Η συσκευή και η λειτουργία του διπολικού τρανζίστορ

Ένα τρανζίστορ είναι μια ενεργή συσκευή ημιαγωγών, με τη βοήθεια της οποίας πραγματοποιείται η ενίσχυση, η μετατροπή και η παραγωγή ηλεκτρικών ταλαντώσεων. Μια τέτοια εφαρμογή του τρανζίστορ μπορεί να παρατηρηθεί στην αναλογική τεχνολογία. Εκτός από αυτό τρανζίστορ Χρησιμοποιούνται επίσης στην ψηφιακή τεχνολογία, όπου χρησιμοποιούνται σε λειτουργία κλειδιού. Αλλά στον ψηφιακό εξοπλισμό, σχεδόν όλα τα τρανζίστορ είναι "κρυμμένα" μέσα στα ολοκληρωμένα κυκλώματα, σε τεράστιες ποσότητες και σε μικροσκοπικές διαστάσεις.

Εδώ δεν θα σταθούμε πια πάνω στα ηλεκτρόνια, τις τρύπες και τα άτομα, τα οποία είχαν ήδη περιγραφεί στα προηγούμενα μέρη του άρθρου, αλλά ορισμένα από αυτά, αν χρειαστεί, θα πρέπει να θυμηθούμε.

Η δίοδος ημιαγωγού αποτελείται από μία διακλάδωση p-n, οι ιδιότητες της οποίας περιγράφηκαν στο προηγούμενο μέρος του άρθρου. Το τρανζίστορ, όπως γνωρίζετε, αποτελείται από δύο μεταβάσεις, ως εκ τούτου ημιαγωγού διόδου μπορεί να θεωρηθεί ως ο πρόδρομος του τρανζίστορ, ή το μισό του.

Εάν η σύνδεση ρ-η είναι σε ηρεμία, τότε οι οπές και τα ηλεκτρόνια κατανέμονται, όπως φαίνεται στο σχήμα 1, σχηματίζοντας ένα δυναμικό φράγμα. Θα προσπαθήσουμε να μην ξεχνάμε τις συμβάσεις των ηλεκτρονίων, των οπών και των ιόντων που φαίνονται σε αυτό το σχήμα.

Σχήμα 1

Πώς είναι ένα διπολικό τρανζίστορ

Συσκευή διπολικό τρανζίστορ απλή με την πρώτη ματιά. Για να γίνει αυτό, αρκεί να δημιουργηθούν δύο συνδέσεις pn σε μια πλάκα ημιαγωγών, που ονομάζεται βάση. Ορισμένες μέθοδοι για τη δημιουργία μιας διακλάδωσης pn έχουν περιγραφεί. σε προηγούμενα μέρη του άρθρουεπομένως δεν θα επαναλάβουμε εδώ.

Εάν η αγωγιμότητα βάσης είναι τύπου p, τότε το προκύπτον τρανζίστορ θα έχει τη δομή n-p-n (προφέρεται "en-pe-en"). Και όταν μια βάση τύπου ν χρησιμοποιείται ως βάση, τότε έχουμε ένα τρανζίστορ της δομής p-n-p (pe-en-pe).

Μόλις φτάσετε στη βάση, θα πρέπει να δώσετε προσοχή σε αυτό το πράγμα: ο δίσκος ημιαγωγών που χρησιμοποιείται ως βάση είναι πολύ λεπτός, πολύ λεπτότερος από τον εκπομπό και τον συλλέκτη. Αυτή η δήλωση πρέπει να θυμηθεί, διότι θα χρειαστεί στη διαδικασία της εξήγησης της λειτουργίας του τρανζίστορ.

Φυσικά, για να συνδεθεί με τον "έξω κόσμο" από κάθε περιοχή p και n έρχεται έξοδος καλωδίου. Κάθε ένα από αυτά έχει το όνομα της περιοχής στην οποία είναι συνδεδεμένος: πομπός, βάση, συλλέκτης. Ένα τέτοιο τρανζίστορ ονομάζεται διπολικό τρανζίστορ, αφού χρησιμοποιεί δύο τύπους φορέων φορτίου - τρύπες και ηλεκτρόνια. Η σχηματική δομή των τρανζίστορ και των δύο τύπων παρουσιάζεται στο σχήμα 2.

Σχήμα 2

Επί του παρόντος, χρησιμοποιούνται τρανζίστορ πυριτίου σε μεγαλύτερο βαθμό. Τα τρανζίστορ γερμάνιο είναι σχεδόν εντελώς απαρχαιωμένα, αντικαθιστώντας το με πυρίτιο, οπότε η περαιτέρω ιστορία θα είναι γι 'αυτά, αν και μερικές φορές θα αναφερθεί γερμάνιο. Τα περισσότερα τρανζίστορ πυριτίου έχουν μια n-p-n δομή, καθώς αυτή η δομή είναι πιο προηγμένη τεχνολογικά στην παραγωγή.

