Hva er en bipolar transistor og hva er funksjonen
Ordet "transistor" er sammensatt av ordene TRANSfer and resISTOR - resistensomformer. Han skiftet ut lamper på begynnelsen av 1950-tallet. Dette er en trepinners enhet som brukes til forsterkning og bytte i elektroniske kretsløp. Adjektivet “bipolar” (bipolar veikrysstransistor) brukes for å skille fra felteffekttransistorer (FET). Prinsippet for driften av en bipolar transistor er å bruke to p-n-koblinger som danner et sperresjikt, som lar en liten strøm styreOmmed høyest strøm. Den bipolare transistoren brukes både som en kontrollert motstand og som en nøkkel. Transistorer er av to typer: pnp og npn.
P-N-krysset
Germanium (Ge) og silisium (Si) er halvledere. Nå brukes hovedsakelig silisium. Valens av Si og Ge er fire. Derfor, hvis vi tilfører pentavalent arsen til krystallgitteret av silisium (As), får vi et "ekstra" elektron, og hvis vi legger til trivalent bor (B), får vi et ledig sted for et elektron. I det første tilfellet snakker de om et "donor" -materiale som gir elektroner, i det andre tilfellet snakker de om et "aksepterende" materiale som mottar elektroner. Den første typen materiale kalles også N (negativ), og den andre - P (positiv).
Hvis materialer av P- og N-typer bringes i kontakt, vil det oppstå en strøm mellom dem og en dynamisk likevekt etableres med et utarmet område, hvor konsentrasjonen av ladningsbærere - elektroner og ledige steder ("hull") - er liten. Dette laget har ensidig konduktivitet og fungerer som grunnlag for en enhet som kalles en diode. Direkte kontakt med materialer vil ikke skape en kvalitativ overgang; legering (diffusjon) eller "tilstopping" av dopingmiddel i en krystall i et vakuum er nødvendig.
PNP-transistor
For første gang ble en bipolar transistor laget ved å smelte indiumdråper i et germaniumkrystall (materiale av n-type). Indium (In) er et trivalent metall av p-type. Derfor ble en slik transistor kalt diffus (legert) med en p-n-p (eller pnp) struktur. Den bipolare transistoren på figuren nedenfor ble produsert i 1965. Kroppen er kuttet for klarhet.
Germaniumkrystallen i sentrum kalles basen, og indiumdråpene smeltet inn i den kalles emitteren og samleren. Det er mulig å betrakte overganger EB (emitter) og KB (Collector) som vanlige dioder, men overgangen CE (Collector-emitter) har en spesiell egenskap. Derfor er det umulig å produsere en bipolar transistor fra to separate dioder.
Hvis det påføres en spenning på flere volt mellom kollektoren (-) og emitteren (+) i en transistor av pnp-type, vil det strømme en veldig svak strøm, noen få μA, i kretsen. Hvis det deretter påføres en liten (åpnings) spenning mellom basen (-) og emitteren (+) - for germanium er den omtrent 0,3 V (og for silisium 0,6 V) - vil en strøm av en viss størrelse strømme fra senderen til basen.Men siden basen er laget veldig tynn, vil den raskt bli mettet med hull (den "mister" overskuddet av elektroner som vil gå til senderen). Siden emitteren er sterkt dopet med hullledning, og rekombinasjonen av elektroner i den svakt dopede basen er litt forsinket,Ommesteparten av strømmen vil strømme fra senderen til samleren. Samleren er laget større enn emitteren og litt dopet, noe som gjør at den kan ha detOmnedre nedbrytningsspenning (UEksempel CE> UEksempel på EB). Siden hoveddelen av hullene rekombineres i samleren, blir den mer kraftig oppvarmet enn de andre elektrodene på enheten.
Mellom samler- og emitterstrømmen er det et forhold:
Typisk ligger a i området 0,85-0,999 og avhenger omvendt av tykkelsen på basen. Denne verdien kalles emitterstrømoverføringskoeffisienten. I praksis blir det gjensidige ofte brukt (også betegnet med h21e):
Dette er basestrømoverføringskoeffisienten, en av de viktigste parameterne for en bipolar transistor. Det bestemmer oftere forbedringsegenskapene i praksis.
PNP-transistoren kalles den fremre ledertransistoren. Men det er en annen type transistor, hvis struktur perfekt supplerer pnp i kretsløp.
NPN-transistor
Den bipolare transistoren kan ha en oppsamler med en emitter av N-type materiale. Da er basen laget av P-type materiale. Og i dette tilfellet fungerer npn-transistoren nøyaktig som pnp, med unntak av polaritet - det er en omvendt ledningsevne-transistor.
Silisiumbaserte transistorer undertrykker med sine tall alle andre typer bipolare transistorer. Som giver kan materiale for samleren og emitteren fungere som As, ha et "ekstra" elektron. Teknologien for å produsere transistorer har også endret seg. Nå er de plane, noe som gjør det mulig å bruke litografi og lage integrerte kretsløp. Bildet under viser en plan bipolar transistor (som en del av en integrert krets med høy forstørrelse). I henhold til plan teknologi er både pnp- og npn-transistorer produsert, inkludert kraftige. Legering er allerede avviklet.
Den plane bipolare transistoren i sammenheng med følgende bilde (forenklet diagram).
Bildet viser hvor godt utformingen av den plane transistoren er ordnet - samleren blir effektivt avkjølt av krystallunderlaget. En plan pnp-transistor er også produsert.
Konvensjonelle grafiske betegnelser av en bipolar transistor er vist på bildet nedenfor.
Disse UGO-ene er internasjonale og er også gyldige i samsvar med GOST 2.730-73.
