Шта је биполарни транзистор и која је његова карактеристика
Реч "транзистор" састоји се од речи ТРАНСфер и отпорник - претварач отпора. Заменио је лампе почетком 1950-их. Ово је тро-пински уређај који се користи за појачавање и пребацивање у електронским круговима. Придев „биполарни“ (биполарни спојни транзистор) служи за разликовање од транзистора са ефектом поља (ФЕТ). Принцип рада биполарног транзистора је употреба два п-н спајања која формирају баријерски слој, који омогућава малој струји да контролишеО томеса највећом струјом. Биполарни транзистор користи се и као контролирани отпор и као кључни. Транзистори су две врсте: пнп и нпн.
П-Н спојница
Германијум (Ге) и силицијум (Си) су полуводичи. Сада се углавном користи силикон. Валенција Си и Ге је четири. Стога, ако додамо пентавалентни арсен у кристалну решетку силицијума (Ас), добићемо „додатни“ електрон, а ако додамо тровалентни бор (Б), добијећемо слободно место за електрон. У првом случају они говоре о материјалу „донора“ који даје електроне, у другом случају они који говоре о „акцепторском“ материјалу који прима електроне. Такође, прва врста материјала назива се Н (негативна), а друга - П (позитивна).
Ако се материјали типа П и Н доведу у додир, настаће струја између њих и успоставиће се динамичка равнотежа са депласираном регијом, где је концентрација носача набоја - електрона и празна места („рупе“) - мала. Овај слој има једнострану проводљивост и служи као основа за уређај зван диода. Директан контакт материјала неће створити квалитативни прелаз; потребно је легирање (дифузија) или „зачепљење“ допант јона у кристал у вакууму.
ПНП транзистор
Први пут је направљен биполарни транзистор топљењем капљица индија у кристал германијума (материјал н-типа). Индијум (Ин) је тровалентни метални материјал п-типа. Стога се такав транзистор звао дифузни (легирани) који има п-н-п (или пнп) структуру. Биполарни транзистор на доњој слици произведен је 1965. године. Тело му је изрезано ради јасноће.
Кристал германијума у средини назива се база, а капљице индија које су се стапале у њему називају се емитер и сакупљач. Прелазе ЕБ (емитер) и КБ (колектор) могу се сматрати обичним диодама, али прелазни ЦЕ (колектор-емитер) има посебно својство. Стога је немогуће произвести биполарни транзистор из две одвојене диоде.
Ако се између колектора (-) и емитера (+) у транзистору пнп типа примени напон од неколико волти, у кругу ће тећи веома слаба струја, неколико µА. Ако је тада мали (напонски) напон примењен између базе (-) и емитора (+) - за германијум је око 0,3 В (а за силицијум 0,6 В) - тада ће струја одређене величине тећи од емитора до базе.Али пошто је база веома танка, брзо ће се засипати рупама („губи“ свој вишак електрона који ће ићи до емитора). Пошто је емитер јако допиран проводном рупом, а рекомбинација електрона у слабо допираном базу је мало одложена, тадаотприликевећина струје ће тећи од емитора до колектора. Колектор је направљен већи од емитер и благо допиран, што му омогућава да имаотприликенижи пробој напона (УУзорак ЦЕ> УУзорак ЕБ) Такође, будући да се већина рупа поново саставља у колектору, он се загрева јаче од осталих електрода уређаја.
Између струје колектора и емитера постоји однос:
Типично, α лежи у опсегу од 0,85-0,999 и обрнуто зависи од дебљине базе. Ова вредност се зове коефицијент преноса струје емитер. У пракси се често користи реципрочно (такође означено са х21е):
Ово је базни коефицијент преноса струје, један од најважнијих параметара биполарног транзистора. Чешће одређује појачавајућа својства у пракси.
ПНП транзистор назива се транзистор предњег проводника. Али постоји и друга врста транзистора, чија структура савршено надопуњује пнп у кола.
НПН транзистор
Биполарни транзистор може имати колектор са емитером материјала Н-типа. Тада је основа направљена од материјала типа П. И у овом случају, нпн транзистор делује тачно као пнп, с изузетком поларности - то је транзистор са реверзном проводљивошћу.
Транзистори на бази силицијума сузбијају својим бројевима све остале врсте биполарних транзистора. Као донатори материјал за сакупљач и емитер могу послужити као Ас, који имају "додатни" електрон. Такође се променила технологија за производњу транзистора. Сада су равни, што омогућава употребу литографије и прављења интегрисаних кола. На слици испод приказан је раван биполарни транзистор (као део интегрисаног кола са великим увећањима). Према планарној технологији производе се и пнп и нпн транзистори, укључујући снажне. Легура је већ обустављена.
Равни биполарни транзистор у контексту следеће слике (поједностављени дијаграм).
На слици се види колико је добро изведен дизајн равнинског транзистора - сакупљач се ефикасно хлади кристалном супстратом. Производи се и равнични пнп транзистор.
Конвенционалне графичке ознаке биполарног транзистора приказане су на следећој слици.
Ови УГО-ови су међународни и такође важе у складу са ГОСТ 2.730-73.
