13. Proiectarea și principiul de funcționare a tranzistoarelor

În funcție de principiul de funcționare și de caracteristicile de proiectare, tranzistoarele sunt împărțite în două clase mari: bipolare și cu efect de câmp.

Tranzistoarele bipolare sunt dispozitive semiconductoare cu două sau mai multe joncțiuni p-n electrice care interacționează și trei sau mai multe terminale, ale căror proprietăți de amplificare se datorează fenomenelor de injecție și extracție a purtătorilor de sarcină minoritari.

În prezent, tranzistoarele bipolare cu două joncțiuni p-n sunt utilizate pe scară largă, la care se face referire cel mai adesea la acest termen. Ele constau din regiuni (straturi) alternante ale unui semiconductor având conductivități electrice de diferite tipuri. În funcție de tipul de conductivitate electrică a straturilor exterioare, se disting tranzistoarele p-p-pși tipurile n-p-n.

Tranzistoarele în care joncțiunile p-n sunt create la suprafețele de contact ale straturilor semiconductoare se numesc plane.

Tranzistor bipolar este un cristal semiconductor format din trei straturi cu conductivitate alternanta si echipat cu trei fire (electrozi) pentru conectarea la un circuit extern.

În fig. 1.5, a și b arată denumirea circuitului a două tipuri de tranzistoare p-p-p-tipŞi p-p-p- tip . Straturile cele mai exterioare sunt numite emisiunerom(E) și colector(K), între ele este baza(B). Structura cu trei straturi are două joncțiuni p-n: joncțiunea emițătoruluiîntre emiţător şi bază şi joncțiune de colectorîntre bază și colector. Germaniul sau siliciul este folosit ca material de pornire pentru tranzistori.

La fabricarea unui tranzistor, trebuie îndeplinite două condiții:

grosimea bazei (distanța dintre emițător și număr)

tranzițiile de curs) ar trebui să fie mici în comparație cu calea liberă a purtătorilor de taxe;

2) concentrația de impurități (și purtători principali de sarcină) în emițător trebuie să fie semnificativ mai mare decât în ​​bază (N o >> N D V p-p-p tranzistor).

Să luăm în considerare principiul de funcționare p-p-p tranzistor.

Tranzistorul este conectat în serie cu rezistența de sarcină Rk în circuitul sursei de tensiune a colectorului E La . Un EMF de control este furnizat la intrarea tranzistorului E B", așa cum se arată în Fig. 1.6, a. Pornirea tranzistorului atunci când intrarea ( E B , R B ) și zi liberă ( E LA , R LA ) circuitele au un punct comun - emițătorul, este cel mai comun și se numește incluziune cu emițător comun(OE).

În lipsa tensiunii (E B =0, E LA=0) joncțiunea emițătorului și colectorului sunt în stare de echilibru, curenții prin ele sunt nuli. Ambele tranziții au un dublu strat electric format din ioni de impurități și o barieră de potențial  o, diferită la fiecare dintre tranziții. Distribuția potențialului în tranzistor în absența tensiunii este prezentată în Fig. 1.6, b cu o linie întreruptă.

Polaritatea surselor externe E B și E LA este ales astfel încât să existe o tensiune directă la joncțiunea emițătorului (minus sursa E B furnizat la bază, plus la emițător), iar la joncțiunea colectorului - tensiune inversă (minus sursa E LA- la colector, plus - la emițător), și tensiunea |Uke|> |Ube| (tensiune la joncțiunea colectorului Ukb = Uke-Ube) Cu o astfel de includere a surselor E B și E LA distribuția potențialului în tranzistor are forma prezentată în Fig. .1.6, b linie continuă. Bariera potențială a joncțiunii emițătorului polarizat direct scade, în timp ce bariera potențială la joncțiunea colectorului crește. Ca urmare a aplicării unei tensiuni directe la joncțiunea emițătorului, începe difuzarea (injecția) crescută a orificiilor de la emițător la bază. Componenta electronică a curentului de difuzie prin joncțiunea emițătorului poate fi neglijată, deoarece r r >>p n , întrucât condiția a fost menționată mai sus N O >> N D . Astfel, curentul emițătorului I E = I Edif r. Sub influența forțelor de difuzie ca urmare a diferenței de concentrație de-a lungul bazei, găurile se deplasează de la emițător la colector. Deoarece baza din tranzistor este realizată subţire, partea principală a găurilor injectate de emițător ajunge la joncțiunea colectorului fără a intra în centrele de recombinare. Aceste găuri sunt captate de câmpul joncțiunii colectorului, polarizat în direcția opusă, deoarece acest câmp se accelerează pentru purtătorii minoritari - găuri în baza de tip n. Curentul orificiilor care intră în colector de la emițător este închis printr-un circuit extern, sursa E LA . Când curentul emițătorului crește cu I E, curentul colectorului va crește cu I K = I E. Datorită probabilității reduse de recombinare într-o bază subțire, coeficientul de transfer al curentului emițătorului  = I K /I E = 0,9- 0,99.

