Uređaj i rad bipolarnog tranzistora

Tranzistor je aktivni poluvodički uređaj s kojim se vrši pojačanje, pretvaranje i stvaranje električnih oscilacija. Takva primjena tranzistora može se promatrati u analognoj tehnologiji. Osim toga tranzistori Oni se također koriste u digitalnoj tehnologiji, gdje se koriste u načinu rada s tipkama. Ali u digitalnoj opremi gotovo su svi tranzistori "skriveni" unutar integriranih krugova, u ogromnim količinama i u mikroskopskim veličinama.

Ovdje se nećemo previše zadržavati na elektronima, rupama i atomima, koji su već bili opisani u prethodnim dijelovima članka, ali neke ćemo se stvari, ako je potrebno, još uvijek morati zapamtiti.

Poluvodička dioda sastoji se od jednog p-n spajanja, čija su svojstva opisana u prethodnom dijelu članka, Tranzistor se, kao što znate, sastoji od dva prijelaza poluvodička dioda može se smatrati prethodnikom tranzistora, odnosno njegovom polovicom.

Ako je p-n spoj u mirovanju, tada se rupe i elektroni raspodjeljuju, kao što je prikazano na slici 1, tvoreći potencijalnu barijeru. Pokušat ćemo ne zaboraviti konvencije elektrona, rupa i iona prikazanih na ovoj slici.

Slika 1

Kako je bipolarni tranzistor

uređaj bipolarni tranzistor jednostavna na prvi pogled. Da biste to učinili, dovoljno je stvoriti dva pn spajanja na jednoj poluvodičkoj ploči, koja se naziva bazom. Opisane su neke metode za stvaranje pn spajanja. u prethodnim dijelovima člankastoga se ovdje nećemo ponavljati.

Ako je osnovna vodljivost tipa p, tada će rezultirajući tranzistor imati strukturu n-p-n (izgovara se "en-pe-en"). A kad se ploča n-tipa koristi kao baza, tada dobivamo tranzistor p-n-p strukture (pe-en-pe).

Čim dođete do baze, trebali biste obratiti pozornost na ovu stvar: poluvodička vafla koja se koristi kao osnova vrlo je tanka, mnogo tanja od emitera i kolektora. Tu izjavu treba imati na umu, jer će joj biti potrebna u procesu objašnjavanja rada tranzistora.

Prirodno, za povezivanje s "vanjskim svijetom" iz svake regije p i n dolazi do žice. Svaki od njih ima naziv područja na koje je spojen: emiter, baza, sakupljač. Takav tranzistor naziva se bipolarni tranzistor, jer koristi dvije vrste nosača naboja - rupe i elektrone. Shematska struktura tranzistora oba tipa prikazana je na slici 2.

Slika 2

Trenutno se u većoj mjeri koriste silikonski tranzistori. Germanijski tranzistori gotovo su potpuno zastarjeli, zamjenjujući ih silicijom, pa će se daljnja priča baviti o njima, iako će se Germanij ponekad spominjati. Većina tranzistora silicijuma ima n-p-n strukturu, jer je ta struktura tehnološki naprednija u proizvodnji.

Komplementarni parovi tranzistora

Očigledno, za germanijeve tranzistore p-n-p struktura je bila tehnološki naprednija, pa su germanijski tranzistori većim dijelom imali upravo tu strukturu. Iako su, kao dio komplementarnih parova (tranzistori bliski u parametrima, koji su se razlikovali samo po vrsti vodljivosti), također proizvedeni germanijski tranzistori različite vodljivosti, na primjer, GT402 (p-n-p) i GT404 (n-p-n).

Takav par korišten je kao izlazni tranzistor u ULF razne radio opreme. A ako su u povijesti povijesti ušli moderni germanijevi tranzisteri, tada se još uvijek proizvode komplementarni parovi silicijskih tranzistora, u rasponu od tranzistora u SMD paketima pa sve do moćnih tranzistora za izlazne faze ULF-a.

Usput, zvučna pojačala na germanijevim tranzistorima ljubitelji glazbe percipirali su gotovo poput cijevi. Pa, možda malo gore, ali puno bolje od silicijskih tranzistorskih pojačala. Ovo je samo referenca.

Kako djeluje tranzistor

Da bismo shvatili kako tranzistor radi, ponovo ćemo se morati vratiti u svijet elektrona, rupa, donatora i akceptora. Istina, sada će biti nešto jednostavnije, pa čak i zanimljivije nego u prethodnim dijelovima članka. Takvu je napomenu morao učiniti kako ne bi uplašio čitatelja, kako bi mu omogućio da sve ovo pročita do kraja.