Транзисторска склопна кола
Обично се биполарни транзистор увек користи у директној вези - обрнути поларитет на ФЕ месту не даје ништа занимљиво. За схему директне везе постоје три шеме повезивања: заједнички емитер (ОЕ), заједнички колектор (ОК) и заједничка база (ОБ). Сва три укључења су приказана доле. Објашњавају само принцип самог рада - претпостављајући да је радна тачка некако инсталирана помоћу додатног извора напајања или помоћног круга. Да бисте отворили силиконски транзистор (Си), потребно је да између емитора и базе буде потенцијала око 0,6 В, а за германијум је довољно ~ 0,3 В.
Уобичајени одашиљач
Напон У1 изазива струју Иб, струја колектор Ик једнака је основној струји помноженој са β. У овом случају, напон + Е треба да буде довољно велик: 5 В-15 В. Овај круг добро појачава струју и напон, а самим тим и снагу. Излазни сигнал је фазно супротан улазу (обрнут). Ово се користи у дигиталној технологији као функција НОТ.
Ако транзистор не ради у кључном режиму, већ као појачало малих сигнала (активни или линеарни режим), тада се помоћу одабира базне струје подешава напон У2 једнака Е / 2 тако да излазни сигнал не буде искривљен. Таква апликација се користи, на пример, за појачавање аудио сигнала у појачаним појачавачима са малим изобличењем и, као резултат, ниском ефикасношћу.
Уобичајени колекционар
Што се тиче напона, ОК склоп се не појачава, овде је добитак α ~ 1.Стога се овај круг назива сљедбеник емитора. Струја у кругу емитер је β + 1 пута већа него у основном кругу. Ово коло добро појачава струју и има низак излазни и веома високу улазну импедансу. (Ово је време за памћење да се транзистор назива трансформатор отпора.)
Емитер пратилац има својства и радне параметре који су веома погодни за осцилоскопске сонде. Користи велику улазну импедансу и низак излаз, што је добро за слагање са каблом ниске импеданце.
Заједничка база
Овај круг карактерише најмањи улазни отпор, али његов тренутни добитак једнак је α. Уобичајени основни круг добро појачава напон, али не и снагу. Његова карактеристика је елиминација утицаја повратних информација на капацитивност (еф. Миллер). Каскаде са ОБ су идеално прилагођене као улазне фазе појачала у радио фреквенцијским стазама подударних на ниским отпорима од 50 и 75 Охма.
Каскаде са заједничком базом врло су широко коришћене у микроталасној технологији, а њихова употреба у радио-електроници са каскадом пратилаца емитера је веома честа.
Два главна начина рада
Разликовати између начина рада помоћу сигнала "мали" и "велики". У првом случају, биполарни транзистор делује на малом подручју својих карактеристика и то се користи у аналогној технологији. У таквим је случајевима важна линеарност појачања сигнала и низак ниво буке. Ово је линеарни режим.
У другом случају (кључни режим), биполарни транзистор делује у пуном распону - од засићења до пресечења, попут кључа. То значи да ако погледате И - В карактеристике пн спајања, требало би да примените мали обрнути напон између базе и емитера да бисте потпуно закључали транзистор, а да бисте се потпуно отворили када транзистор пређе у режим засићења, мало повећајте базну струју у поређењу са режимом ниског сигнала. Тада транзистор функционише као импулсни прекидач. Овај режим се користи у склопним и напајачким уређајима, користи се за пребацивање напајања. У таквим случајевима покушавају постићи кратко време укључивања транзистора.
Дигиталну логику карактерише интермедијарни положај између „великих“ и „малих“ сигнала. Низак логички ниво ограничен је на 10% напајања, а високи на 90%. Временско кашњење и пребацивање настоје да смање до крајњих граница. Овај начин рада је кључан, али они овде желе да смање снагу. Сваки логички елемент је кључан.
Остале врсте транзистора
Већ описане главне врсте транзистора не ограничавају њихов распоред. Израђују се композитни транзистори (Дарлингтон-ов круг). Њихов β је врло велик и једнак је производу коефицијената оба транзистора, па их називају и „супербет“ транзистори.
Електротехника је већ савладала ИГБТс (изоловани биполарни транзистор), са изолованом капијом. Капија транзистора са ефектом поља заиста је изолована од његовог канала. Истина, постоји питање поновног пуњења његовог улазног капацитета током пребацивања, тако да без струје овде не може.
Такви транзистори се користе у моћним прекидачима за напајање: претварачима импулса, претварачима итд. Улазни ИГБТ-ови су врло осетљиви због великог отпора капија транзистора са ефектом поља. На излазу - дају могућност примања огромних струја и могу се произвести за високи напон. На пример, у САД постоји нова соларна електрана, где су такви транзистори у мосту повезани са снажним трансформаторима који преносе енергију у индустријску мрежу.
Закључно, напомињемо да су транзистори, једноставним речима, "радни коњ" све модерне електронике. Користе се свуда: од електричних локомотива до мобилних телефона. Сваки модерни рачунар састоји се од скоро свих транзистора. Физички темељи рада транзистора су добро разумети и обећавају још много нових достигнућа.
Сродни материјали:
Учитавање ...
