Het apparaat en de werking van de bipolaire transistor

Een transistor is een actieve halfgeleiderinrichting met behulp waarvan versterking, conversie en opwekking van elektrische oscillaties worden uitgevoerd. Een dergelijke toepassing van de transistor kan worden waargenomen in analoge technologie. Anders dan dat transistors Ze worden ook gebruikt in digitale technologie, waar ze worden gebruikt in de toetsmodus. Maar in digitale apparatuur zijn bijna alle transistoren "verborgen" in geïntegreerde schakelingen, en in enorme hoeveelheden en in microscopische groottes.

Hier zullen we niet te veel stilstaan ​​bij de elektronen, gaten en atomen, die al in de vorige delen van het artikel werden beschreven, maar een deel hiervan, indien nodig, moet nog worden onthouden.

De halfgeleiderdiode bestaat uit één p-n-overgang, waarvan de eigenschappen werden beschreven in het vorige deel van het artikel. De transistor bestaat, zoals u weet, daarom uit twee overgangen halfgeleiderdiode kan worden beschouwd als de voorloper van de transistor, of de helft ervan.

Als de p-n-overgang in rust is, worden de gaten en elektronen verdeeld, zoals weergegeven in figuur 1, waardoor een potentiële barrière wordt gevormd. We zullen proberen de conventies van elektronen, gaten en ionen in deze figuur niet te vergeten.

Figuur 1

Hoe is een bipolaire transistor

inrichting bipolaire transistor eenvoudig op het eerste gezicht. Om dit te doen, volstaat het om twee pn-overgangen te maken op één halfgeleiderplaat, de basis genoemd. Enkele methoden voor het maken van een pn-overgang zijn beschreven. in vorige delen van het artikeldaarom zullen we hier niet herhalen.

Als de basisgeleidbaarheid van het type p is, heeft de resulterende transistor de structuur n-p-n (uitgesproken als "en-pe-en"). En wanneer een n-type plaat als basis wordt gebruikt, krijgen we een transistor van de p-n-p-structuur (pe-en-pe).

Zodra het op de basis kwam, moet je hier op letten: de halfgeleiderwafer die als basis wordt gebruikt, is erg dun, veel dunner dan de emitter en collector. Deze verklaring moet worden onthouden, omdat deze nodig zal zijn bij het uitleggen van de werking van de transistor.

Uiteraard komt draaduitgang om verbinding te maken met de "buitenwereld" vanuit elke regio p en n. Elk van hen heeft de naam van het gebied waarop het is aangesloten: zender, basis, verzamelaar. Een dergelijke transistor wordt een bipolaire transistor genoemd, omdat deze twee soorten ladingsdragers gebruikt - gaten en elektronen. De schematische structuur van transistors van beide typen is weergegeven in figuur 2.

Figuur 2

Momenteel worden siliciumtransistoren in grotere mate gebruikt. Germanium-transistors zijn bijna volledig verouderd en worden vervangen door silicium, dus het verdere verhaal zal over hen gaan, hoewel germanium soms zal worden vermeld. De meeste siliciumtransistoren hebben een n-p-n-structuur, omdat deze structuur technologisch geavanceerder is in productie.

Complementaire paren transistoren

Voor germanium-transistoren was de p-n-p-structuur blijkbaar technologisch geavanceerder, dus hadden germanium-transistoren voor het grootste deel precies deze structuur. Hoewel, als onderdeel van complementaire paren (transistoren dicht bij parameters, die alleen verschilden in het type geleidbaarheid), ook germanium-transistoren met verschillende geleidbaarheid werden geproduceerd, bijvoorbeeld GT402 (p-n-p) en GT404 (n-p-n).

Een dergelijk paar werd gebruikt als uitgangstransistors in ULF van verschillende radioapparatuur. En als niet-moderne germaniumtransistoren de geschiedenis in zijn gegaan, worden er nog steeds complementaire paren siliciumtransistoren geproduceerd, variërend van transistoren in SMD-pakketten tot krachtige transistoren voor uitgangstrappen van ULF.

Trouwens, geluidsversterkers op germanium-transistors werden waargenomen door muziekliefhebbers bijna als buizen. Nou ja, misschien een beetje slechter, maar veel beter dan silicium transistor versterkers. Dit is alleen voor referentie.

Hoe werkt een transistor?

Om te begrijpen hoe de transistor werkt, zullen we opnieuw moeten terugkeren naar de wereld van elektronen, gaten, donoren en acceptoren. Toegegeven, nu zal het iets eenvoudiger en zelfs interessanter zijn dan in de vorige delen van het artikel. Een dergelijke opmerking moest worden gemaakt om de lezer niet bang te maken, om dit alles tot het einde toe te kunnen lezen.