O mică parte din găurile injectate de emițător intră în centrele de recombinare și dispare, recombinându-se cu electronii. Încărcarea acestor găuri rămâne în bază și pentru a restabili neutralitatea de încărcare a bazei din circuitul extern în detrimentul sursei Ev electronii intră în bază. Prin urmare, curentul de bază reprezintă curentul de recombinare I rec =I E (1-) Pe lângă componentele principale indicate ale curentului tranzistorului, este necesar să se țină cont de posibilitatea tranziției purtătorilor minoritari care apar în bază și colector ca urmare a generării purtătorului prin joncțiunea colectorului, căruia i se aplică o tensiune inversă. Acest curent mic (tranziția găurilor de la bază la colector și a electronilor de la colector la bază) este similar cu curentul invers r-p tranziție, numită și curent invers al joncțiunii colectorului sau curent termicși este desemnat I kbo (Fig. 1.6, a)

tranzistoare cu efect de câmp- dispozitive semiconductoare care practic nu consumă curent din circuitul de intrare.

Tranzistoarele cu efect de câmp se împart în două tipuri, care se deosebesc între ele prin principiul lor de funcționare: a) cu r-p tranziţie; b) tip MDP.

. 1.6.1. Tranzistoare cu efect de câmp cur-p tranziţie au o structură, a cărei secțiune este prezentată în Fig. 1.9, a. Se numește un strat cu conductivitate de tip p canal, are două ieșiri către circuitul extern: CU- scurgereŞi ŞI- sursă. Straturi cu tip de conductivitate p, care înconjoară canalul sunt interconectate și au o ieșire către un circuit extern numit obturator 3. Conectarea surselor de tensiune la dispozitiv este prezentată în Fig. 1.9, a, în fig. 1.9.6 arată denumirea circuitului unui tranzistor cu efect de câmp cu r-p joncțiune și canal de tip p. Există, de asemenea, tranzistori cu efect de câmp cu un canal de tip n; desemnarea lor este prezentată în Fig. 1.9, V, principiul de funcționare este similar, dar direcțiile curenților și polaritatea tensiunilor aplicate sunt opuse.

Să luăm în considerare principiul de funcționare al unui tranzistor cu efect de câmp cu un canal de tip p. În fig. 1.9, G Familia de caracteristici de scurgere (ieșire) a acestui dispozitiv Iс=f(Uс) cu Uз=const.

Cu tensiunea de control Uzi = 0 și o sursă de tensiune conectată între dren și sursă Usi un curent trece prin canal, care depinde de rezistența canalului. Tensiunea U aplicată uniform pe lungimea canalului, această tensiune provoacă o polarizare inversă r-p tranziție între canalul de tip p și stratul n, cu cea mai mare tensiune inversă la r-p tranziția există în regiunea adiacentă scurgerii și în apropierea sursei r-p tranziția este într-o stare de echilibru. Pe măsură ce tensiunea crește Usi regiune electrică cu dublu strat r-p tranziția, epuizată de purtătorii de încărcare mobilă, se va extinde, așa cum se arată în Fig. 1.10, O. Expansiunea joncțiunii este deosebit de puternică în apropierea drenului, unde tensiunea inversă pe joncțiune este mai mare. Extensie r-p tranziția duce la o îngustare a canalului de transport de curent al tranzistorului, iar rezistența canalului crește. Datorită creșterii rezistenței canalului odată cu creșterea Usi, caracteristica de drenare a tranzistorului cu efect de câmp are un caracter neliniar (Fig. 1.9d). La o anumită tensiune Usi frontiere r-p tranzițiile se închid (linia punctată în Fig. 1.10, a), iar curentul Ic crește odată cu creșterea Ucb se opreste.

