Bipolinio tranzistoriaus įtaisas ir veikimas

Tranzistorius yra aktyvus puslaidininkinis įtaisas, kurio pagalba atliekamas stiprinimas, konvertavimas ir elektros virpesių generavimas. Tokį tranzistoriaus pritaikymą galima pastebėti analoginėje technologijoje. Išskyrus tai tranzistoriai Jie taip pat naudojami skaitmeninėse technologijose, kur jie naudojami raktų režimu. Tačiau skaitmeninėje įrangoje beveik visi tranzistoriai yra „paslėpti“ integruotų schemų viduje, dideliais kiekiais ir mikroskopiniais dydžiais.

Čia mes per daug nesigilinsime į elektronus, skyles ir atomus, kurie jau buvo aprašyti ankstesnėse straipsnio dalyse, tačiau kai kuriuos iš jų, jei reikės, vis tiek turėsime atsiminti.

Puslaidininkinis diodas susideda iš vienos p-n sankryžos, kurios savybės buvo aprašytos ankstesnėje straipsnio dalyje. Taigi tranzistorius, kaip žinote, susideda iš dviejų perėjimų puslaidininkinis diodas gali būti laikomas tranzistoriaus pirmtaku arba jo puse.

Jei p-n sankryža yra ramybėje, skylės ir elektronai pasiskirsto, kaip parodyta 1 paveiksle, sudarydami potencialų barjerą. Stengsimės nepamiršti šiame paveiksle parodytų elektronų, skylių ir jonų konvencijų.

1 pav

Kaip yra bipolinis tranzistorius

Įrenginys bipolinis tranzistorius iš pirmo žvilgsnio paprastas. Norėdami tai padaryti, pakanka sukurti dvi pn sankryžas vienoje puslaidininkio plokštėje, vadinamoje pagrindu. Aprašyti kai kurie pn sandūros sukūrimo metodai. ankstesnėse straipsnio dalysetodėl čia nekartosime.

Jei bazinis laidumas yra p tipo, tada gautas tranzistorius turės n-p-n struktūrą (tariamą „en-pe-en“). Ir kai kaip pagrindas naudojama n tipo plokštė, tada gauname p-n-p struktūros tranzistorių (pe-en-pe).

Kai tik jis pateko į pagrindą, turėtumėte atkreipti dėmesį į šį dalyką: puslaidininkinis vaflis, naudojamas kaip pagrindas, yra labai plonas, daug plonesnis už emiterį ir kolektorių. Šį teiginį reikėtų atsiminti, nes jis bus reikalingas paaiškinant tranzistoriaus veikimą.

Natūralu, kad norint prisijungti prie „išorinio pasaulio“ iš kiekvieno regiono p ir n ateina laido išvestis. Kiekvienas iš jų turi vietovės, prie kurios jis yra prijungtas, pavadinimą: spinduolis, bazė, kolektorius. Toks tranzistorius vadinamas bipoliniu tranzistoriumi, nes jame naudojami dviejų rūšių krūvio nešėjai - skylės ir elektronai. Abiejų tipų tranzistorių schema parodyta 2 paveiksle.

2 pav

Šiuo metu silicio tranzistoriai naudojami plačiau. Germanio tranzistoriai yra beveik visiškai pasenę, jie yra pakeisti siliciu, todėl tolimesnė istorija bus apie juos, nors germanis kartais bus minimas. Daugumos silicio tranzistorių struktūra yra n-p-n, nes gamyboje ši struktūra yra labiau pažengusi technologijoje.

Papildomos tranzistorių poros

Germanio tranzistoriams, matyt, p-n-p struktūra buvo labiau pažengusi technologijoje, todėl germanio tranzistoriai didžiąja dalimi turėjo būtent tokią struktūrą. Nors kaip papildomų porų dalis (tranzistoriai artimi parametrais, kurie skyrėsi tik pagal laidumo tipą), taip pat buvo gaminami skirtingo laidumo germanio tranzistoriai, pavyzdžiui, GT402 (p-n-p) ir GT404 (n-p-n).

Tokia pora buvo naudojama kaip išėjimo tranzistoriai įvairios radijo įrangos ULF. Ir jei nemodernūs germanio tranzistoriai perėjo į istoriją, tada vis dar gaminamos papildomos silicio tranzistorių poros, pradedant tranzistoriais SMD paketuose ir baigiant galingais tranzistoriais ULF išėjimo stadijoms.

Beje, garso stiprintuvus ant germanio tranzistorių muzikos mėgėjai suvokė beveik kaip vamzdelius. Na, gal šiek tiek prasčiau, bet daug geriau nei silicio tranzistorių stiprintuvai. Tai tik nuoroda.

Kaip veikia tranzistorius

Norėdami suprasti, kaip veikia tranzistorius, mes vėl turėsime grįžti į elektronų, skylių, donorų ir akceptorių pasaulį. Tiesa, dabar jis bus šiek tiek paprastesnis ir net įdomesnis nei ankstesnėse straipsnio dalyse. Tokia pastaba turėjo būti pareikšta, kad neišgąsdintų skaitytojo, leistų visa tai perskaityti iki galo.

