A bipoláris tranzisztor eszköze és működése

A tranzisztor egy aktív félvezető eszköz, amelynek segítségével erősítést, átalakítást és elektromos rezgéseket generálnak. A tranzisztor ilyen alkalmazása megfigyelhető analóg technológiában. Ezen kívül tranzisztorok A digitális technológiában is használják, ahol kulcs módban használják. De a digitális berendezésekben szinte az összes tranzisztor „rejtett” az integrált áramkörökben, hatalmas mennyiségben és mikroszkopikus méretben.

Itt nem fogunk sokat lakozni az elektronokon, lyukakon és atomokon, amelyeket a cikk előző részeiben már leírtuk, ám ezeknek néhányat, ha szükséges, mégis emlékezni kell.

A félvezető dióda egy p-n csomópontból áll, amelynek tulajdonságait leírtuk a cikk előző részében. A tranzisztor, amint tudod, két átmenetből áll félvezető dióda a tranzisztor vagy annak felének előfutáraként tekinthető.

Ha a p-n csomópont nyugalomban van, akkor a furatok és az elektronok eloszlanak, az 1. ábrán látható módon, potenciális akadályt képezve. Megpróbáljuk ne felejtsük el az elektronok, lyukak és ionok konvencióit, amelyeket az ábra mutat.

1. ábra

Hogy van egy bipoláris tranzisztor?

eszköz bipoláris tranzisztor első pillantásra egyszerű. Ehhez elegendő két pn-csomópontot létrehozni egy félvezető lemezre, amelyet alapnak neveznek. A pn-csomópont létrehozásának néhány módszerét leírták. a cikk korábbi részeibenezért nem ismételjük meg itt.

Ha az alapvezetõképesség p típusú, akkor a kapott tranzisztor n-p-n struktúrájú ("en-pe-en" -nel ejtik). És amikor egy n típusú lemezt használunk alapként, akkor kapjuk a p-n-p szerkezet tranzisztorát (pe-en-pe).

Amint az alaphoz érkezett, odafigyelnie kell erre a dologra: az alapként használt félvezető ostya nagyon vékony, sokkal vékonyabb, mint az emitter és a kollektor. Ezt az állítást nem szabad elfelejteni, mert erre lesz szükség a tranzisztor működésének magyarázata során.

Természetesen ahhoz, hogy az egyes p és n régiókból csatlakozzunk a "külvilághoz", a vezetékkimenet jön létre. Mindegyiküknek meg kell neveznie annak a területnek a nevét, amelyhez csatlakozik: emitter, alap, kollektor. Egy ilyen tranzisztort bipoláris tranzisztornak hívnak, mivel kétféle töltőhordozót használ - lyukakat és elektronokat. Mindkét típusú tranzisztorok vázlatos felépítését a 2. ábra szemlélteti.

2. ábra

Jelenleg a szilícium-tranzisztorokat nagyobb mértékben használják. A germánium-tranzisztorok szinte teljesen elavultak, és azokat szilícium ülteti be, így a további történet róluk szól, bár a germániumot néha megemlítik. A legtöbb szilícium-tranzisztor n-p-n szerkezetű, mivel ez a szerkezet technológiai szempontból fejlettebb a gyártásban.

Kiegészítő tranzisztorpárok

A germánium-tranzisztorok esetében nyilvánvalóan a p-n-p szerkezete technológiailag fejlettebb volt, ezért a germánium-tranzisztorok nagyrészt pontosan ezt a struktúrát mutatták. Bár a komplementer párok részeként (tranzisztorok közel állnak a paraméterekhez, amelyek csak a vezetőképesség típusában különböznek egymástól), eltérő vezetőképességű germánium-tranzisztorokat is előállítottak, például GT402 (p-n-p) és GT404 (n-p-n).

Egy ilyen párot különféle rádióberendezések ULF kimeneti tranzisztorjaiént használtak. És ha a nem modern germánium-tranzisztorok elmentek a történelemben, akkor továbbra is komplementer szilícium-tranzisztorokat gyártanak, kezdve az SMD csomagokban lévő tranzisztoroktól az erős tranzisztorokig az ULF kimeneti szakaszaiig.

Mellesleg, a germánium-tranzisztorok hangerősítőit a zene szerelmeseinek szinte úgy tekintették, mint a csöveket. Nos, talán egy kicsit rosszabb, de sokkal jobb, mint a szilikon tranzisztoros erősítőknél. Ez csak hivatkozás.

Hogyan működik a tranzisztor?

Annak megértése érdekében, hogyan működik a tranzisztor, ismét vissza kell térnünk az elektronok, lyukak, donorok és elfogadók világába. Igaz, most kissé egyszerűbb és még érdekesebb lesz, mint a cikk előző részeiben. Ilyen megjegyzést kellett tenni annak érdekében, hogy ne ijesztje meg az olvasót, hogy mindez végül elolvasható legyen.