Συμπληρωματικά ζεύγη τρανζίστορ

Για τα τρανζίστορ γερμάνιο, προφανώς, η δομή p-n-p ήταν πιο τεχνολογικά προηγμένη, επομένως τα τρανζίστορ γερμάνιο για το μεγαλύτερο μέρος είχαν ακριβώς αυτή τη δομή. Αν και, ως τμήμα συμπληρωματικών ζευγών (τρανζίστορ κοντά στις παραμέτρους, που διέφεραν μόνο στον τύπο της αγωγιμότητας), παράγονται επίσης τρανζίστορ γερμανίου διαφορετικής αγωγιμότητας, για παράδειγμα GT402 (p-n-p) και GT404 (n-p-n).

Ένα τέτοιο ζεύγος χρησιμοποιήθηκε ως τρανζίστορ εξόδου σε ULF διαφόρων ραδιοεξοπλισμών. Και αν τα μη σύγχρονα τρανζίστορ γερμάνιο έχουν πέσει στην ιστορία, τότε συμπληρωματικά ζεύγη τρανζίστορ πυριτίου παράγονται ακόμα, αρχίζοντας από τρανζίστορ σε πακέτα SMD και μέχρι ισχυρά τρανζίστορ για τα στάδια εξόδου του ULF.

Με την ευκαιρία, οι ενισχυτές ήχου στα τρανζίστορ γερμάνιου γινόταν αντιληπτοί από τους λάτρεις της μουσικής σχεδόν σαν τους σωλήνες. Λοιπόν, ίσως λίγο χειρότερο, αλλά πολύ καλύτερα από τους ενισχυτές τρανζίστορ πυριτίου. Αυτό είναι μόνο για αναφορά.

Πώς λειτουργεί ένα τρανζίστορ

Για να κατανοήσουμε πώς λειτουργεί το τρανζίστορ, θα πρέπει πάλι να επιστρέψουμε στον κόσμο των ηλεκτρονίων, των τρυπών, των δοτών και των αποδέκτες. Είναι αλήθεια ότι τώρα θα είναι κάπως απλούστερη και ακόμα πιο ενδιαφέρουσα από ότι στα προηγούμενα μέρη του άρθρου. Μια τέτοια παρατήρηση έπρεπε να γίνει για να μην φοβηθεί ο αναγνώστης, να επιτρέψει να διαβάσει όλα αυτά μέχρι το τέλος.

Το σχήμα 3 παραπάνω δείχνει τον υπό όρους χαρακτηρισμό των τρανζίστορ σε ηλεκτρικά κυκλώματα και κάτω από τις συνδέσεις p-n των τρανζίστορ παρουσιάζονται με τη μορφή διόδων ημιαγωγών, οι οποίες περιλαμβάνονται επίσης στην αντίθετη κατεύθυνση. Αυτή η παράσταση είναι πολύ βολική όταν ελέγχετε το τρανζίστορ με ένα πολύμετρο.

Σχήμα 3

Το σχήμα 4 δείχνει την εσωτερική δομή του τρανζίστορ.

Σε αυτό το σχήμα, πρέπει να παραμείνετε λίγο για να το εξετάσετε με περισσότερες λεπτομέρειες.

Σχήμα 4

Τόσο το τρέχον περάσει είτε όχι;

Εδώ φαίνεται πώς συνδέεται η πηγή ισχύος με το τρανζίστορ της δομής n-p-n και είναι σε τέτοια πολικότητα ότι συνδέεται με πραγματικά τρανζίστορ σε πραγματικές συσκευές. Αλλά αν κοιτάξετε προσεκτικά, αποδεικνύεται ότι μέσω δύο συνιστωσών p-n, μέσω δυνητικών φραγμών, το ρεύμα δεν θα περάσει: ανεξάρτητα από το πόσο αλλάζετε την πολικότητα της τάσης, ένας από τους κόμβους θα είναι αναγκαστικά σε μια κλειδωμένη, μη διεξαγόμενη κατάσταση. Για το λόγο αυτό ας αφήσουμε τα πάντα όπως φαίνεται στο σχήμα και να δούμε τι συμβαίνει εκεί.

Μη ελεγχόμενο ρεύμα

Όταν ενεργοποιείτε την τρέχουσα πηγή, όπως φαίνεται στο σχήμα, η μετάβαση βάσης εκπομπής (n-p) είναι ανοιχτή και θα αφήσει εύκολα τα ηλεκτρόνια να περάσουν από αριστερά προς τα δεξιά. Μετά τα οποία τα ηλεκτρόνια θα συγκρουστούν με έναν κλειστό πομπό μεταβατικής βάσης (p-n), ο οποίος θα σταματήσει αυτή την κίνηση, η διαδρομή για τα ηλεκτρόνια θα κλείσει.

