Różne typy tranzystorów i ich działanie

Ponieważ nasz mózg składa się ze 100 miliardów komórek nazywanych neuronami, które są używane do myślenia i zapamiętywania rzeczy. Podobnie jak komputer ma również miliardy maleńkich komórek mózgowych zwanych tranzystorami. Składa się z ekstraktu pierwiastka chemicznego z piasku zwanego Krzem. Tranzystory radykalnie zmieniają teorię elektroniki, odkąd została zaprojektowana ponad pół wieku wcześniej przez Johna Bardeena, Waltera Brattaina i Williama Shockleya.

Więc powiemy Ci, jak działają lub czym właściwie są?

Co to są tranzystory?

Urządzenia te są wykonane z materiału półprzewodnikowego, który jest powszechnie używany do wzmacniania lub przełączania, może być również używany do kontrolowania przepływu napięcia i prądu. Służy również do wzmacniania sygnałów wejściowych do poziomu sygnału wyjściowego. Tranzystor to zwykle półprzewodnikowe urządzenie elektroniczne, które składa się z materiałów półprzewodnikowych. Elektroniczny obieg prądu można zmienić przez dodanie elektronów. Proces ten powoduje, że zmiany napięcia wpływają proporcjonalnie na wiele zmian prądu wyjściowego, powodując powstanie wzmocnienia. Nie wszystkie, ale większość urządzeń elektronicznych zawiera jeden lub więcej typów tranzystorów. Niektóre z tranzystorów umieszczone pojedynczo lub ogólnie w układach scalonych, które różnią się w zależności od ich zastosowania w stanie.

„Tranzystor to trójnożny element typu owada, który jest umieszczony pojedynczo w niektórych urządzeniach, ale w komputerach jest zapakowany w miliony liczb w małych mikroczipach”

Z czego składa się tranzystor?

Tranzystor składa się z trzech warstw półprzewodnika, które mają zdolność utrzymywania prądu. Materiał przewodzący prąd elektryczny, taki jak krzem i german, ma zdolność przenoszenia energii elektrycznej między przewodnikami a izolatorem, który został otoczony plastikowymi drutami. Materiały półprzewodnikowe są poddawane pewnej procedurze chemicznej zwanej domieszkowaniem półprzewodnika. Jeśli krzem jest domieszkowany arsenem, fosforem i antymonem, otrzyma dodatkowe nośniki ładunku, tj. Elektrony, znane jako półprzewodnik typu N lub ujemny półprzewodnik, podczas gdy jeśli krzem jest domieszkowany innymi zanieczyszczeniami, takimi jak bor, gal, aluminium, otrzyma mniej nośników ładunku, tj. dziur, jest znanych jako półprzewodniki typu P lub dodatnie.

Jak działa tranzystor?

Koncepcja robocza jest główną częścią zrozumienia, jak używać tranzystora lub jak to działa?, W tranzystorze są trzy zaciski:

• Baza: Daje podstawę dla elektrod tranzystora.

• Emiter: nośniki opłat emitowane przez to.

• Kolekcjoner: nośniki opłat pobierane przez to.

Jeśli tranzystor jest typu NPN, musimy przyłożyć napięcie 0,7 V, aby go wyzwolić, a gdy napięcie przyłożone do styku bazy tranzystor włącza się, co jest stanem spolaryzowanym do przodu i prąd zaczyna płynąć przez kolektor do emitera (zwane również nasyceniem region). Kiedy tranzystor jest w stanie odwróconego polaryzacji lub styk bazowy jest uziemiony lub nie ma na nim napięcia, tranzystor pozostaje w stanie WYŁĄCZONY i nie pozwala na przepływ prądu z kolektora do emitera (zwany również obszarem odcięcia).

Jeśli tranzystor jest typu PNP, zwykle jest w stanie ON, ale nie można powiedzieć, że jest idealnie włączony, dopóki pin bazy nie zostanie idealnie uziemiony. Po uziemieniu styku bazowego tranzystor będzie w stanie spolaryzowanym wstecz lub powiedziano, że jest włączony. Jako źródło zasilania dla bolca bazowego, zatrzymuje przewodzenie prądu z kolektora do emitera, a tranzystor jest w stanie wyłączonym lub w stanie spoczynku.