A fenti 3. ábra a tranzisztorok feltételes grafikus ábrázolását mutatja az elektromos áramkörökön, és a tranzisztorok p-n csatlakozásai alatt félvezető diódák vannak bemutatva, amelyek szintén az ellenkező irányba vannak beépítve. Ez a megjelenítés nagyon kényelmes, ha a tranzisztort multiméterrel ellenőrzik.

3. ábra

És a 4. ábra a tranzisztor belső szerkezetét mutatja.

Ebben az ábrában egy kicsit el kell mozdulnia, hogy részletesebben megvizsgálja.

4. ábra

Tehát a jelenlegi átadja, vagy sem?

Itt bemutatjuk, hogy az energiaforrás hogyan kapcsolódik az n-p-n szerkezet tranzisztorához, és olyan polaritásban van, hogy valódi tranzisztorokhoz van csatlakoztatva valódi eszközökben. De ha közelebbről megvizsgáljuk, akkor kiderül, hogy az áram nem halad át két p-n csomóponton, két potenciális akadályon keresztül: függetlenül attól, hogy megváltoztatja a feszültség polaritását, az egyik csomópont szükségszerűen reteszelt, nem vezető állapotban lesz. Tehát most hagyjuk el mindent, amint az ábrán látható, és nézzük meg, mi történik ott.

Nem ellenőrzött áram

Az áramforrás bekapcsolásakor, amint az az ábrán látható, az emitter-bázis (n-p) átmenet nyitott állapotban van, és könnyen átjut az elektronok balról jobbra irányába. Ezután az elektronok ütközik egy zárt átmeneti alapkibocsátóval (p-n), amely megállítja ezt a mozgást, az elektronok útja bezáródik.

De mint mindig és mindenütt, minden szabály alól vannak kivételek: néhány nagyon lendületes elektron képes hőmérséklet hatására legyőzni ezt az akadályt. Ezért, bár egy ilyen beillesztés mellett egy jelentéktelen áram továbbra is fennáll. Ezt a kisebb áramot kezdeti vagy telítési áramnak nevezzük. Az utónév annak a ténynek köszönhető, hogy az összes szabad elektron, amely képes átmenni egy adott hőmérsékleten a potenciális akadályt, részt vesz ennek az áramnak a kialakulásában.

A kezdeti áram ellenőrizhetetlen, bármilyen tranzisztor számára elérhető, de ugyanakkor alig függ a külső feszültségtől. Ha ez, a feszültség, jelentősen megnő (a könyvtárakban megjelölt ésszerű tartományon belül), a kezdeti áram nem változik sokat. De a hőhatás erre az áramra nagyon észrevehető.

A hőmérséklet további emelkedése a kezdeti áram növekedését okozza, ami viszont a pn-csomópont további melegítéséhez vezethet. Az ilyen hőstabilitás hőbomláshoz, a tranzisztor megsemmisüléséhez vezethet. Ezért intézkedéseket kell hozni a tranzisztorok lehűtésére, és ne gyakoroljon szélsőséges feszültségeket magas hőmérsékleten.

Ne felejtsd el az alapot

A fent leírt lógó alapú tranzisztor beépítését a gyakorlati sémákban sehol nem alkalmazzák. Ezért az 5. ábra a tranzisztor helyes beépítését mutatja. Ehhez kicsi feszültséget kellett alkalmazni az alapra az emitterhez viszonyítva, és előre irányba (hívja vissza a diódát, és nézd meg újra a 3. ábrát).

5. ábra

Ha a dióda esetében minden egyértelműnek tűnik, - az áram kinyílt és átment rajta, akkor más események fordulnak elő a tranzisztorban. Az emitteráram hatására az elektronok az n vezetőképességű emitter p vezetőképességével az alaphoz rohannak. Ebben az esetben az elektronok egy része kitölti az alapterületen elhelyezkedő lyukakat, és jelentéktelen áram folyik át az alap terminálon - az Ib bázisáram. Itt kell emlékezni arra, hogy az alap vékony és kevés lyuk van benne.

A fennmaradó elektronok, amelyeknek nem volt elég lyukuk a vékony alapban, becsapódnak a kollektorba, és az Ek-e kollektor akkumulátorának nagyobb potenciálja révén onnan vonják ki őket. Ennek hatására az elektronok legyőzik a második potenciálgátat, és az akkumulátoron keresztül visszatérnek az emitterhez.

Tehát egy kis feszültség, amelyet az alap-kibocsátó csomópontra alkalmaznak, hozzájárul az alap-kollektor csatlakozási helyzetnek az ellenkező irányba előfeszített nyitásához. Valójában ez a tranzisztor hatás.

Csak azt kell megvizsgálni, hogy ez az alapra alkalmazott "kis feszültség" hogyan befolyásolja a kollektor áramát, milyen értékek és arányuk van. De erről a történetről a tranzisztorokról szóló cikk következő részében.

A cikk folytatása: A bipoláris tranzisztorok jellemzői

Boris Aladyshkin