İki kutuplu bir transistör nedir ve özelliği nedir
"Transistör" kelimesi TRANSfer ve rezistör - direnç dönüştürücü sözcüklerinden oluşur. 1950'lerin başında lambaları değiştirdi. Bu, elektronik devrelerde amplifikasyon ve anahtarlama için kullanılan üç pimli bir cihazdır. Sıfat “bipolar” (bipolar bağlantı transistörü) alan etkili transistörlerden (FET) ayırt etmek için kullanılır. İki kutuplu bir transistörün çalışma prensibi, küçük bir akımın kontrol etmesini sağlayan bir bariyer tabakası oluşturan iki p-n eklemini kullanmaktırhakkındaen yüksek akım ile. Bipolar transistör hem kontrollü bir direnç hem de anahtar olarak kullanılır. Transistörler iki tiptir: pnp ve npn.
P-N kavşağı
Germanyum (Ge) ve silikon (Si) yarı iletkenlerdir. Şimdi esas olarak silikon kullanılmaktadır. Si ve Ge'nin değeri 4'tür. Bu nedenle, silikonun kristal kafesine (As) pentavalan arsenik eklersek, bir "ekstra" elektron alırız ve üç değerlikli bor (B) eklersek, bir elektron için boş bir yer alırız. İlk durumda elektron veren bir “verici” malzemeden, ikinci durumda elektron alan bir “alıcı” malzemeden bahsediyorlar. Ayrıca, ilk malzeme türüne N (negatif) ve ikincisi - P (pozitif) denir.
P ve N tipi malzemeler temas ettirilirse, aralarında bir akım ortaya çıkar ve yük taşıyıcıların - elektronların ve boş alanların (“delikler”) konsantrasyonunun küçük olduğu, tükenmiş bir bölge ile dinamik bir denge kurulacaktır. Bu katman tek taraflı iletkenliğe sahiptir ve diyot adı verilen bir cihaz için temel görevi görür. Malzemelerin doğrudan teması kalitatif bir geçiş yaratmayacaktır; katkı maddelerinin bir vakumda bir kristale alaşımlanması (difüzyonu) veya "tıkanması" gereklidir.
PNP transistör
İlk kez, indiyum damlacıklarının bir germanyum kristaline (n-tipi malzeme) eritilmesiyle iki kutuplu bir transistör yapıldı. İndiyum (In) üç değerlikli metal, p tipi bir malzemedir. Bu nedenle, böyle bir transistöre bir p-n-p (veya pnp) yapısına sahip olan diffüz (alaşımlı) adı verildi. Aşağıdaki şekilde iki kutuplu transistör 1965 yılında üretilmiştir. Gövdesi netlik için kesilmiştir.
Merkezdeki germanyum kristaline baz denir ve içine erimiş indiyum damlacıklarına yayıcı ve toplayıcı denir. EB (verici) ve KB (toplayıcı) geçişlerini sıradan diyotlar olarak düşünmek mümkündür, ancak geçiş CE (toplayıcı-verici) özel bir özelliğe sahiptir. Bu nedenle, iki ayrı diyottan iki kutuplu bir transistör üretmek imkansızdır.
Pnp tipi bir transistördeki toplayıcı (-) ile verici (+) arasına birkaç voltluk bir voltaj uygulanırsa, devrede çok zayıf bir akım, birkaç μA akacaktır. Daha sonra taban (-) ve verici (+) arasına küçük bir (açma) voltaj uygulanırsa - germanyum için yaklaşık 0.3 V'dir (ve silikon 0.6 V için) - o zaman yayıcıdan tabana bir miktar akım akar.Ancak taban çok ince yapıldığından, hızla deliklerle doyurulur (yayıcıya gidecek fazla elektronunu “kaybeder”. Verici, delik iletkenliği ile ağır şekilde katıldığı ve zayıf katkılı bir bazda elektron rekombinasyonu biraz gecikir,hakkındaakımın çoğu yayıcıdan toplayıcıya akacaktır. Toplayıcı yayıcıdan daha büyük yapılır ve hafifçe katlanır, bu dahakkındadüşük arıza gerilimi (UÖrnek CE> UÖrnek EB). Ayrıca, deliklerin büyük kısmı toplayıcıda yeniden birleştiğinden, cihazın diğer elektrotlarından daha güçlü ısınır.
