Ano ang isang bipolar transistor at kung ano ang tampok nito
Ang salitang "transistor" ay binubuo ng mga salitang TRANSfer at resISTOR - resist converter. Pinalitan niya ang mga lampara noong unang bahagi ng 1950s. Ito ay isang aparato na three-pin na ginagamit para sa pagpapalakas at paglipat sa mga electronic circuit. Ang adjective "bipolar" (bipolar junction transistor) ay nagsisilbi upang makilala mula sa mga epekto ng transistors (FET). Ang prinsipyo ng pagpapatakbo ng isang bipolar transistor ay ang paggamit ng dalawang p-n junctions na bumubuo ng isang hadlang na layer, na nagpapahintulot sa isang maliit na kasalukuyang kontrolintungkol sana may pinakamataas na kasalukuyang. Ang bipolar transistor ay ginagamit pareho bilang isang kinokontrol na pagtutol at bilang isang susi. Ang mga transistor ay may dalawang uri: pnp at npn.
Kantong P-N
Ang Germanium (Ge) at silikon (Si) ay mga semiconductors. Ngayon pangunahing ginagamit ang silikon. Ang valency ng Si at Ge ay apat. Samakatuwid, kung idagdag namin ang pentavalent arsenic sa kristal na sala ng silikon (As), nakakakuha kami ng isang "dagdag" na elektron, at kung nagdagdag kami ng trivalent na boron (B), nakakakuha kami ng isang bakanteng lugar para sa isang elektron. Sa unang kaso, nagsasalita sila ng isang "donor" na materyal na nagbibigay ng mga electron, sa pangalawang kaso nagsasalita sila ng isang "acceptor" na materyal na tumatanggap ng mga electron. Gayundin, ang unang uri ng materyal ay tinatawag na N (negatibo), at ang pangalawa - P (positibo).
Kung ang mga materyales ng mga uri ng P at N ay dadalhin sa pakikipag-ugnay, ang isang kasalukuyang ay lilitaw sa pagitan nila at isang dynamic na balanse ay itatatag sa isang rehiyon ng pag-ubos, kung saan ang konsentrasyon ng mga carrier ng singil - mga electron at bakanteng mga site ("butas") - ay maliit. Ang layer na ito ay may isang panig na conductivity at nagsisilbing batayan para sa isang aparato na tinatawag na isang diode. Ang direktang pakikipag-ugnay sa mga materyales ay hindi lilikha ng isang husay na paglipat; alloying (pagsasabog) o "clogging" ng dopant na mga ions sa isang kristal sa isang vacuum ay kinakailangan.
PNP transistor
Sa kauna-unahang pagkakataon, ang isang bipolar transistor ay ginawa sa pamamagitan ng pagtunaw ng mga patak ng indium sa isang germanium crystal (n-type material). Ang Indium (In) ay isang trivalent metal, p-type na materyal. Samakatuwid, ang tulad ng isang transistor ay tinatawag na nagkakalat (naka-alloy) pagkakaroon ng p-n-p (o pnp) na istraktura. Ang bipolar transistor sa figure sa ibaba ay ginawa noong 1965. Ang katawan nito ay pinutol para sa kalinawan.
Ang germanium crystal sa gitna ay tinatawag na base, at ang indium droplets natunaw sa loob nito ay tinatawag na emitter at collector. Posible na isaalang-alang ang mga paglilipat ng EB (emitter) at KB (kolektor) bilang mga ordinaryong diode, ngunit ang paglilipat ng CE (kolektor-emitter) ay may isang espesyal na pag-aari. Samakatuwid, imposibleng gumawa ng isang bipolar transistor mula sa dalawang magkakahiwalay na diode.
