Bipolaaritransistorin laite ja toiminta

Transistori on aktiivinen puolijohdelaite, jonka avulla suoritetaan vahvistus, muuntaminen ja sähköisten värähtelyjen generointi. Tällainen transistorin käyttö voidaan havaita analogisessa tekniikassa. Muut kuin transistorit Niitä käytetään myös digitaalitekniikassa, jossa niitä käytetään avainmoodissa. Mutta digitaalisissa laitteissa melkein kaikki transistorit ovat “piilotettu” integroituihin piireihin, suurina määrinä ja mikroskooppisina.

Täällä emme astu liikaa elektrooneihin, reikiin ja atomiin, jotka on jo kuvattu artikkelin edellisissä osissa, mutta osa tästä on tarvittaessa muistettava.

Puolijohdediodi koostuu yhdestä p-n-liitoksesta, jonka ominaisuudet on kuvattu artikkelin edellisessä osassa. Transistori, kuten tiedät, koostuu siis kahdesta siirtymästä puolijohdediodi voidaan pitää transistorin tai sen puolison edeltäjänä.

Jos p-n-liitos on levossa, reiät ja elektronit jakautuvat, kuten kuvassa 1 esitetään, muodostaen potentiaalisulun. Yritämme unohtaa tässä kuvassa esitettyjen elektronien, reikien ja ionien järjestelyjä.

Kuvio 1

Kuinka on bipolaarinen transistori

laite bipolaarinen transistori ensi silmäyksellä yksinkertainen. Tämän tekemiseksi riittää, että luodaan kaksi pn-liitosta yhdelle puolijohdelevylle, jota kutsutaan pohjaksi. Joitakin menetelmiä pn-liitoksen luomiseksi on kuvattu. artikkelin aiemmissa osissasiksi emme toista tässä.

Jos kannan johtavuus on tyyppiä p, niin tuloksena olevan transistorin rakenne on n-p-n (lausutaan "en-pe-en"). Ja kun pohjana käytetään n-tyyppistä levyä, niin saadaan p-n-p-rakenteen transistori (pe-en-pe).

Heti kun se tuli alustaan, sinun tulisi kiinnittää huomiota tähän asiaan: Pohjana käytetty puolijohdekiekko on erittäin ohut, paljon ohuempi kuin emitteri ja keräin. Tämä lausunto tulee muistaa, koska sitä tarvitaan transistorin toiminnan selittämisessä.

Luonnollisesti yhteyden muodostamiseksi "ulkomaailmaan" jokaiselta alueelta p ja n tulee johtolähtö. Jokaisella niistä on sen alueen nimi, johon se on kytketty: säteilijä, alusta, keräin. Tällaista transistoria kutsutaan bipolaariseksi transistoriksi, koska se käyttää kahden tyyppisiä varauskantajia - reikiä ja elektroneja. Kummankin tyyppisten transistorien kaavamainen rakenne on esitetty kuvassa 2.

Kuvio 2

Tällä hetkellä piitransistoreita käytetään enemmän. Germaaniumtransistorit ovat melkein täysin vanhentuneita, ja ne korvataan piillä, joten jatko tarina on heistä, vaikka germanium mainitaan joskus. Suurimmalla osalla piitransistoreilla on n-p-n-rakenne, koska tämä rakenne on teknologisesti edistyneempi tuotannossa.

Täydentävät parit transistoreita

Germaniumtransistorien p-n-p-rakenne oli ilmeisesti teknisesti edistyneempi, siksi germaniumtransistoreilla oli suurimmaksi osaksi juuri tämä rakenne. Vaikka osana komplementaarisia pareja (transistorit ovat lähellä parametreja, jotka poikkesivat vain johtavuuden tyypistä), tuotettiin myös germaniumtransistoreita, joilla oli erilainen johtavuus, esimerkiksi GT402 (p-n-p) ja GT404 (n-p-n).

Sellaista paria käytettiin lähtötransistorina erilaisten radiolaitteiden ULF: ssä. Ja jos ei-modernit germaniumtransistorit ovat menneet historiaan, silloin valmistetaan edelleen komplementaarisia piitransistoripareja, alkaen SMD-pakettien transistoreista ja jopa tehokkaisiin transistoreihin ULF: n lähtövaiheissa.

Muuten, germaniumtransistorien äänenvahvistimet olivat musiikin ystävien mielestä melkein kuin putkikanavat. No, ehkä hieman huonompi, mutta paljon parempi kuin piitransistorin vahvistimet. Tämä on vain viitteellinen.

Kuinka transistori toimii?

Ymmärtääksemme, kuinka transistori toimii, meidän on jälleen palattava elektronien, reikien, luovuttajien ja vastaanottajien maailmaan. Totta, nyt se on jonkin verran yksinkertaisempaa ja jopa mielenkiintoisempaa kuin artikkelin edellisissä osissa. Tällainen huomautus oli tehtävä, jotta lukija ei pelästyisi, jotta kaikki luettaisiin loppuun asti.