Când se aplică o tensiune pozitivă la poartă Uzi>0 r-p Tranziția se deplasează și mai mult către regiunea de tensiune inversă, iar lățimea de tranziție crește, așa cum se arată în Fig. 1.10.6. Ca rezultat, canalul conducător de curent se îngustează și curentul Ic scade. Astfel, creșterea tensiunii Uzi. este posibil să se reducă I c, după cum se poate observa din fig. 1.9, G. La un anume Uzi a sunat tensiune de întrerupere, Practic nu există curent de scurgere care curge. Raportul dintre modificarea curentului de scurgere I C și modificarea tensiunii dintre poartă și sursă Uzi care a provocat-o când se numește Uс =const abruptie:S = I C /Uzi la Uс = const

Spre deosebire de tranzistoarele bipolare, tranzistoarele cu efect de câmp sunt controlate de tensiune și doar un curent termic mic Iz trece prin circuitul porții. r-p tranziție sub influența tensiunii inverse.

Un tranzistor este un dispozitiv semiconductor activ care este utilizat pentru a amplifica, converti și genera oscilații electrice. Această utilizare a tranzistorului poate fi observată în tehnologia analogică. În plus, sunt folosite și în tehnologie digitală, unde sunt utilizate în modul cheie. Dar în echipamentele digitale, aproape toți tranzistoarele sunt „ascunse” în interiorul circuitelor integrate, în cantități uriașe și în dimensiuni microscopice.

Aici nu ne vom opri prea în detaliu asupra electronilor, găurilor și atomilor, care au fost deja discutate în părțile anterioare ale articolului, dar unele dintre acestea, dacă este necesar, vor trebui totuși amintite.

O diodă semiconductoare constă dintr-o joncțiune p-n, ale cărei proprietăți au fost descrise. Un tranzistor, după cum știți, este format din două joncțiuni, deci poate fi considerat ca un predecesor al tranzistorului sau jumătate din acesta.

Dacă joncțiunea pn este în repaus, atunci găurile și electronii sunt distribuiți așa cum se arată în Figura 1, formând o barieră de potențial. Să încercăm să nu uităm simboluri electroni, găuri și ioni prezentate în această figură.

Figura 1.

Cum funcționează un tranzistor bipolar?

În mod convențional, un tranzistor bipolar poate fi desenat sub forma unei plăci semiconductoare cu regiuni schimbătoare de conductivitate diferită, constând din două joncțiuni p-n. Mai mult, regiunile exterioare ale plăcii au un tip de conductivitate, iar regiunea din mijloc are tipul opus, fiecare regiune are propria sa ieșire personală.

În funcție de alternanța acestor zone, tranzistoarele au conductivitate p-n-p, respectiv n-p-n.

Și dacă luăm și acoperim orice parte a tranzistorului, atunci obținem un semiconductor cu unul joncțiune p-n sau diodă. Aceasta sugerează concluzia că un tranzistor bipolar poate fi reprezentat în mod convențional ca doi semiconductori cu o zonă comună, conectate spate la spate.

Partea tranzistorului, al cărei scop este de a injecta purtători de sarcină în bază, se numește emițător, iar joncțiunea p-n corespunzătoare este emițătorul, iar acea parte a elementului, al cărei scop este să elimine sau să extragă sarcina. purtători de la bază, se numește colector, iar joncțiunea p-n este colector. Zona generală a fost numită bază.

Diferența de notație structuri diferite constă numai în direcția săgeții emițătorului: în p-n-p este îndreptat spre bază, iar în n-p-n, dimpotrivă, departe de bază.

Care este diferența dintre tranzistoarele PNP și NPN? În acest videoclip am încercat să arăt diferența în funcționarea a două tipuri de tranzistoare bipolare. Am folosit componente radio ușor disponibile, cum ar fi un LED (și un rezistor pentru protecție) pentru a demonstra funcționarea. De exemplu, am folosit tranzistori precum 2n2907 și bc337. A ajustat tensiunea folosind rezistor variabil(potențiometru).

În perioada inițială de dezvoltare electronica semiconductoare Au fost fabricate numai din germaniu folosind tehnologia de topire a impurităților, motiv pentru care au fost numite aliaj. De exemplu, baza este un cristal de germaniu și topesc bucăți mici de indiu în el.

Atomii de indiu pătrund în corpul unui cristal de germaniu, creând două regiuni în el - un colector și un emițător. Între ele rămâne un strat foarte subțire de câțiva microni de semiconductor de tip opus - baza. Și pentru a ascunde cristalul de lumină, acesta este ascuns într-o carcasă.