Kung ang isang boltahe ng maraming volts ay inilalapat sa pagitan ng kolektor (-) at ang emitter (+) sa isang pnp type transistor, isang napaka-mahina na kasalukuyang, ilang μA, ay dumadaloy sa circuit. Kung pagkatapos ay ang isang maliit (pagbubukas) boltahe ay inilalapat sa pagitan ng base (-) at ang emitter (+) - para sa germanium ito ay tungkol sa 0.3 V (at para sa silikon 0.6 V) - kung gayon ang isang kasalukuyang ng ilang lakas ay dumadaloy mula sa emitter patungo sa base.Ngunit dahil ang base ay ginawang manipis, mabilis itong mai-saturated sa mga butas ("nawawala" nito ang labis na mga electron na pupunta sa emitter). Dahil ang emitter ay mabigat na doped na may conductivity hole, at sa isang mahina na doped base ang recombination ng elektron ay medyo naantala, pagkatapostungkol sahalos lahat ng kasalukuyang dumadaloy mula sa emitter hanggang sa kolektor. Ang kolektor ay ginawa mas malaki kaysa sa emitter at bahagyang doped, na nagbibigay-daan sa pagkakaroon nitotungkol samas mababang boltahe ng breakdown (UHalimbawang CE> UHalimbawang EB) Gayundin, dahil ang karamihan sa mga butas na muling pagsasaalang-alang sa kolektor, mas kumakain ito ng mas malakas kaysa sa iba pang mga electrodes ng aparato.
Sa pagitan ng kolektor at emitter kasalukuyang mayroong ratio:
Karaniwan, ang α ay namamalagi sa saklaw na 0.85-0.999 at inversely ay nakasalalay sa kapal ng base. Ang halagang ito ay tinatawag na eme kasalukuyang transfer koepisyent. Sa pagsasagawa, ang gantimpala ay madalas na ginagamit (tinutukoy din ng h21e):
Ito ang base kasalukuyang koepisyent ng paglipat, isa sa pinakamahalagang mga parameter ng isang bipolar transistor. Mas madalas itong natutukoy ang pagpapahusay ng mga katangian sa pagsasanay.
Ang PNP transistor ay tinawag na forward conductor transistor. Ngunit may isa pang uri ng transistor, ang istraktura na kung saan perpektong ay umaakma sa pnp sa circuitry.
NPN transistor
Ang bipolar transistor ay maaaring magkaroon ng isang kolektor na may isang emitter ng N-type na materyal. Pagkatapos ang base ay gawa sa materyal na P-type. At sa kasong ito, ang npn transistor ay gumagana nang eksakto tulad ng pnp, maliban sa polaridad - ito ay isang reverse conductivity transistor.
Ang mga transistor na nakabase sa silikon ay pinigilan sa kanilang mga numero ang lahat ng iba pang mga uri ng mga bipolar transistors. Bilang isang donor material para sa kolektor at emitter ay maaaring maglingkod bilang As, pagkakaroon ng isang "dagdag" na elektron. Ang teknolohiya para sa pagmamanupaktura ng transistor ay nagbago din. Ngayon ang mga ito ay planar, na ginagawang posible na gumamit ng lithography at gumawa ng mga integrated circuit. Ang larawan sa ibaba ay nagpapakita ng isang planar bipolar transistor (bilang bahagi ng isang nakapaloob na circuit sa mataas na pagpapalaki). Ayon sa teknolohiya ng planar, ang parehong mga pnp at npn transistor ay gawa, kasama na ang mga makapangyarihang. Hindi na ipinagpaliban ni Alloy.
Ang planar bipolar transistor sa konteksto ng sumusunod na larawan (pinasimple na diagram).
Ipinapakita ng larawan kung gaano kahusay ang disenyo ng planar transistor ay nakaayos - ang kolektor ay epektibong pinalamig ng kristal na substrate. Ang isang planar pnp transistor ay gawa din.
Ang mga maginoo na graphic designations ng isang bipolar transistor ay ipinapakita sa sumusunod na larawan.
Ang mga UGO na ito ay pang-internasyonal, at may bisa din alinsunod sa GOST 2.730-73.