W celu zabezpieczenia tranzystora łączymy z nim szeregowo rezystancję, do znalezienia wartości tej rezystancji posługujemy się wzorem:

R _B = V _BE / I _B

Różne typy tranzystorów:

Zasadniczo możemy podzielić tranzystor na dwie kategorie tranzystora bipolarnego złączowego (BJT) i tranzystora polowego (FET). Dalej możemy to podzielić jak poniżej:

Bipolarny tranzystor złączowy (BJT)

Tranzystor złącza bipolarnego składa się z domieszkowanego półprzewodnika z trzema zaciskami, tj. Podstawą, emiterem i kolektorem. W tej procedurze biorą udział zarówno dziury, jak i elektrony. Duża ilość prądu przepływającego do kolektora do emitera przełącza się, modyfikując mały prąd z podstawy do zacisków emitera. Nazywa się je również urządzeniami sterowanymi prądem. NPN i PNP to dwie główne części BJT, jak omówiliśmy wcześniej. BJT włącza się, podając wejście do bazy, ponieważ ma najniższą impedancję dla wszystkich tranzystorów. Wzmocnienie jest również najwyższe dla wszystkich tranzystorów.

Te rodzaje BJT są następujące:

1. Tranzystor NPN:

W środkowym obszarze tranzystora NPN, tj. Podstawa jest typu p, a dwa obszary zewnętrzne, tj. Emiter i kolektor, są typu n.

W trybie aktywnym do przodu tranzystor NPN jest spolaryzowany. W przypadku źródła prądu stałego Vbb połączenie podstawy z emiterem będzie spolaryzowane do przodu. Dlatego na tym skrzyżowaniu region zubożenia zostanie zmniejszony. Połączenie kolektora z bazą jest spolaryzowane odwrotnie, obszar zubożenia kolektora do podstawy zostanie zwiększony. Większość nośników ładunku to elektrony dla emiterów typu n. Złącze bazowego emitera jest spolaryzowane do przodu, więc elektrony przemieszczają się w kierunku regionu podstawowego. Dlatego powoduje to prąd emitera Ie. Obszar podstawy jest cienki i lekko domieszkowany dziurami, powstaje kombinacja elektronów i dziur, a niektóre elektrony pozostają w obszarze podstawy. Powoduje to bardzo mały prąd bazowy Ib. Podstawa kolektora jest spolaryzowana odwrotnie do dziur w obszarze podstawy i elektronów w obszarze kolektora, ale jest skierowana do przodu do elektronów w obszarze podstawy. Pozostałe elektrony z obszaru podstawowego przyciągane przez zacisk kolektora powodują prąd kolektora Ic. Sprawdź więcej o tranzystorze NPN tutaj.

2. Tranzystor PNP:

W środkowym obszarze tranzystora PNP, tj. Podstawa jest typu n, a dwa obszary zewnętrzne, tj. Kolektor i emiter, są typu p.

Jak omówiliśmy powyżej w tranzystorze NPN, działa on również w trybie aktywnym. Większość nośników ładunku to otwory na emiter typu p. W przypadku tych otworów złącze bazowego emitera będzie odchylone do przodu i przesunie się w kierunku regionu podstawowego. Powoduje to prąd emitera Ie. Obszar podstawy jest cienki i lekko domieszkowany elektronami, tworzy się kombinacja elektronów i dziur, a niektóre dziury pozostają w obszarze podstawy. Powoduje to bardzo mały prąd bazowy Ib. Podstawa złącza kolektora jest odchylona odwrotnie do otworów w obszarze podstawy i otworów w obszarze kolektora, ale jest odchylona do przodu do otworów w obszarze podstawy. Pozostałe otwory w rejonie podstawy przyciągane przez zacisk kolektora powodują prąd kolektora Ic. Dowiedz się więcej o tranzystorze PNP tutaj.

Co to są konfiguracje tranzystorów?

Ogólnie rzecz biorąc, istnieją trzy typy konfiguracji, a ich opisy w odniesieniu do wzmocnienia są następujące:

Konfiguracja Common Base (CB): Nie ma wzmocnienia prądowego, ale ma wzmocnienie napięcia.

Konfiguracja wspólnego kolektora (CC): Ma wzmocnienie prądu, ale nie ma wzmocnienia napięcia.

Konfiguracja wspólnego emitera (CE): ma zarówno wzmocnienie prądu, jak i wzmocnienie napięcia.

Konfiguracja wspólnej bazy tranzystora (CB):

W tym obwodzie podstawa jest umieszczona wspólnie na wejściu i wyjściu. Ma niską impedancję wejściową (50-500 omów). Ma wysoką impedancję wyjściową (1-10 megaomów).Napięcia mierzone względem zacisków bazowych. Zatem napięcie i prąd wejściowy będą wynosić Vbe i Ie, a napięcie wyjściowe i prąd będą wynosić Vcb i Ic.