Slika 3 gore prikazuje uvjetno grafičko označavanje tranzistora na električnim krugovima, a ispod p-n spojeva tranzistora prikazani su u obliku poluvodičkih dioda koje su također uključene u suprotnom smjeru. Ovaj je prikaz vrlo prikladan kod provjere tranzistora s multimeterom.

Slika 3

A slika 4 prikazuje unutarnju strukturu tranzistora.

Na ovoj slici morate se malo zadržati kako biste je detaljnije razmotrili.

Slika 4

Dakle, proći će trenutni ili ne?

Ovdje je prikazano kako je izvor napajanja spojen na tranzistor n-p-n strukture, a upravo je u takvoj polarnosti spojen na stvarne tranzistore u stvarnim uređajima. Ali, ako pomnije pogledate, ispada da struja neće proći kroz dva p-n priključka, kroz dvije potencijalne barijere: bez obzira na način na koji promijenite polaritet napona, jedan od spojeva nužno će biti u zaključanom, neprovodnom stanju. Dakle, za sada ostavimo sve kako je prikazano na slici i pogledajte što se tamo događa.

Nekontrolirana struja

Kad uključite izvor struje, kao što je prikazano na slici, prijelaz baza-emiter (n-p) je u otvorenom stanju i lako će prolaziti elektrone u smjeru slijeva udesno. Nakon čega će se elektroni sudariti sa zatvorenim prijelaznim osnovnim emiterom (p-n), koji će zaustaviti to kretanje, put za elektrone bit će zatvoren.

Ali, kao i uvijek i svugdje, postoje iznimke od svih pravila: neki vrlo brzi elektroni će ovu barijeru moći prevladati pod utjecajem temperature. Stoga, iako će beznačajna struja s takvim uključivanjem i dalje biti. Ova mala struja naziva se početna struja ili struja zasićenja. Prezime nastaje zbog činjenice da svi slobodni elektroni koji su sposobni prijeći potencijalnu barijeru na određenoj temperaturi sudjeluju u stvaranju ove struje.

Početna struja je nekontrolirana, dostupna je za bilo koji tranzistor, ali istodobno malo ovisi o vanjskom naponu. Ako se napon značajno poveća (unutar razumnog raspona navedenog u direktorijima), početna struja se neće puno promijeniti. Ali toplinski učinak na ovu struju je vrlo uočljiv.

Daljnje povećanje temperature uzrokuje porast početne struje, što zauzvrat može dovesti do dodatnog zagrijavanja pn spoja. Takva toplinska nestabilnost može dovesti do toplinskog sloma, uništenja tranzistora. Stoga treba poduzeti mjere za hlađenje tranzistora, a pri povišenim temperaturama ne primjenjivati ​​ekstremne napone.

Sad se sjetite baze

Uključivanje gore spomenutog tranzistora koji visi, ne primjenjuje se nigdje u praktičnim shemama. Dakle, na slici 5 prikazana je ispravna uključenost tranzistora. Da biste to učinili, bilo je potrebno primijeniti neki mali napon na bazu u odnosu na odašiljač, i to u smjeru prema naprijed (prisjetite se diode, pa opet pogledajte sliku 3).

Slika 5

Ako je u slučaju diode sve izgleda jasno, - struja se otvorila i prošla kroz nju, tada se u tranzistoru događaju drugi događaji. Pod djelovanjem emiterske struje elektroni jure u bazu s vodljivošću p od emiter s vodljivošću n. U ovom će slučaju dio elektrona biti ispunjene rupama smještenim u baznom području i kroz bazni terminal protječe beznačajna struja - bazna struja Ib. Ovdje treba imati na umu da je baza tanka i da u njoj ima malo rupa.

Preostali elektroni, koji nisu imali dovoljno rupa u tankoj podlozi, uskaču u skupljač i odatle će ih izvlačiti veći potencijal Ek-e kolektorske baterije. Pod tim utjecajem, elektroni će svladati drugu potencijalnu barijeru i kroz bateriju će se vratiti u emiter.

Stoga, mali napon primijenjen na spoj baznog emiter doprinosi otvaranju spojnice baznog kolektora pristranog u suprotnom smjeru. Zapravo, ovo je efekt tranzistora.

Ostaje samo razmotriti kako ovaj „mali napon“ primijenjen na bazu utječe na struju kolektora, koje su njihove vrijednosti i omjeri. Ali o ovoj priči u sljedećem dijelu članka o tranzistorima.

Nastavak članka: Karakteristike bipolarnih tranzistora

Boris Aladyskin