge to p-n-forbindelser, der danner et barriere lag, som tillader en lille strøm at kontrollerecirkamed den højeste strøm. Den bipolære transistor bruges både som en kontrolleret modstand og som en nøgle. Transistorer er af to typer: pnp og npn.
P-N-kryds
Germanium (Ge) og silicium (Si) er halvledere. Nu bruges hovedsageligt silicium. Valens af Si og Ge er fire. Derfor, hvis vi tilføjer pentavalent arsen til krystalgitteret af silicium (As), får vi en "ekstra" elektron, og hvis vi tilføjer trivalent bor (B), får vi et ledigt sted for et elektron. I det første tilfælde taler de om et "donor" -materiale, der giver elektroner, i det andet tilfælde taler de om et "acceptor" -materiale, der modtager elektroner. Den første type materiale kaldes også N (negativ), og den anden - P (positiv).
Hvis materialer af P- og N-typer bringes i kontakt, vil der opstå en strøm mellem dem, og der etableres en dynamisk ligevægt med et udtømningsregion, hvor koncentrationen af ladningsbærere - elektroner og ledige steder ("huller") - er lille. Dette lag har ensidig konduktivitet og tjener som basis for en anordning kaldet en diode. Direkte kontakt med materialer skaber ikke en kvalitativ overgang; legering (diffusion) eller "tilstopning" af dopingmidler i en krystal i et vakuum er nødvendigt.
PNP-transistor
For første gang blev der lavet en bipolær transistor ved at smelte indiumdråber i en germaniumkrystall (materiale af n-type). Indium (In) er et trivalent metal af p-type materiale. Derfor blev en sådan transistor kaldet diffus (legeret) med en p-n-p (eller pnp) struktur. Den bipolære transistor i figuren nedenfor blev fremstillet i 1965. Dens krop er skåret for klarhed.
Germaniumkrystallen i midten kaldes basen, og indiumdråberne, der er smeltet i den, kaldes emitteren og samleren. Det er muligt at betragte overgange EB (emitter) og KB (Collector) som almindelige dioder, men overgangen CE (Collector-emitter) har en særlig egenskab. Derfor er det umuligt at fremstille en bipolær transistor fra to separate dioder.
Hvis der påføres en spænding på flere volt mellem kollektoren (-) og emitteren (+) i en transistor af pnp-type, strømmer en meget svag strøm, et par μA, i kredsløbet. Hvis der derefter påføres en lille (åbnings) spænding mellem basen (-) og emitteren (+) - for germanium er den ca. 0,3 V (og for silicium 0,6 V) - vil der strømme en strøm med en vis størrelse fra emitteren til basen.Men da basen er lavet meget tynd, bliver den hurtigt mættet med huller (den "mister" sit overskud af elektroner, der vil gå til emitteren). Da emitteren er kraftigt doteret med hulledning, og rekombinationen af elektroner i den svagt doterede base er lidt forsinket,cirkadet meste af strømmen vil strømme fra emitteren til samleren. Opsamleren er lavet større end emitteren og let dopet, hvilket tillader den at have detcirkalavere nedbrydningsspænding (UPrøve CE> UPrøve EB) Eftersom størstedelen af hullerne rekombineres i opsamleren, opvarmes det også stærkere end de andre elektroder på indretningen.
Mellem kollektor og emitterstrøm er der et forhold:
Typisk ligger a i området 0,85-0,999 og afhænger omvendt af tykkelsen af basen. Denne værdi kaldes emitterens nuværende overførselskoefficient. I praksis bruges ofte det gensidige (også betegnet med h21e):
Dette er basestrømoverførselskoefficienten, en af de vigtigste parametre for en bipolar transistor. Det bestemmer oftere de forbedrende egenskaber i praksis.
PNP-transistoren kaldes den fremadgående ledertransistor. Men der er en anden type transistor, hvis struktur perfekt supplerer pnp i kredsløb.
NPN-transistor
Den bipolære transistor kan have en opsamler med en emitter af N-type materiale. Derefter er basen lavet af P-type materiale. Og i dette tilfælde fungerer npn-transistoren nøjagtigt som pnp, med undtagelse af polaritet - det er en omvendt ledningsevne-transistor.
Siliciumbaserede transistorer undertrykker med deres antal alle andre typer bipolære transistorer. Som donor kan materiale til opsamleren og emitteren fungere som As med et "ekstra" elektron. Teknologien til fremstilling af transistorer har også ændret sig. Nu er de plane, hvilket gør det muligt at bruge litografi og lave integrerede kredsløb. Billedet herunder viser en plan bipolær transistor (som en del af et integreret kredsløb ved høj forstørrelse). I henhold til plan teknologi er både pnp- og npn-transistorer fremstillet, inklusive kraftige. Legering er allerede afbrudt.
Den plane bipolære transistor i sammenhæng med følgende billede (forenklet diagram).
Billedet viser, hvor godt designen af den plane transistor er arrangeret - samleren afkøles effektivt af krystalsubstratet. En plan pnp-transistor fremstilles også.
Konventionelle grafiske betegnelser af en bipolar transistor er vist på det følgende billede.
Disse UGO'er er internationale og gælder også i henhold til GOST 2.730-73.
