Poglejmo skupaj načela tranzistorja

Tranzistorji so aktivne komponente in se uporabljajo povsod v elektronskih vezjih kot ojačevalniki in stikalne naprave. (tranzistorske tipke). Kot ojačevalne naprave se uporabljajo v napravah z visoko in nizko frekvenco, generatorji signalov modulatorji, detektorji in številna druga vezja. V digitalnih vezjih, v impulzni napajalniki in kontrolirani električni pogoni, ki služijo kot ključi.

Bipolarni tranzistorji

To je ime najpogostejšega tipa tranzistorja. Razdeljeni so na npn in pnp. Material za njih je najpogosteje silicij ali germanij. Najprej so bili tranzistorji izdelani iz germanija, vendar so bili zelo občutljivi na temperaturo. Silicijeve naprave so veliko bolj odporne na nihanja in cenejše za izdelavo.

Na spodnji sliki so prikazani različni bipolarni tranzistorji. Naprave z nizko porabo so nameščene v majhnih plastičnih pravokotnih ali kovinskih cilindričnih ohišjih. Imajo tri zaključke: za bazo (B), oddajnik (E) in zbiralec (K). Vsak od njih je povezan z eno od treh plasti silicija s prevodnostjo bodisi n- (prosti elektroni tvorijo tok) bodisi p-tipa (tako imenovane pozitivno nabite "luknje" tvorijo tok), katerega sestavlja tranzistorska struktura.

Kako bipolarni tranzistor?

Proučiti je treba principe delovanja tranzistorja, začenši z njegovo napravo. Razmislite o strukturi npn tranzistorja, ki je prikazan na sliki spodaj.

Kot lahko vidite, vsebuje tri plasti: dve s prevodnostjo n-tipa in eno - p-tip. Tip prevodnosti plasti je določen s stopnjo dopiranja s posebnimi nečistočami različnih delov silicijevega kristala. Oddajnik n-tipa je močno dopiran, da dobimo različne proste elektrone kot glavne nosilce toka. Zelo tanka baza p-tipa je rahlo dopirana z nečistočami in ima visoko odpornost, kolektor n-tipa pa je zelo obremenjen, kar mu daje nizko upornost.

Načela delovanja tranzistorja

Najboljši način, da jih spoznamo, je eksperimentalen način. Spodaj je preprosta vezna shema. Uporablja močnostni tranzistor za krmiljenje žarnice. Potrebovali boste tudi baterijo, majhno svetilko iz svetilke približno 4,5 V / 0,3 A, potenciometer v obliki spremenljivi upor (5K) in 470 ohmski upor. Te komponente morajo biti povezane, kot je prikazano na sliki desno od diagrama.

Drsnik potenciometra obrnite v najnižji položaj. S tem se osnovna napetost (med bazo in maso) zmanjša na nič voltov (U _BE = 0). Svetilka ne sveti, kar pomeni odsotnost toka skozi tranzistor.

Če ročico zavrtite iz spodnjega položaja, se U _BE postopoma povečuje. Ko doseže 0,6 V, tok začne teči v bazo tranzistorja in žarnica začne svetiti. Ko se ročica premakne naprej, napetost U _BE ostane pri 0,6 V, vendar se osnovni tok poveča in s tem se poveča tok skozi vezje kolektorja-oddajnik. Če je ročaj premaknjen v zgornji položaj, se bo napetost na dnu rahlo povečala na 0,75 V, vendar se bo tok bistveno povečal in žarnica bo svetila.

In če merite tokove tranzistorja?

Če vklopimo ampermeter med kolektorjem (C) in svetilko (za merjenje I _C ), drugi ampermeter med bazo (B) in potenciometrom (za merjenje I _B ), kot tudi voltmeter med skupno žico in bazo in ponovimo celoten poskus, lahko dobimo nekaj zanimivih podatkov. Če je gumb potenciometra v najnižjem položaju, je U _BE 0 V, kot tudi toki I _C in I _B. Ko se gumb premakne, se te vrednosti povečajo, dokler žarnica ne zasveti, ko so enaki: U _BE = 0,6 V, I _B = 0,8 mA in I _C = 36 mA.

Posledica tega je, da iz tega poskusa dobimo naslednja načela tranzistorskega delovanja: v odsotnosti pozitivne (za npn-tip) pristranske napetosti na osnovi tokov preko njenih terminalov je nič, v prisotnosti napetostnega in baznega toka pa njihove spremembe vplivajo na tok kolektorja-oddajnika.