Toplayıcı ve yayıcı akımı arasında bir oran vardır:
Tipik olarak a, 0.85-0.999 aralığında yer alır ve tersine tabanın kalınlığına bağlıdır. Bu değere yayıcı akım aktarım katsayısı denir. Uygulamada, karşılıklılık sıklıkla kullanılır (ayrıca h ile gösterilir)21e):
Bu, bipolar transistörün en önemli parametrelerinden biri olan temel akım aktarım katsayısıdır. Pratikte arttırıcı özellikleri daha sık belirler.
PNP transistörü, ileri iletken transistörü olarak adlandırılır. Ancak, yapısı devrede pnp'yi mükemmel şekilde tamamlayan başka bir transistör türü vardır.
NPN transistör
Bipolar transistörde N tipi malzeme yayan bir toplayıcı bulunabilir. Daha sonra taban P tipi malzemeden yapılır. Ve bu durumda, npn transistörü, polarite hariç, tam olarak pnp gibi çalışır - ters iletkenlik transistörüdür.
Silikon bazlı transistörler diğer tüm bipolar transistör tiplerini sayılarla bastırır. Toplayıcı ve verici için bir verici malzeme olarak, "ekstra" bir elektrona sahip olarak As işlevi görebilir. Transistör üretim teknolojisi de değişti. Şimdi düzlemseldir, bu da litografiyi kullanmayı ve entegre devreler yapmayı mümkün kılar. Aşağıdaki resim düzlemsel bir bipolar transistörü göstermektedir (yüksek büyütmede entegre bir devrenin bir parçası olarak). Düzlemsel teknolojiye göre, güçlü olanlar da dahil olmak üzere hem pnp hem de npn transistörleri üretilir. Alaşım zaten durduruldu.
Aşağıdaki resim bağlamında düzlemsel bipolar transistör (basitleştirilmiş diyagram).
Resim, düzlemsel transistörün tasarımının ne kadar iyi düzenlendiğini gösterir - toplayıcı, kristal substrat tarafından etkili bir şekilde soğutulur. Bir düzlemsel pnp transistörü de üretilmektedir.
İki kutuplu bir transistörün geleneksel grafik gösterimleri aşağıdaki resimde gösterilmektedir.
Bu UGO'lar uluslararasıdır ve GOST 2.730-73 uyarınca da geçerlidir.
Transistör Anahtarlama Devreleri
Genellikle bipolar transistör her zaman doğrudan bağlantıda kullanılır - FE bağlantısındaki ters polarite ilginç bir şey vermez. Doğrudan bağlantı şeması için üç bağlantı şeması vardır: ortak bir verici (OE), ortak bir toplayıcı (OK) ve ortak bir temel (OB). Her üç kapanım aşağıda gösterilmiştir. Sadece çalışma prensibini açıklarlar - çalışma noktasının bir şekilde ek bir güç kaynağı veya yardımcı devre kullanılarak kurulduğunu varsayarlar. Bir silikon transistörü (Si) açmak için, verici ve baz arasında ~ 0.6 V potansiyele sahip olmak gerekir ve bir germanyum için ~ 0.3 V yeterlidir.
Ortak verici
U1 gerilimi bir akım Ib'ye neden olur, kolektör akımı Ik taban akımının β ile çarpımına eşittir. Bu durumda, voltaj + E yeterince büyük olmalıdır: 5 V-15 V. Bu devre akımı ve voltajı ve dolayısıyla gücü yükseltir. Çıkış sinyali fazda girişe zıttır (ters çevrilmiş). Bu dijital teknolojide NOT işlevi olarak kullanılır.
Transistör anahtar modunda çalışmaz, ancak küçük sinyallerin (aktif veya doğrusal mod) bir amplifikatörü olarak çalışırsa, temel akım seçimini kullanarak U voltajı ayarlanır.2 çıkış sinyalinin bozulmaması için E / 2'ye eşittir. Böyle bir uygulama, örneğin, düşük bozulmaya ve sonuç olarak düşük verimliliğe sahip üst uç amplifikatörlerde ses sinyallerinin yükseltilmesinde kullanılır.
Ortak koleksiyoncu
Voltaj açısından, OK devresi yükselmez, burada kazanç α ~ 1'dir.Bu nedenle, bu devreye verici takipçisi denir. Verici devresindeki akım, baz devresinden β + 1 kat daha fazladır. Bu devre akım kuyusunu güçlendirir ve düşük çıkışa ve çok yüksek giriş empedansına sahiptir. (Bu, transistöre direnç transformatörü denildiğini hatırlamanın zamanıdır.)