Figura arată că un suport de cristal este sudat pe discul metalic, care este ieșirea bazei, iar în partea de jos a discului există ieșirea sa exterioară a firului.

Bornele interne ale colectorului și emițătorului sunt sudate la conductorii electrozilor externi.

Odată cu dezvoltarea electronicii, au început să prelucreze cristale de siliciu și au inventat dispozitive de siliciu, care au retras aproape complet tranzistoarele cu germaniu.

Ei sunt capabili să lucreze cu mai mulți temperaturi ridicate, au o valoare a curentului invers mai mică sau mai mare înaltă tensiune dărâma.

Principala metodă de producție este tehnologia plană. Astfel de tranzistoare p-n tranzițiile sunt situate în același plan. Principiul metodei se bazează pe difuzia sau fuziunea unei impurități într-o placă de siliciu, care poate fi într-o componentă gazoasă, lichidă sau solidă. Când sunt încălzite la o temperatură strict fixă, elementele de impurități difuzează în siliciu.

ÎN în acest caz, una dintre bile creează o regiune de bază subțire, iar cealaltă creează o regiune emițătoare. Ca rezultat, în siliciu se formează două joncțiuni p-n. Folosind această tehnologie, cele mai comune tipuri de tranzistoare de siliciu sunt produse în fabrici.

În plus, metodele combinate sunt utilizate pe scară largă pentru fabricarea structurilor de tranzistori: fuziune și difuzie sau diverse opțiuni difuzie, de exemplu, bidirecțională sau dublă unidirecțională.

Să facem un experiment practic, pentru asta vom avea nevoie de orice tranzistor și un bec cu incandescență de la o lanternă veche și puțin fir de montaj pentru a putea asambla acest circuit.

Becul se aprinde deoarece o tensiune de polarizare directă este aplicată joncțiunii colectorului, care deblochează joncțiunea colectorului și curentul colectorului Ik curge prin ea. Valoarea acestuia depinde de rezistența filamentului lămpii și de rezistența internă a bateriei sau a sursei de alimentare.

Acum să prezentăm această diagramă sub formă structurală:

Deoarece în regiunea N principalii purtători de sarcină sunt electronii, aceștia trec prin potențial barieră p-n tranziție, cad în regiunea gaurii de tip p și devin purtători minoritari de sarcină, unde încep să fie absorbiți de purtătorii majoritari prin găuri. În același mod, găurile din colector tind să pătrundă în zona de bază și sunt absorbite de principalii purtători de sarcină, electronii.

Deoarece baza se află la minusul sursei de energie, mulți electroni vor curge către ea, compensând pierderile din zona de bază. Iar colectorul, conectat la plus prin filamentul lămpii, este capabil să primească același număr, astfel încât concentrația de găuri va fi restabilită.

Conductivitatea joncțiunii p-n va crește semnificativ și curentul colectorului va începe să curgă prin joncțiunea colectorului Ik. Și cu cât este mai sus, cu atât becul cu incandescență va arde mai puternic.

Procese similare au loc în circuitul de joncțiune al emițătorului. Figura arată opțiunea de conectare a circuitului pentru al doilea experiment.

Să efectuăm un alt experiment practic și să conectăm baza tranzistorului la plusul sursei de alimentare. Becul nu se aprinde, deoarece am conectat joncțiunea p-n a tranzistorului în direcția opusă, iar rezistența joncțiunii a crescut brusc și doar un foarte mic curent de colector invers Ikbo trece prin el, care nu este capabil să aprindă lumina. filament de bec.

Să facem un alt experiment interesant: conectați un bec în conformitate cu imaginea. Lumina nu se aprinde, să ne dăm seama de ce.

Dacă se aplică tensiune la emițător și colector, atunci pentru orice polaritate a sursei de alimentare, una dintre tranziții va fi înainte și cealaltă va fi inversă și, prin urmare, nu va curge curent și becul nu se va aprinde.

Din diagrama bloc este foarte clar că joncțiunea emițătorului este polarizată și deschisă și așteaptă recepția electronilor liberi. Joncțiunea colectorului, dimpotrivă, este conectată în sens opus și împiedică intrarea electronilor în bază. Între colector și bază se formează o barieră de potențial, care va oferi o rezistență mare la curent și lampa nu se va aprinde.