Figuur 3 hierboven toont de voorwaardelijke grafische aanduiding van transistoren op elektrische circuits, en onder p-n-overgangen van transistoren worden gepresenteerd in de vorm van halfgeleiderdioden, die ook in de tegenovergestelde richting zijn opgenomen. Deze weergave is erg handig bij het controleren van de transistor met een multimeter.

Figuur 3

En figuur 4 toont de interne structuur van de transistor.

In deze figuur moet je een beetje blijven hangen om het in meer detail te bekijken.

Figuur 4

Dus zal de huidige pas of niet?

Hier wordt getoond hoe de stroombron is verbonden met de transistor van de n-p-n-structuur, en het is in een zodanige polariteit dat het is verbonden met echte transistors in echte apparaten. Maar als je goed kijkt, blijkt dat via twee p-n-kruispunten, via twee potentiële barrières, de stroom niet zal passeren: het maakt niet uit hoe je de polariteit van de spanning verandert, een van de kruispunten zal noodzakelijkerwijs in een vergrendelde, niet-geleidende toestand zijn. Laten we nu alles laten zoals in de afbeelding wordt getoond en kijken wat daar gebeurt.

Ongecontroleerde stroom

Wanneer u de huidige bron inschakelt, zoals weergegeven in de afbeelding, bevindt de transitie van de emitter-basis (n-p) zich in de open toestand en laat deze gemakkelijk elektronen door in de richting van links naar rechts. Waarna de elektronen zullen botsen met een gesloten transitie basisemitter (p-n), die deze beweging zal stoppen, zal het pad voor elektronen worden gesloten.

Maar, zoals altijd en overal, zijn er uitzonderingen op alle regels: sommige zeer wendbare elektronen zullen deze barrière kunnen overwinnen onder invloed van temperatuur. Daarom, hoewel een onbeduidende stroom met een dergelijke opname nog steeds zal zijn. Deze kleine stroom wordt de initiële stroom of verzadigingsstroom genoemd. De achternaam is te wijten aan het feit dat alle vrije elektronen die in staat zijn om de potentiële barrière bij een bepaalde temperatuur te overwinnen, deelnemen aan de vorming van deze stroom.

De initiële stroom is niet controleerbaar, deze is beschikbaar voor elke transistor, maar is tegelijkertijd weinig afhankelijk van externe spanning. Als het de spanning aanzienlijk verhoogt (binnen het redelijke bereik dat in de mappen wordt aangegeven), zal de startstroom niet veel veranderen. Maar het thermische effect op deze stroom is zeer merkbaar.

Een verdere temperatuurstijging veroorzaakt een toename van de initiële stroom, wat op zijn beurt kan leiden tot extra verwarming van de pn-overgang. Dergelijke thermische instabiliteit kan leiden tot thermische afbraak, vernietiging van de transistor. Daarom moeten maatregelen worden genomen om de transistoren te koelen en oefenen geen extreme spanningen uit bij verhoogde temperaturen.

Onthoud nu de basis

Het opnemen van een hierboven beschreven bungelende transistor wordt nergens toegepast in praktische schema's. Daarom toont figuur 5 de correcte opname van de transistor. Om dit te doen, was het noodzakelijk om een ​​kleine spanning op de basis aan te leggen ten opzichte van de zender en in de voorwaartse richting (roep de diode op en kijk opnieuw naar figuur 3).

Figuur 5

Als in het geval van de diode alles duidelijk lijkt, - de stroom is geopend en er doorheen is gegaan, dan gebeuren er andere gebeurtenissen in de transistor. Onder invloed van de emitterstroom snellen de elektronen naar de basis met geleidbaarheid p van de emitter met geleidbaarheid n. In dit geval vult een deel van de elektronen gaten in het basisgebied en stroomt een onbeduidende stroom door de basisterminal - basisstroom Ib. Hier moet worden bedacht dat de basis dun is en dat er weinig gaten in zitten.

De resterende elektronen, die niet genoeg gaten in de dunne basis hadden, stromen de collector binnen en zullen daaruit worden onttrokken door het hogere potentieel van de Ek-e-collectorbatterij. Onder deze invloed zullen de elektronen de tweede potentiële barrière overwinnen en via de batterij terugkeren naar de emitter.

Aldus draagt ​​een kleine spanning die wordt aangelegd op de basis-emitterovergang bij aan het openen van de basis-collectorverbinding voorgespannen in de tegenovergestelde richting. Dit is eigenlijk het transistoreffect.

Het blijft alleen om te overwegen hoe deze "kleine spanning" op de basis de collectorstroom beïnvloedt, wat zijn hun waarden en verhoudingen. Maar over dit verhaal in het volgende deel van het artikel over transistoren.

Vervolg van het artikel: Kenmerken van bipolaire transistoren

Boris Aladyshkin