Bieżący zysk będzie mniejszy niż jedność, tj. Alfa (dc) = Ic / Ie
Wzmocnienie napięcia będzie wysokie.
Zysk mocy będzie średni.

Konfiguracja wspólnego emitera tranzystora (CE):

W tym obwodzie emiter jest umieszczony wspólnie na wejściu i wyjściu. Sygnał wejściowy jest podawany między bazą a emiterem, a sygnał wyjściowy między kolektorem a emiterem. Vbb i Vcc to napięcia. Ma wysoką impedancję wejściową, tj. (500-5000 omów). Ma niską impedancję wyjściową, tj. (50-500 kiloomów).

Bieżący zysk będzie wysoki (98), tj. Beta (dc) = Ic / Ie
Zysk mocy wynosi do 37db.
Wyjście będzie przesunięte w fazie o 180 stopni.

Konfiguracja wspólnego kolektora tranzystora:

W tym obwodzie kolektor jest wspólny dla wejścia i wyjścia. Jest to również znane jako zwolennik emitera. Posiada wysoką impedancję wejściową (150-600 kiloomów) oraz niską wyjściową (100-1000 omów).

Wzmocnienie prądu będzie wysokie (99).
Wzmocnienie napięcia będzie mniejsze niż jedność.
Zysk mocy będzie średni.

Tranzystor polowy (FET):

Tranzystor polowy zawiera trzy obszary, takie jak źródło, brama, odpływ. Nazywa się je urządzeniami sterowanymi napięciem, ponieważ kontrolują poziom napięcia. Aby kontrolować zachowanie elektryczne, można wybrać zewnętrzne pole elektryczne, dlatego nazywa się je tranzystorami polowymi. W tym przypadku prąd płynie z powodu większości nośników ładunku, tj. Elektronów, stąd nazywany jest również tranzystorem jednobiegunowym. Charakteryzuje się głównie wysoką impedancją wejściową w megaomach oraz przewodnością o niskiej częstotliwości między drenem a źródłem kontrolowaną przez pole elektryczne. Tranzystory FET są bardzo wydajne, energiczne i tańsze.

Istnieją dwa typy tranzystorów polowych, tj. Tranzystory polowe łączeniowe (JFET) i tranzystory polowe z tlenkiem metalu (MOSFET). Prąd przepływa między dwoma kanałami nazwanych n-kanałowymi i p-kanałowymi.

Tranzystor polowy połączeniowy (JFET)

Tranzystor polowy złącza nie ma złącza PN, ale zamiast materiałów półprzewodnikowych o wysokiej rezystywności tworzą kanały krzemowe typu n & p dla przepływu większości nośników ładunku z dwoma zaciskami drenem lub zaciskiem źródła. W kanale n przepływ prądu jest ujemny, natomiast w kanale p przepływ prądu jest dodatni.

Działanie JFET:

Istnieją dwa typy kanałów w JFET o nazwach: n-kanałowy JFET i p-kanałowy JFET

JFET z kanałem N:

Tutaj musimy omówić zasadnicze działanie n-kanałowego tranzystora JFET dla dwóch następujących warunków:

Po pierwsze, gdy Vgs = 0, Przyłożyć małe dodatnie napięcie do zacisku drenu, gdzie Vds jest dodatnie. Dzięki temu przyłożonemu napięciu Vds, przepływ elektronów od źródła do drenu powoduje prąd drenu Id. Kanał między drenem a źródłem działa jako opór. Niech kanał n będzie jednolity. Różne poziomy napięcia ustawione przez Id prądu drenu i przemieszczają się od źródła do drenu. Napięcia są najwyższe na zacisku spustowym i najniższe na zacisku źródła. Drenaż jest odwrócony, więc warstwa zubożenia jest tutaj szersza.

Vds wzrasta, Vgs = 0 V.

Zwiększa się warstwa zubożona, zmniejsza się szerokość kanału. Vds wzrasta na poziomie, w którym stykają się dwa obszary zubożenia, stan ten nazywany jest procesem szczypania-wyłączenia i powoduje napięcie odcięcia Vp.

Tutaj, uszczypnięty Id spada do 0 MA i Id osiąga na poziomie nasycenia. Id z Vgs = 0 znany jako prąd nasycenia źródła drenu (Idss). Vds wzrosło przy Vp, gdzie prąd Id pozostaje taki sam, a JFET działa jako źródło prądu stałego.