Kuvio 3 yllä näyttää transistorien ehdollisen graafisen merkinnän sähköisissä piireissä, ja transistorien p-n-liitosten alapuolella on esitetty puolijohdediodien muodossa, jotka sisältyvät myös vastakkaiseen suuntaan. Tämä esitys on erittäin kätevä tarkistettaessa transistoria yleismittarilla.

Kuvio 3

Ja kuvio 4 esittää transistorin sisäistä rakennetta.

Tässä kuviossa sinun on viipyvä vähän harkitaksesi sitä yksityiskohtaisemmin.

Kuvio 4

Joten tuleeko nykyinen pass vai ei?

Tässä näytetään, kuinka virtalähde on kytketty n-p-n-rakenteen transistoriin, ja se on niin polaarinen, että se on kytketty todellisiin transistoreihin oikeissa laitteissa. Mutta jos tarkastellaan tarkkaan, osoittautuu, että kahden p-n-liitoksen, kahden potentiaalisen esteen läpi, virta ei kulje: riippumatta siitä, kuinka muutat jännitteen napaisuutta, yksi risteyksistä on välttämättä lukitussa, johtamattomassa tilassa. Joten nyt jätetään kaikki kuvan osoittamalla tavalla ja katsotaan mitä siellä tapahtuu.

Hallitsematon virta

Kun kytket virran lähteen päälle, kuten kuvassa, emitterin ja base (n-p) -siirto on avoimessa tilassa ja ohittaa helposti elektroneja vasemmalta oikealle suuntaan. Sen jälkeen elektronit törmäävät suljetun siirtymäkantaemitterin (p-n) kanssa, joka pysäyttää tämän liikkeen, elektronien polku suljetaan.

Mutta kuten aina ja kaikkialla, kaikista säännöistä on poikkeuksia: Jotkut erittäin ketterät elektronit pystyvät ylittämään tämän esteen lämpötilan vaikutuksesta. Siksi, vaikka merkityksetön virta tällaisella sisällyttämisellä on edelleen. Tätä pienvirtaa kutsutaan alkuvirtaksi tai kylläisyysvirraksi. Jälkimmäinen nimi johtuu siitä, että kaikki vapaat elektronit, jotka kykenevät ylittämään potentiaalisulun tietyssä lämpötilassa, osallistuvat tämän virran muodostukseen.

Alkuvirta on hallitsematon, sitä on saatavana jokaiselle transistorille, mutta samalla se on vähän riippuvainen ulkoisesta jännitteestä. Jos sitä, jännitettä, nostetaan huomattavasti (hakemistojen osoittamalla kohtuullisella alueella), alkuvirta ei muutu paljon. Mutta lämpövaikutus tähän virtaan on hyvin havaittavissa.

Lämpötilan lisä nousu aiheuttaa alkuvirran nousun, mikä puolestaan ​​voi johtaa pn-liitoksen ylimääräiseen kuumenemiseen. Tällainen terminen epävakaus voi johtaa lämpöhajoamiseen, transistorin tuhoutumiseen. Siksi on ryhdyttävä toimenpiteisiin transistorien jäähdyttämiseksi, äläkä kohdista äärimmäisiä rasituksia korotetuissa lämpötiloissa.

Muista nyt alusta

Edellä kuvattua roikkuvan kanta-transistorin sisällyttämistä ei sovelleta missään käytännön kaavioissa. Siksi kuvio 5 esittää transistorin oikean sisällyttämisen. Tätä varten oli tarpeen kohdistaa pieni jännite pohjaan emitteriin nähden ja eteenpäin (muistaa diodi ja katsoa uudelleen kuvaa 3).

Kuvio 5

Jos diodin tapauksessa kaikki näyttää olevan selvää - virta avasi ja meni sen läpi, niin transistorissa tapahtuu muita tapahtumia. Emitterivirran vaikutuksen alaisena, elektronit ryntävät kantaan johtavuudella p emitteristä, jonka johtavuus on n. Tässä tapauksessa osa elektroneista täyttää kanta-alueella sijaitsevat reiät ja merkityksetön virta kulkee tukiterminaalin läpi - kantavirta Ib. Tässä tulee muistaa, että pohja on ohut ja siinä on vähän reikiä.

Jäljelle jäävät elektronit, joilla ei ollut tarpeeksi reikiä ohuessa pohjassa, kiirehtivät kollektoriin ja ne poistetaan sieltä Ek-e-kollektoripariston suuremmalla potentiaalilla. Tämän vaikutuksen alaisena elektronit ylittävät toisen potentiaaliesteen ja palaavat emitteriin akun kautta.

Siten pieni emitteri, joka on asetettu kanta-emitteriliitäntään, myötävaikuttaa vastakkaisessa suunnassa esijännitetyn kanta-kollektoriliitoksen avaamiseen. Oikeastaan ​​tämä on transistorin vaikutus.

On vain pohdittava, miten tämä kantaan kohdistettu “pieni jännite” vaikuttaa kollektorivirtoon, mitkä ovat niiden arvot ja suhteet. Mutta tästä tarinasta transistoreita käsittelevän artikkelin seuraavassa osassa.

Artikkelin jatko: Bipolaaristen transistorien ominaisuudet

Boris Aladyshkin