Transistor switching kredsløb
Normalt bruges en bipolær transistor altid i direkte forbindelse - den modsatte polaritet ved FE-krydset giver intet interessant. For et direkte forbindelsesskema er der tre forbindelsesskemaer: en fælles emitter (OE), en fælles samler (OK) og en fælles base (OB). Alle tre indeslutninger er vist nedenfor. De forklarer kun selve driftsprincippet - under antagelse af, at betjeningspunktet på en eller anden måde er installeret ved hjælp af en ekstra strømkilde eller et ekstra kredsløb. For at åbne en siliciumtransistor (Si) er det nødvendigt at have et potentiale på ~ 0,6 V mellem emitteren og basen, og for et germanium er det nok ~ 0,3 V.
Fælles emitter
Spændingen U1 forårsager en strøm Ib, kollektorstrømmen Ik er lig med basestrømmen ganget med β. I dette tilfælde skal spændingen + E være ganske stor: 5 V-15 V. Dette kredsløb forstærker strømmen og spændingsbrønden, og derfor strømmen. Udgangssignalet er modsat i fase med input (inverteret). Dette bruges i digital teknologi som en funktion af IKKE.
Hvis transistoren ikke fungerer i nøgletilstand, men som en forstærker af små signaler (aktiv eller lineær tilstand), indstilles spændingen U ved at vælge basestrømmen2 lig med E / 2, så udgangssignalet ikke forvrides. En sådan anvendelse anvendes for eksempel til forstærkning af lydsignaler i high-end forstærkere med lav forvrængning og som et resultat lav effektivitet.
Fælles samler
Med hensyn til spænding forstærker OK kredsløbet ikke, her er forstærkningen α ~ 1.Derfor kaldes dette kredsløb en emitterfølger. Strømmen i emitterkredsløbet er β + 1 gange større end i basiskredsløbet. Dette kredsløb forstærker strømmen og har et lavt output og meget høj inputimpedans. (Dette er tid til at huske, at transistoren kaldes en modstandstransformator.)
Emitterfølgeren har egenskaber og driftsparametre, der er meget velegnede til oscilloskopprober. Den bruger sin enorme inputimpedans og lave output, som er god til at matche med et lavimpedanskabel.
Fælles base
Dette kredsløb er kendetegnet ved den laveste inputmodstand, men dets nuværende forstærkning er lig med α. Et almindeligt basiskredsløb forstærker godt i spænding, men ikke i strøm. Dets funktion er eliminering af påvirkningen af feedback på kapacitans (eff. Miller). OB-trin er ideelt egnede som indgangstrin for forstærkere i radiofrekvensstier matchet ved lave modstande på 50 og 75 ohm.
Kaskader med en fælles base er meget udbredt i mikrobølgeteknologi, og deres anvendelse i radioelektronik med en kaskade af emitterfølgere er meget almindelig.
To hovedtilstande
Skeln mellem driftsformer ved hjælp af signalet "lille" og "stort". I det første tilfælde fungerer den bipolære transistor på et lille område med dets egenskaber, og dette bruges i analog teknologi. I sådanne tilfælde er lineariteten af signalforstærkning og lav støj vigtig. Dette er en lineær tilstand.
I det andet tilfælde (nøgletilstand) fungerer den bipolære transistor i hele intervallet - fra mætning til afskæring, som en nøgle. Dette betyder, at hvis du ser på I - V-egenskaberne for pn-krydset, skal du anvende en lille revers spænding mellem basen og emitteren for at låse transistoren fuldstændigt og for at åbne helt, når transistoren går i mætningstilstand, skal du øge basestrømmen lidt sammenlignet med lavsignaltilstanden. Så fungerer transistoren som en pulsafbryder. Denne tilstand bruges til switching og strøm udstyr, den bruges til at skifte strømforsyning. I sådanne tilfælde forsøger de at opnå en kort skiftetid for transistorer.
Digital logik er kendetegnet ved en mellemposition mellem “store” og “små” signaler. Et lavt logisk niveau er begrænset af 10% af forsyningsspændingen og et højt med 90%. Tidsforsinkelser og skift forsøger at reducere til grænsen. Denne driftsform er nøglen, men de søger at minimere effekten her. Ethvert logisk element er en nøgle.
Andre typer transistorer
De allerede beskrevne hovedtyper af transistorer begrænser ikke deres arrangement. Der fremstilles sammensatte transistorer (Darlington-kredsløb). Deres β er meget stor og lig med produktet af koefficienterne for begge transistorer, derfor kaldes de også "superbet" -transistorer.
Elektroteknik har allerede mestret IGBT'er (bipolær port i isoleret gate) med en isoleret port. Porten til felteffekttransistor er faktisk isoleret fra dens kanal. Det er sandt, at der er et spørgsmål om at genoplade dens inputkapacitans under skift, så uden strøm kan det ikke gøre her.
Sådanne transistorer bruges i kraftige strømafbrydere: pulsomformere, invertere osv. Indgangs-IGBT'erne er meget følsomme på grund af felteffekttransistorernes høje portmodstand. Ved udgang - de giver mulighed for at modtage enorme strømme og kan fremstilles til højspænding. For eksempel er der i USA et nyt solkraftværk, hvor sådanne transistorer i et brokredsløb er fyldt med kraftige transformatorer, der overfører energi til et industrielt netværk.
Afslutningsvis bemærker vi, at transistorer i enkle ord er "arbejdshesten" for al moderne elektronik. De bruges overalt: fra elektriske lokomotiver til mobiltelefoner. Enhver moderne computer består af næsten alle transistorer. De fysiske fundament for operationen af transistorer er godt forstået og lover mange flere nye resultater.
Relaterede materialer:
Indlæser...