Aukščiau esančiame 3 paveiksle parodytas tranzistorių sąlyginis grafinis žymėjimas elektros grandinėse, o žemiau tranzistorių p-n jungtys pateiktos puslaidininkinių diodų pavidalu, kurie taip pat įeina priešinga kryptimi. Šis vaizdas yra labai patogus, kai tranzistorius tikrinamas naudojant multimetrą.

3 pav

Ir 4 pav. Parodyta tranzistoriaus vidinė struktūra.

Šiame paveikslėlyje jūs turite šiek tiek pasilikti, kad galėtumėte išsamiau apsvarstyti.

4 pav

Taigi ar dabartinis praeis, ar ne?

Čia parodyta, kaip energijos šaltinis yra prijungtas prie n-p-n struktūros tranzistoriaus, o esant tokiam poliškumui jis yra prijungtas prie realių tranzistorių realiuose įrenginiuose. Bet, atidžiau pažvelgus, paaiškėja, kad srovė nepraeis pro dvi p-n sankryžas, per dvi galimas kliūtis: nesvarbu, kaip pakeisite įtampos poliškumą, viena iš sankryžų būtinai bus užrakintoje, neveikiančioje būsenoje. Taigi dabar palikime viską, kaip parodyta paveikslėlyje, ir pažiūrėkime, kas ten atsitiks.

Nekontroliuojama srovė

Kai įjungiate dabartinį šaltinį, kaip parodyta paveikslėlyje, emiterio ir bazės (n-p) perėjimas yra atviroje būsenoje ir lengvai praeis elektronus kryptimi iš kairės į dešinę. Po to elektronai susidurs su uždaru pereinamuoju bazės emiteriu (p-n), kuris sustabdys šį judėjimą, elektronų kelias bus uždarytas.

Tačiau, kaip visada ir visur, visoms taisyklėms yra išimčių: kai kurie labai veržlūs elektronai sugebės įveikti šią kliūtį veikiami temperatūros. Taigi, nors ir nereikšminga srovė su tokiu įtraukimu vis tiek bus. Ši mažoji srovė vadinama pradine srove arba soties srove. Pastarasis pavadinimas yra dėl to, kad visi laisvieji elektronai, kurie tam tikroje temperatūroje gali įveikti potencialų barjerą, dalyvauja formuojant šią srovę.

Pradinė srovė yra nekontroliuojama, ji yra prieinama bet kuriam tranzistoriui, tačiau tuo pačiu metu ji mažai priklauso nuo išorinės įtampos. Jei ji, įtampa, labai padidėja (per pagrįstą diapazoną, nurodytą kataloguose), pradinė srovė beveik nepasikeis. Bet šiluminis šios srovės poveikis yra labai pastebimas.

Tolesnis temperatūros padidėjimas sukelia pradinės srovės padidėjimą, o tai savo ruožtu gali papildomai šildyti pn sankryžą. Toks šiluminis nestabilumas gali sukelti terminį skilimą, tranzistoriaus sunaikinimą. Todėl reikia imtis priemonių tranzistoriams atvėsinti, o esant aukštai temperatūrai - netaikyti ypatingų įtempių.

Dabar atsiminkite bazę

Aukščiau aprašytas tranzistoriaus įtraukimas į dangų yra niekur netaikomas praktinėse schemose. Todėl 5 paveiksle parodytas teisingas tranzistoriaus įtraukimas. Norėdami tai padaryti, reikėjo šiek tiek įtampa į pagrindą, palyginti su emiteriu, ir į priekį (priminkite diodą ir dar kartą pažiūrėkite į 3 paveikslą).

5 pav

Jei diodo atveju viskas atrodo aišku, - srovė atsidarė ir praėjo pro ją, tada tranzistoriuje įvyksta kiti įvykiai. Veikiant emiterio srovei, elektronai bėga į pagrindą laidumu p nuo emiterio, kurio laidumas n. Tokiu atveju dalis elektronų užpildys skylutes, esančias bazinėje srityje, ir per bazinį gnybtą teka nereikšminga srovė - bazinė srovė Ib. Čia reikia atsiminti, kad pagrindas yra plonas ir jame yra mažai skylių.

Likę elektronai, kuriuose nebuvo pakankamai skylių ploname pagrinde, nubėga į kolektorių ir iš ten bus išgauti didesniu „Ek-e“ kolektoriaus akumuliatoriaus potencialu. Esant tokiai įtakai, elektronai peržengs antrąjį potencialų barjerą ir per bateriją grįš į emiterį.

Taigi maža įtampa, taikoma pagrindinio ir spinduolio jungčiai, padeda atidaryti pagrindo kolektoriaus jungtį, kuri yra šališka priešinga kryptimi. Tiesą sakant, tai yra tranzistoriaus efektas.

Belieka tik apsvarstyti, kaip ši „maža įtampa“, pritaikyta pagrindui, veikia kolektoriaus srovę, kokios yra jų vertės ir santykiai. Bet apie šią istoriją kitoje straipsnio dalyje apie tranzistorius.

Straipsnio tęsinys: Bipolinių tranzistorių charakteristikos

Borisas Aladyshkinas