Po drugie, gdy Vgs nie jest równe 0, Zastosuj ujemne Vgs i Vds różni się. Szerokość obszaru zubożenia zwiększa się, kanał staje się wąski, a opór rośnie. Mniejszy prąd drenu płynie i osiąga poziom nasycenia. Z powodu ujemnych Vg spada poziom nasycenia, spada Id. Napięcie pinch-off stale spada. Dlatego nazywa się to urządzeniem sterowanym napięciem.

Charakterystyka JFET:

Charakterystyka pokazała różne regiony, które są następujące:

Obszar omowy: Vgs = 0, warstwa zubożenia mała.

Region odcięcia: znany również jako region odcięcia, ponieważ opór kanału jest maksymalny.

Nasycenie lub obszar aktywny: kontrolowane przez napięcie źródła bramki, gdzie napięcie źródła drenu jest niższe.

Region awarii: napięcie między drenem a źródłem jest wysokie, powoduje przebicie w kanale rezystancyjnym.

JFET z kanałem P:

JFET z kanałem p działa tak samo jak JFET z kanałem n, ale wystąpiły pewne wyjątki, np. z powodu dziur prąd w kanale jest dodatni i polaryzacja napięcia polaryzacji musi zostać odwrócona.

Prąd spustowy w aktywnym regionie:

Id = Idss

Rezystancja kanału źródła drenu: Rds = delta Vds / delta Id

Tranzystor polowy z tlenkiem metalu (MOSFET):

Tranzystor polowy z tlenkiem metalu jest również znany jako tranzystor polowy sterowany napięciem. Tutaj elektrony bramkowe z tlenku metalu są izolowane elektrycznie od kanału n i kanału p cienką warstwą dwutlenku krzemu zwanego szkłem.

Prąd między drenem a źródłem jest wprost proporcjonalny do napięcia wejściowego.

Jest to urządzenie z trzema końcówkami, tj. Brama, dren i źródło. Istnieją dwa typy tranzystorów MOSFET przez funkcjonowanie kanałów, tj. P-kanałowy MOSFET i n-kanałowy MOSFET.

Istnieją dwie formy tranzystora polowego z tlenkiem metalu, tj. Typ zubożenia i typ wzmocnienia.

Typ zubożenia : Wymaga Vgs, tj. Napięcie bramki-źródła do wyłączenia, a tryb wyczerpania jest równy normalnie zamkniętemu przełącznikowi.

Vgs = 0, jeśli Vgs jest dodatnie, elektronów jest więcej, a jeśli Vgs jest ujemne, elektronów jest mniej.

Typ wzmocnienia: Wymaga Vgs, tj. Napięcie źródła bramki do włączenia i tryb wzmocnienia jest równy normalnie otwartemu przełącznikowi.

Tutaj dodatkowy zacisk jest podłożem używanym do uziemienia.

Napięcie źródła bramki (Vgs) jest większe niż napięcie progowe (Vth)

Tryby polaryzacji dla tranzystorów:

Biasowanie można wykonać dwoma metodami, tj. Odchylaniem do przodu i do tyłu, podczas gdy w zależności od odchylenia istnieją cztery różne obwody odchylenia w następujący sposób:

Stałe odchylenie podstawowe i odchylenie stałego oporu:

Na rysunku rezystor bazowy Rb podłączony między podstawą a Vcc. Złącze podstawy nadajnika jest spolaryzowane do przodu z powodu spadku napięcia Rb, który prowadzi do przepływu Ib przez nie. Tutaj Ib uzyskuje się z:

Ib = (Vcc-Vbe) / Rb

Powoduje to współczynnik stabilności (beta +1), który prowadzi do niskiej stabilności termicznej. Tutaj wyrażenia napięć i prądów, tj.

Vb = Vbe = Vcc-IbRb Vc = Vcc-IcRc = Vcc-Vce Ic = Beta Ib Ie = Ic

Odchylenie opinii kolekcjonera:

Na tej figurze rezystor bazowy Rb jest połączony między kolektorem a końcówką bazową tranzystora. Dlatego napięcie bazowe Vb i napięcie kolektora Vc są przez to podobne do siebie

Vb = Vc-IbRb Gdzie, Vb = Vcc- (Ib + Ic) Rc

Zgodnie z tymi równaniami, Ic zmniejsza Vc, co zmniejsza Ib, automatycznie zmniejszając Ic.

Tutaj współczynnik (beta +1) będzie mniejszy niż jeden, a Ib prowadzi do zmniejszenia wzmocnienia wzmacniacza.