Kaj se zgodi, ko je vklopljena moč tranzistorja

Med normalnim delovanjem je napetost, ki se nanaša na priključek izhodnega oddajnika, porazdeljena tako, da je osnovni potencial (p-tip) približno 0,6 V višji od izhodnega (n-tipa). V tem primeru se na ta prehod uporabi neposredna napetost, ki se premakne v smeri naprej in je odprta za tok, ki teče od osnove do oddajnika.

Na stičišče baznega zbiralnika se priključi precej višja napetost, potencial kolektorja (n-tip) pa je višji od potenciala baznega (p-tipa). Tako je povratna napetost uporabljena na stičišču in se premakne v nasprotno smer. To vodi v nastanek precej debelega sloja, osiromašenega z elektroni, v kolektorju blizu baze, ko se na tranzistor priključi napajalna napetost. Posledično tok skozi kolektorsko-oddajno vezje ne mine. Porazdelitev nabojev v prehodnih conah npn tranzistorja je prikazana na spodnji sliki.

Kakšna je vloga baznega toka?

Kako narediti našo elektronsko napravo? Načelo tranzistorja je vpliv baznega toka na stanje zaprtega bazno-zbiralnega spoja. Ko je prehod izhodnega oddajnika pristranski v smeri naprej, bo v bazo tekel majhen tok. Tu so njeni nosilci pozitivno nabite luknje. Kombinirani so z elektroni, ki prihajajo iz oddajnika, kar zagotavlja tok I _BE . Ker pa je oddajnik zelo močno dopiran, iz njega v bazo teče veliko več elektronov, kot se lahko poveže z luknjami. To pomeni, da je v bazo velika koncentracija elektronov in večina jih seka in pade v zbiralno plast, osiromašeno z elektroni. Pri tem padejo pod vpliv močnega električnega polja, ki se nanaša na prehod baznega zbiralnika, skozi plast osiromašenih z elektroni in glavni volumen zbiralnika do zaključka.

Spremembe toka, ki teče v bazo, vplivajo na število elektronov, ki jih priteka emiter. Načelo delovanja tranzistorja je torej mogoče dopolniti z naslednjo trditvijo: zelo majhne spremembe baznega toka povzročajo zelo velike spremembe toka, ki teče iz oddajnika v kolektor, tj. nastane ojačanje toka.

Tipi poljskih tranzistorjev

V angleščini so označeni tranzistorji FET - Field Effect, ki se lahko prevedejo kot "tranzistorji s efektom polja". Čeprav je v imenih veliko zmede, so v glavnem dva glavna tipa:

1. S kontrolnim pn-stikalom. V literaturi v angleškem jeziku se imenujejo JFET ali Junction FET, ki se lahko prevede kot »tranzistor z učinkom polja«. V nasprotnem primeru se imenujejo JUGFET ali Junction Unipolar Gate FET.

2. Z izoliranimi vrati (sicer MOS ali MOS tranzistorji). V angleščini se imenujejo IGFET ali Izolirana vrata FET.

Navzven so zelo podobni bipolarni, kar potrjuje spodnjo fotografijo.

FET naprava

Vse poljske tranzistorje lahko imenujemo UNIPOLAR naprave, ker so nosilci naboja, ki tvorijo tok skozi njih, edini tip za ta tranzistor - bodisi elektroni ali »luknje«, ne pa obeh hkrati. To loči načelo delovanja tranzistorja s efektom polja od bipolarnega tranzistorja, pri katerem se tok istočasno generira pri obeh vrstah nosilcev.

Tok toknih nosilcev v poljskih tranzistorjih s pn krmiljenjem prek silicijevega sloja brez pn križišč, ki se imenuje kanal, z n- ali p-prevodnostjo med dvema terminaloma, imenovanima "izvor" in "odvod" - analogi emitorja in kolektorja natančneje, katoda in anoda vakuumskega trioda. Tretji zatič, vrata (analogna triodna mreža), je pritrjen na silikonski sloj z drugačnim tipom prevodnosti kot kanal za odvod vode. Struktura take naprave je prikazana na spodnji sliki.

Kako deluje tranzistor na polju? Načelo njegovega delovanja je nadzorovanje prereza kanala z uporabo napetosti na prehodu kanala. Vedno se premika v nasprotni smeri, tako da tranzistor praktično ne porabi toka skozi zaporni krog, medtem ko bipolarna naprava potrebuje določen osnovni tok za delovanje. Ko se vhodna napetost spremeni, se lahko območje vrat razširi in blokira odvodni kanal do popolnega zaprtja, s čimer se nadzoruje tok odtoka.