Să adăugăm doar un jumper la circuitul nostru, care va conecta emițătorul și baza, dar becul încă nu se aprinde.

Aici, în principiu, totul este clar: atunci când baza și emițătorul sunt scurtcircuitate cu un jumper, joncțiunea colectorului se transformă într-o diodă, care primește o tensiune de polarizare inversă.

În locul jumperului, să instalăm o rezistență Rb cu o valoare nominală de 200 - 300 Ohmi și o altă sursă de alimentare de 1,5 volți. Îi conectăm minusul prin Rb la bază, iar plusul său la emițător. Și s-a întâmplat o minune, becul s-a aprins.

Lampa s-a aprins pentru că am conectat o sursă de alimentare suplimentară între bază și emițător și, prin urmare, am aplicat tensiune continuă joncțiunii emițătorului, ceea ce a dus la deschiderea acestuia și la trecerea unui curent continuu prin ea, care deblochează joncțiunea colector a tranzistorului. Tranzistorul se deschide și prin el trece un curent de colector Ik, de multe ori mai mare decât curentul de bază emițător. Și astfel acest curent a aprins becul.

Dacă schimbăm polaritatea sursei de alimentare suplimentare și aplicăm plus pe bază, atunci joncțiunea emițătorului se va închide, urmată de joncțiunea colectorului. Ikbo inversă va curge prin tranzistor și becul va opri aprinderea.

Funcția principală a rezistenței Rb este de a limita curentul din circuitul de bază. Dacă toți cei 1,5 volți sunt furnizați la bază, atunci va curge prea mult curent prin joncțiune, în urma căreia se va produce defalcarea termică a joncțiunii și tranzistorul se poate arde. Pentru tranzistoare cu germaniu tensiunea de deblocare ar trebui să fie de aproximativ 0,2 volți, iar pentru siliciu 0,7 volți.

Să ne întoarcem la diagrama structurala: Când se aplică o tensiune suplimentară la bază, joncțiunea emițătorului se deschide și găurile libere din emițător sunt absorbite reciproc cu electronii bazei, creând un curent de bază direct Ib.

Dar nu toate găurile care intră în bază se recombină cu electronii. Deoarece aria bazei este destul de îngustă, doar o mică parte din găuri este absorbită de electronii de bază.

Volumul principal al orificiilor emițătorului oprește baza și cade sub mai mult nivel înalt tensiune negativă în colector și, împreună cu orificiile colectorului, curg către terminalul său negativ, unde sunt absorbiți reciproc de electronii de la sursa principală de alimentare GB. Rezistența circuitului colector emițător-bază-colector scade brusc și începe să curgă în el un curent colector direct Ik, de multe ori mai mare decât curentul de bază Ib al circuitului emițător-bază.

Cu cât este mai mare nivelul tensiunii de deblocare la bază, cu atât este mai mare numărul de găuri de la emițător la bază, cu atât valoarea curentului din colector este mai mare. Și, invers, cu cât tensiunea de deblocare la bază este mai mică, cu atât curentul din circuitul colectorului este mai mic.

În aceste experimente efectuate de un radioamator începător pe principiile de funcționare a unui tranzistor, acesta se află în una dintre cele două stări: deschis sau închis. Trecerea de la o stare la alta se realizează sub acțiunea unei tensiuni de deblocare la baza Ub. Acest mod de funcționare a unui tranzistor în electronică se numește modul cheie. Este utilizat în instrumente și dispozitive de automatizare.

În modul de amplificare, amplificatorul cu tranzistor funcționează în circuitele receptor și amplificator frecventa audio(USCH și ULF). În timpul funcționării, în circuitul de bază sunt utilizați curenți mici, care controlează curenți mari în colector. Aceasta este diferența dintre modul de amplificare și modul de comutare, care deschide sau închide doar tranzistorul în funcție de tensiunea de la bază.

Un tranzistor este o componentă radio activă foarte comună care se găsește în aproape toate circuitele și, foarte des, în special în timpul cursurilor experimentale de învățare a elementelor de bază ale electronicii, eșuează. Prin urmare, fără priceperea de a verifica tranzistoarele, este mai bine să nu te amesteci cu electronica. Deci, să ne dăm seama cum să verificăm tranzistorul.