Yayıcı takipçisi, osiloskop probları için çok uygun özelliklere ve çalışma parametrelerine sahiptir. Düşük empedanslı bir kabloyla eşleştirmek için iyi olan büyük giriş empedansı ve düşük çıkışını kullanır.
Ortak taban
Bu devre en düşük giriş direnci ile karakterize edilir, ancak akım kazancı α'ya eşittir. Ortak bir temel devre gerilimi iyi yükseltir, ancak gücü güçlendirmez. Özelliği, geri beslemenin kapasitans üzerindeki etkisinin ortadan kaldırılmasıdır (eff. Miller). OB'li kaskadlar, 50 ve 75 Ohm'luk düşük dirençlerde eşleşen radyo frekans yollarındaki amplifikatörlerin giriş aşamaları için idealdir.
Ortak bir tabana sahip kaskadlar mikrodalga teknolojisinde çok yaygın olarak kullanılmaktadır ve radyo elektroniklerinde bir dizi yayıcı takipçisi ile kullanımları çok yaygındır.
İki ana çalışma modu
"Küçük" ve "büyük" sinyali kullanarak çalışma modları arasında ayrım yapın. İlk durumda, bipolar transistör özelliklerinin küçük bir alanında çalışır ve bu analog teknolojide kullanılır. Bu gibi durumlarda, sinyal amplifikasyonu ve düşük gürültünün doğrusallığı önemlidir. Bu doğrusal bir moddur.
İkinci durumda (anahtar modu), bipolar transistör, bir anahtar gibi doygunluktan kesime kadar tüm aralıkta çalışır. Bu, pn kavşağının I - V özelliklerine bakarsanız, transistörü tamamen kilitlemek ve transistör doygunluk moduna geçtiğinde tamamen açmak için baz ve verici arasında küçük bir ters voltaj uygulamanız gerektiği anlamına gelir, düşük sinyal moduna kıyasla baz akımını hafifçe arttırın. Sonra transistör bir darbe anahtarı gibi çalışır. Bu mod anahtarlama ve güç cihazlarında kullanılır, güç kaynaklarının anahtarlanması için kullanılır. Bu gibi durumlarda, transistörlerin kısa bir anahtarlama süresini elde etmeye çalışırlar.
Dijital mantık, “büyük” ve “küçük” sinyaller arasında bir ara konum ile karakterizedir. Düşük bir mantık seviyesi, besleme voltajının% 10'u ve yüksek bir mantık düzeyi% 90 ile sınırlıdır. Zaman gecikmeleri ve anahtarlama, sınıra indirgenmeyi amaçlar. Bu çalışma modu anahtardır, ancak burada gücü en aza indirmeye çalışırlar. Herhangi bir mantıksal öğe bir anahtardır.
Diğer transistör türleri
Daha önce açıklanan ana transistör tipleri, düzenlemelerini sınırlamaz. Kompozit transistörler üretilir (Darlington devresi). Β değerleri çok büyüktür ve her iki transistörün katsayılarının çarpımına eşittir, bu nedenle bunlara “superbet” transistörleri de denir.
Elektrik mühendisliği, IGBT'lere (yalıtılmış kapı iki kutuplu transistörü), izole edilmiş bir kapıya hakim olmuştur. Alan etkisi transistörünün kapısı gerçekten de kanalından izole edilmiştir. Doğru, anahtarlama sırasında giriş kapasitansını şarj etme sorunu var, bu yüzden akım olmadan burada yapamaz.
Bu transistörler güçlü güç anahtarlarında kullanılır: darbe dönüştürücüler, invertörler, vb. Giriş IGBT'leri, alan etkili transistörlerin yüksek geçit direnci nedeniyle çok hassastır. Çıkışta - büyük akımlar alma fırsatı verir ve yüksek voltaj için üretilebilirler. Örneğin, ABD'de, köprü devresindeki bu tür transistörlerin, endüstriyel ağa enerji aktaran güçlü transformatörlerle yüklendiği yeni bir güneş enerjisi istasyonu vardır.
Sonuç olarak, transistörlerin, basit bir ifadeyle, tüm modern elektroniklerin “beyni” olduğunu belirtiyoruz. Elektrikli lokomotiflerden cep telefonlarına kadar her yerde kullanılırlar. Herhangi bir modern bilgisayar neredeyse tüm transistörlerden oluşur. Transistörlerin çalışmasının fiziksel temelleri iyi anlaşılmıştır ve daha birçok yeni başarı vaat etmektedir.
İlgili malzemeler:
Yükleniyor...