Transistor Lumilipat Circuits
Karaniwan ang isang bipolar transistor ay palaging ginagamit sa direktang koneksyon - ang reverse polarity sa FE junction ay walang nagbibigay kawili-wili. Para sa isang direktang pamamaraan ng koneksyon, mayroong tatlong mga scheme ng koneksyon: isang karaniwang emitter (OE), isang karaniwang kolektor (OK), at isang pangkaraniwang base (OB). Ang lahat ng tatlong mga pagsasama ay ipinapakita sa ibaba. Ipinapaliwanag lamang nila ang prinsipyo ng operasyon mismo - sa pag-aakalang ang operating point ay naka-install kahit papaano gamit ang isang karagdagang mapagkukunan ng kapangyarihan o pandiwang pantulong. Upang mabuksan ang isang transistor ng silikon (Si), kinakailangan na magkaroon ng isang potensyal na ~ 0.6 V sa pagitan ng emitter at base, at para sa isang germanium ay sapat na ~ 0.3 V.
Karaniwang emitter
Ang boltahe U1 ay nagiging sanhi ng isang kasalukuyang Ib, ang kasalukuyang kolektor ay Ik ay katumbas ng base na kasalukuyang pinarami ng β. Sa kasong ito, ang boltahe + E ay dapat na sapat na malaki: 5 V-15 V. Ang circuit na ito ay nagpapalakas ng kasalukuyang at boltahe nang maayos, at samakatuwid, ang lakas. Ang output signal ay kabaligtaran sa phase sa input (baligtad). Ginagamit ito sa digital na teknolohiya bilang isang function ng HINDI.
Kung ang transistor ay hindi gumagana sa key mode, ngunit bilang isang amplifier ng maliit na signal (aktibo o linear mode), kung gayon, gamit ang pagpili ng base kasalukuyang, ang boltahe U ay nakatakda2 katumbas ng E / 2 upang ang output signal ay hindi magulong. Ang ganitong application ay ginagamit, halimbawa, sa pagpapalakas ng mga signal ng audio sa mga high-end na amplifier na may mababang pagbaluktot at, bilang isang resulta, mababang kahusayan.
Karaniwang kolektor
Sa mga tuntunin ng boltahe, ang OK circuit ay hindi palakasin, narito ang pakinabang ay α ~ 1.Samakatuwid, ang circuit na ito ay tinatawag na isang tagasunod ng emitter. Ang kasalukuyang sa circuit ng emitter ay β + 1 beses na mas malaki kaysa sa base circuit. Ang circuit na ito ay nagpapatindi ng kasalukuyang balon at may mababang output at mataas na impedance sa pag-input. (Ito ang oras upang alalahanin na ang transistor ay tinatawag na isang resistensyong pagtutol.)
Ang mga tagasunod ng emitter ay may mga katangian at mga parameter ng operating na angkop para sa mga probet ng oscilloscope. Ginagamit nito ang napakalaking impedance ng input at mababang output, na mabuti para sa pagtutugma sa isang low-impedance cable.
Karaniwang base
Ang circuit na ito ay nailalarawan sa pamamagitan ng pinakamababang paglaban sa pag-input, ngunit ang kasalukuyang pakinabang nito ay katumbas ng α. Ang isang pangkaraniwang circuit ng base ay nagpapalakas nang maayos sa boltahe, ngunit hindi nasa kapangyarihan. Ang tampok nito ay ang pag-aalis ng impluwensya ng puna sa kapasidad (eff Miller). Ang mga yugto ng OB ay may perpektong angkop bilang mga yugto ng input ng mga amplifier sa mga dalas ng dalas ng radyo na naitugma sa mababang resistances ng 50 at 75 Ohms.
Ang mga cascade na may isang pangkaraniwang base ay malawak na ginagamit sa teknolohiya ng microwave at ang kanilang paggamit sa electronics ng radyo na may kaskad ng mga tagasunod ng emitter ay pangkaraniwan.