Transistor svitsjekretser
Vanligvis brukes alltid en bipolar transistor i direkte forbindelse - den omvendte polariteten ved FE-overgangen gir ikke noe interessant. For en direkte tilkoblingsplan er det tre tilkoblingsskjemaer: en felles emitter (OE), en felles samler (OK) og en felles base (OB). Alle tre inkluderinger er vist nedenfor. De forklarer bare selve operasjonsprinsippet - forutsatt at operasjonspunktet på en eller annen måte er installert ved hjelp av en ekstra strømkilde eller hjelpekrets. For å åpne en silisiumtransistor (Si) er det nødvendig å ha et potensiale på ~ 0,6 V mellom emitteren og basen, og for et germanium er det nok ~ 0,3 V.
Felles utsender
Spenningen U1 forårsaker en strøm Ib, kollektorstrømmen Ik er lik basestrømmen multiplisert med β. I dette tilfellet bør spenningen + E være ganske stor: 5 V-15 V. Denne kretsen forsterker strømmen og spenningsbrønnen, og derfor strømmen. Utgangssignalet er motsatt i fase fra inngangen (omvendt). Dette brukes i digital teknologi som en funksjon av IKKE.
Hvis transistoren ikke fungerer i nøkkelmodus, men som en forsterker av små signaler (aktiv eller lineær modus), stilles spenningen U med valg av basestrøm2 lik E / 2 slik at utsignalet ikke blir forvrengt. En slik anvendelse brukes for eksempel til å forsterke lydsignaler i high-end forsterkere med lav forvrengning og som et resultat, lav effektivitet.
Felles samler
Når det gjelder spenning, forsterker ikke OK-kretsen, her er forsterkningen α ~ 1.Derfor kalles denne kretsen en emitterfølger. Strømmen i emitterkretsen er β + 1 ganger større enn i basekretsen. Denne kretsen forsterker strømbrønnen og har lav utgang og veldig høy inngangsimpedans. (Dette er tiden å huske at transistoren kalles en motstandstransformator.)
Emitterfølgeren har egenskaper og driftsparametere som er veldig egnet for oscilloskopprober. Den bruker den enorme inngangsimpedansen og den lave effekten, som er bra for å matche med en lavimpedansekabel.
Felles base
Denne kretsen er preget av den laveste inngangsmotstanden, men dens strømforsterkning er lik α. En vanlig basekrets forsterker godt i spenning, men ikke i kraft. Funksjonen er eliminering av påvirkning fra tilbakemelding på kapasitans (eff. Miller). OB-trinn er ideelt egnet som inngangstrinn for forsterkere i radiofrekvensbaner matchet med lave motstander på 50 og 75 ohm.
Kaskader med en felles base er veldig mye brukt i mikrobølgeteknologi, og deres bruk i radioelektronikk med en kaskade av emitterfølgere er veldig vanlig.
To viktigste driftsmodus
Skille mellom driftsformene ved å bruke det "lille" og "store" signalet. I det første tilfellet opererer den bipolare transistoren på et lite område med dens egenskaper, og denne brukes i analog teknologi. I slike tilfeller er lineariteten til signalforsterkning og lav støy viktig. Dette er en lineær modus.
I det andre tilfellet (nøkkelmodus) fungerer den bipolare transistoren i hele rekkevidden - fra metning til avskjæring, som en nøkkel. Dette betyr at hvis du ser på I - V-egenskapene til pn-krysset, bør du bruke en liten revers spenning mellom basen og emitteren for å låse transistoren fullstendig, og for å åpne helt når transistoren går i metningsmodus, må du øke basestrømmen litt, sammenlignet med lavsignalmodus. Da fungerer transistoren som en pulsbryter. Denne modusen brukes i bytte- og strømapparater, den brukes til å bytte strømforsyning. I slike tilfeller prøver de å oppnå en kort koblingstid for transistorene.
Digital logikk er preget av en mellomstilling mellom de “store” og “små” signalene. Et lavt logisk nivå er begrenset av 10% av forsyningsspenningen, og et høyt med 90%. Tidsforsinkelser og bytte søker å redusere til det ytterste. Denne driftsformen er nøkkelen, men de prøver å minimere kraften her. Ethvert logisk element er en nøkkel.
Andre typer transistorer
Hovedtyper av transistorer som allerede er beskrevet, begrenser ikke deres arrangement. Sammensatte transistorer produseres (Darlington circuit). Deres β er veldig stor og lik produktet av koeffisientene til begge transistorer, derfor kalles de også "superbet" -transistorer.
Elektroteknikk har allerede mestret IGBT-er (isolert gate bipolar transistor), med en isolert port. Porten til felteffekttransistoren er faktisk isolert fra kanalen. Det er sant et spørsmål om å lade inn innkapasitansen under veksling, så uten strøm kan den ikke gjøre her.
Slike transistorer brukes i kraftige strømbrytere: pulsomformere, omformere, etc. Inngangs-IGBT-er er veldig følsomme på grunn av den høye portmotstanden til felteffekttransistorer. Ved avkjørsel - de gir muligheten til å motta enorme strømmer og kan produseres for høyspenning. For eksempel er det i USA en ny solkraftstasjon, der slike transistorer i en brokrets er lastet med kraftige transformatorer som overfører energi til et industrielt nettverk.
Avslutningsvis bemerker vi at transistorer, med enkle ord, er "arbeidshesten" for all moderne elektronikk. De brukes overalt: fra elektriske lokomotiver til mobiltelefoner. Enhver moderne datamaskin består av nesten alle transistorer. De fysiske grunnlagene for operasjonen av transistorer er godt forstått og lover mange flere nye prestasjoner.
Relaterte materialer:
Laster inn ...