Αλλά, όπως πάντα και παντού, υπάρχουν εξαιρέσεις από όλους τους κανόνες: μερικά πολύ ευκίνητα ηλεκτρόνια θα είναι σε θέση να υπερνικήσουν αυτό το φράγμα υπό την επίδραση της θερμοκρασίας. Επομένως, παρόλο που ένα ασήμαντο ρεύμα με μια τέτοια ένταξη θα εξακολουθεί να είναι. Αυτό το μικρό ρεύμα ονομάζεται αρχικό ρεύμα ή ρεύμα κορεσμού. Το τελευταίο όνομα οφείλεται στο γεγονός ότι όλα τα ελεύθερα ηλεκτρόνια που είναι ικανά να ξεπεράσουν το δυναμικό φράγμα σε δεδομένη θερμοκρασία συμμετέχουν στη διαμόρφωση αυτού του ρεύματος.

Το αρχικό ρεύμα είναι ανεξέλεγκτο, είναι διαθέσιμο για οποιοδήποτε τρανζίστορ, αλλά ταυτόχρονα εξαρτάται ελάχιστα από την εξωτερική τάση. Εάν, η τάση, αυξάνεται σημαντικά (εντός εύλογου εύρους που αναφέρεται στους καταλόγους), το αρχικό ρεύμα δεν θα αλλάξει πολύ. Αλλά η θερμική επίδραση σε αυτό το ρεύμα είναι πολύ αισθητή.

Μια περαιτέρω αύξηση της θερμοκρασίας προκαλεί αύξηση του αρχικού ρεύματος, το οποίο με τη σειρά του μπορεί να οδηγήσει σε πρόσθετη θέρμανση της διασταύρωσης pn. Τέτοια θερμική αστάθεια μπορεί να οδηγήσει σε θερμική καταστροφή, καταστροφή του τρανζίστορ. Επομένως, πρέπει να ληφθούν μέτρα για την ψύξη των τρανζίστορ και να μην ασκούνται ακραίες τάσεις σε υψηλές θερμοκρασίες.

Τώρα θυμηθείτε τη βάση

Η συμπερίληψη ενός τρανζίστορ βασανισμού που περιγράφεται παραπάνω δεν εφαρμόζεται σε πρακτικά σχήματα. Συνεπώς, το Σχήμα 5 δείχνει τη σωστή συμπερίληψη του τρανζίστορ. Για να γίνει αυτό, ήταν απαραίτητο να εφαρμοστεί κάποια μικρή τάση στη βάση σε σχέση με τον εκπομπό, και προς την κατεύθυνση προς τα εμπρός (ανάκληση της διόδου και επανεξέταση στο Σχήμα 3).

Σχήμα 5

Αν στην περίπτωση της διόδου, όλα φαίνονται ξεκάθαρα, - το ρεύμα ανοίγει και περνά μέσα από αυτό, τότε συμβαίνουν άλλα γεγονότα στο τρανζίστορ. Κάτω από τη δράση του ρεύματος του εκπομπού, τα ηλεκτρόνια βυθίζονται στη βάση με αγωγιμότητα p από τον πομπό με αγωγιμότητα n. Στην περίπτωση αυτή, μέρος των ηλεκτρονίων θα γεμίσει με οπές που βρίσκονται στην περιοχή βάσης και ένα ασήμαντο ρεύμα ρέει μέσω του τερματικού βάσης - το ρεύμα βάσης Ib. Αυτό είναι όπου πρέπει να θυμόμαστε ότι η βάση είναι λεπτή και υπάρχουν λίγες τρύπες σε αυτό.

Τα υπόλοιπα ηλεκτρόνια, τα οποία δεν είχαν αρκετές οπές στη λεπτή βάση, βυθίζονται στον συλλέκτη και θα εξάγονται από εκεί με το υψηλότερο δυναμικό της μπαταρίας συλλεκτών Ek-e. Κάτω από αυτή την επίδραση, τα ηλεκτρόνια ξεπερνούν το δεύτερο δυναμικό φράγμα και επιστρέφουν στον εκπομπό μέσω της μπαταρίας.

Έτσι, μια μικρή τάση εφαρμοζόμενη στην ένωση βάσης-εκπομπού συμβάλλει στο άνοιγμα της διακλάδωσης βάσης-συλλέκτη προκατειλημμένης στην αντίθετη κατεύθυνση. Στην πραγματικότητα, αυτό είναι το αποτέλεσμα τρανζίστορ.

Απομένει μόνο να εξεταστεί το πώς αυτή η "μικρή τάση" που εφαρμόζεται στη βάση επηρεάζει το ρεύμα του συλλέκτη, ποιες είναι οι τιμές και οι αναλογίες τους. Αλλά για αυτή την ιστορία στο επόμενο μέρος του άρθρου σχετικά με τα τρανζίστορ.

Συνέχεια του άρθρου: Χαρακτηριστικά των διπολικών τρανζίστορ

Μπόρις Αλαντίσκιν