Dalawang pangunahing mode ng operating
Makakaiba sa pagitan ng mga mode ng operasyon gamit ang "maliit" at "malaki" signal. Sa unang kaso, ang bipolar transistor ay nagpapatakbo sa isang maliit na lugar ng mga katangian nito at ginagamit ito sa teknolohiyang analog. Sa mga nasabing kaso, ang pagkasunud-sunod ng signal amplification at mababang ingay ay mahalaga. Ito ay isang linear mode.
Sa pangalawang kaso (key mode), ang bipolar transistor ay nagpapatakbo sa buong saklaw - mula sa saturation hanggang cut-off, tulad ng isang key. Nangangahulugan ito na kung titingnan mo ang I - V na katangian ng pn junction, dapat kang mag-aplay ng isang maliit na reverse boltahe sa pagitan ng base at emitter upang ganap na i-lock ang transistor, at upang ganap na buksan kapag ang transistor ay pumapasok sa saturation mode, dagdagan ang base kasalukuyang bahagyang, kumpara sa mababang-signal mode. Pagkatapos ang transistor ay gumagana tulad ng isang pulso switch. Ang mode na ito ay ginagamit sa mga aparato ng paglipat at kapangyarihan, ginagamit ito para sa paglipat ng mga suplay ng kuryente. Sa mga ganitong kaso, sinubukan nilang makamit ang isang maikling oras ng paglilipat ng mga transistor.
Ang digital na lohika ay nailalarawan sa pamamagitan ng isang intermediate na posisyon sa pagitan ng mga "malaki" at "maliit" na signal. Ang isang mababang antas ng logic ay limitado ng 10% ng supply boltahe, at isang mataas na isa sa pamamagitan ng 90%. Ang pagkaantala ng oras at paglipat ay naghahanap upang mabawasan hanggang sa limitasyon. Ang mode na ito ng operasyon ay susi, ngunit hinahangad nilang mabawasan ang kapangyarihan dito. Ang anumang elemento ng lohikal ay isang susi.
Iba pang mga uri ng transistors
Ang mga pangunahing uri ng transistor na inilarawan ay hindi limitahan ang kanilang pag-aayos. Ang mga composite transistors ay ginawa (Darlington circuit). Ang kanilang β ay napakalaki at katumbas ng produkto ng mga koepisyent ng parehong mga transistor, samakatuwid tinatawag din silang "superbet" transistors.
Ang elektroniko na engineering ay pinagkadalubhasaan ang mga IGBT (insulated gate bipolar transistor), na may isang nakahiwalay na gate. Ang gate ng transistor na epekto ng bukid ay talagang nakahiwalay sa kanal nito. Totoo, mayroong isang katanungan ng recharging ng input capacitance nito sa panahon ng paglipat, kaya, nang walang kasalukuyang, hindi ito magagawa dito.
Ang ganitong mga transistor ay ginagamit sa mga makapangyarihang switch ng kuryente: pulso converters, inverters, atbp. Ang mga input na IGBT ay napaka-sensitibo dahil sa mataas na resistensya ng gate ng mga transistor na epekto sa larangan. Sa paglabas - binibigyan nila ang pagkakataon na makatanggap ng malaking alon at maaaring makagawa para sa mataas na boltahe. Halimbawa, sa USA mayroong isang bagong istasyon ng solar power, kung saan ang mga naturang transistor sa isang tulay na tulay ay puno ng mga makapangyarihang mga transpormer na naglilipat ng enerhiya sa isang pang-industriya na network.
Sa konklusyon, napapansin natin na ang mga transistor, sa mga simpleng salita, ay ang "workhorse" ng lahat ng mga modernong electronics. Ginagamit ang mga ito sa lahat ng dako: mula sa mga electric locomotives hanggang sa mga mobile phone. Ang anumang modernong computer ay binubuo ng halos lahat ng mga transistor. Ang mga pisikal na pundasyon ng pagpapatakbo ng mga transistor ay mahusay na nauunawaan at nangangako ng maraming higit pang mga bagong nakamit.
Mga kaugnay na materyales:
Naglo-load ...