Tak więc napięcia i prądy można podać jako

Vb = Vbe Ic = beta Ib Ie jest prawie równe Ib

Odchylenie przy podwójnym sprzężeniu zwrotnym:

Na tym rysunku jest to zmodyfikowana forma nad obwodem bazującym na sprzężeniu zwrotnym kolektora. Ponieważ ma dodatkowy obwód R1, który zwiększa stabilność. Dlatego wzrost rezystancji podstawowej prowadzi do zmian współczynnika beta, czyli wzmocnienia.

Teraz, I1 = 0,1 Ic Vc = Vcc- (Ic + I (Rb) Rc Vb = Vbe = I1R1 = Vc- (I1 + Ib) Rb Ic = beta Ib Ie jest prawie równe Ic

Naprawiono odchylenie z rezystorem emitera:

Na tej figurze jest taki sam, jak stały obwód polaryzacji, ale ma dodatkowy rezystor emiterowy ponownie podłączony. Ic rośnie z powodu temperatury, tj. Również rośnie, co ponownie zwiększa spadek napięcia na Re. Powoduje to zmniejszenie Vc, zmniejsza Ib, co przywraca iC do jego normalnej wartości. Wzmocnienie napięcia zmniejsza się dzięki obecności Re.

Teraz, Ve = Ie Re Vc = Vcc - Ic Rc Vb = Vbe + Ve Ic = beta Ib Ie jest prawie równe Ic

Odchylenie emitera:

Na tej figurze są dwa napięcia zasilania Vcc i Vee są równe, ale przeciwne pod względem biegunowości. Tutaj Vee jest spolaryzowane do przodu do złącza bazowego emitera przez Re i Vcc jest spolaryzowane odwrotnie do złącza podstawy kolektora.

Teraz, Ve = -Vee + Ie Re Vc = Vcc- Ic Rc Vb = Vbe + Ve Ic = beta Ib Ie jest prawie równe Ib Gdzie, Re >> Rb / beta Vee >> Vbe

Co daje stabilny punkt pracy.

Odchylenie sprzężenia zwrotnego emitera:

Na tej figurze wykorzystuje zarówno kolektor jako sprzężenie zwrotne, jak i sprzężenie zwrotne emitera, aby zapewnić wyższą stabilność. Ze względu na przepływ prądu Ie emitera, spadek napięcia występuje na rezystorze emiterowym Re, dlatego złącze podstawy emitera będzie polaryzowane w przód. Tutaj temperatura rośnie, Ic rośnie, tj. Również rośnie. Prowadzi to do spadku napięcia w Re, spada napięcie kolektora Vc i Ib również maleje. Powoduje to zmniejszenie wzmocnienia wyjściowego. Wyrażenia można podać jako:

Irb = 0,1 Ic = Ib + I1 Ve = IeRe = 0,1 Vcc Vc = Vcc- (Ic + Irb) Rc Vb = Vbe + Ve = I ₁ R1 = Vc- (I ₁ + Ib0Rb) Ic = beta Ib Ie jest prawie równe do I c

Odchylenie dzielnika napięcia:

Na tej figurze wykorzystuje postać dzielnika napięcia rezystora R1 i R2 do polaryzacji tranzystora. Napięcie powstające na R2 będzie napięciem bazowym, ponieważ naprzód polaryzuje połączenie baza-emiter. Tutaj I2 = 10Ib.

Ma to na celu zaniedbanie prądu dzielnika napięcia i zmiany wartości beta.

Ib = Vcc R2 / R1 + R2 Ve = Ie Re Vb = I2 R2 = Vbe + Ve

Ic jest odporny na zmiany zarówno beta, jak i Vbe, co skutkuje współczynnikiem stabilności wynoszącym 1, przy czym Ic rośnie wraz ze wzrostem temperatury, tj. Wzrasta wraz ze wzrostem napięcia emitera Ve, co zmniejsza napięcie bazowe Vbe. Powoduje to zmniejszenie prądu bazowego ib i ic do jego rzeczywistych wartości.

Zastosowania tranzystorów

Tranzystory w większości części są używane w zastosowaniach elektronicznych, takich jak wzmacniacze napięcia i mocy.
Używany jako przełączniki w wielu obwodach.
Używany do tworzenia cyfrowych układów logicznych, tj. AND, NOT itp.
Tranzystory są wstawiane we wszystko, czyli w kuchenki do komputerów.
Używany w mikroprocesorze jako chipy, w których zintegrowane są miliardy tranzystorów.
Wcześniej były używane w radiotelefonach, aparatach telefonicznych, głowicach słuchowych itp.
Są również używane wcześniej w lampach próżniowych w dużych rozmiarach.
Są również używane w mikrofonach do zamiany sygnałów dźwiękowych na sygnały elektryczne.