La un moment dat, tranzistoarele au fost înlocuite tuburi electronice. Acest lucru se datorează faptului că au dimensiuni mai mici, fiabilitate ridicată și costuri de producție mai mici. Acum, tranzistori bipolarisunt elementele de bază în toate circuitele de amplificare.

Reprezintă element semiconductor, având o structură cu trei straturi care formează două joncțiuni electron-gaură. Prin urmare, tranzistorul poate fi reprezentat ca două diode back-to-back. În funcție de care vor fi principalii purtători de taxe, se disting p-n-pŞi n-p-n tranzistoare.

Baza– un strat semiconductor, care stă la baza designului tranzistorului.

Emițător numit strat semiconductor a cărui funcție este de a injecta purtători de sarcină în stratul de bază.

Colector numit strat semiconductor, a cărui funcție este de a colecta purtătorii de sarcină care trec prin stratul de bază.

De obicei, emițătorul conține mult Mai mult taxele principale decât baza. Aceasta este condiția principală pentru funcționarea tranzistorului, deoarece în acest caz, atunci când joncțiunea emițătorului este polarizată direct, curentul va fi determinat de purtătorii principali ai emițătorului. Emițătorul își va putea îndeplini funcția principală - injectarea purtătorilor în stratul de bază. De obicei, încearcă să facă curentul invers al emițătorului cât mai mic posibil. O creștere a purtătorilor majoritari emițători este realizată folosind o concentrație mare de dopanți.

Faceți baza cât mai subțire posibil. Acest lucru se datorează duratei de viață a taxelor. Purtătorii de încărcare trebuie să traverseze baza și să se recombine cât mai puțin cu purtătorii principali ai bazei pentru a ajunge la colector.

Pentru ca colectorul să poată colecta mai mult mediile care trec prin bază, încearcă să o facă mai lată.

Principiul de funcționare a tranzistorului

Să ne uităm la exemplu p-n-p tranzistor.

În absența tensiunilor externe, între straturi se stabilește o diferență de potențial. Potențialele bariere sunt instalate la treceri. Mai mult, dacă numărul de găuri din emițător și colector este același, atunci barierele potențiale vor avea aceeași lățime.

Pentru ca tranzistorul să funcționeze corect, joncțiunea emițătorului trebuie să fie polarizată direct, iar joncțiunea colectorului trebuie să fie polarizată invers.. Aceasta se va potrivi modul activ funcţionarea tranzistorului. Pentru a realiza o astfel de conexiune sunt necesare două surse. O sursă cu tensiunea Ue este conectată cu polul pozitiv la emițător, iar polul negativ la bază. O sursă cu tensiunea Uк este conectată cu polul negativ la colector, iar polul pozitiv la bază. Mai mult, Ue< Uк.

Sub influența tensiunii Ue, joncțiunea emițătorului este polarizată în direcția înainte. După cum se știe, atunci când tranziția electron-gaură este polarizată înainte, câmpul extern este direcționat opus câmpului de tranziție și, prin urmare, îl reduce. Purtătorii majoritari încep să treacă prin tranziție în emițător sunt 1-5 găuri, iar în bază sunt 7-8 electroni. Și deoarece numărul de găuri din emițător este mai mare decât numărul de electroni din bază, curentul emițătorului se datorează în principal acestora.

Curentul emițătorului este suma componentei de gaură a curentului emițătorului și a componentei electronice a bazei.

Deoarece doar componenta orificiului este utilă, ei încearcă să facă componenta electronică cât mai mică posibil. Caracteristica calitativă a joncțiunii emițătorului este raportul de injecție.

Ei încearcă să aducă coeficientul de injecție mai aproape de 1.

Găurile 1-5 care au trecut în bază se acumulează la limita joncțiunii emițătorului. Astfel, se creează o concentrație mare de găuri în apropierea emițătorului și o concentrație scăzută în apropierea joncțiunii colectorului, în urma căreia începe mișcarea de difuzie a găurilor de la emițător la joncțiunea colectorului. Dar în apropierea joncțiunii colectorului, concentrația de găuri rămâne zero, deoarece de îndată ce găurile ajung la joncțiune, acestea sunt accelerate de câmpul său intern și sunt extrase (trase) în colector. Electronii sunt respinși de acest câmp.

În timp ce găurile traversează stratul de bază, se recombină cu electronii aflați acolo, de exemplu, cum ar fi gaura 5 și electronul 6. Și, deoarece găurile vin constant, creează o sarcină pozitivă în exces, prin urmare, trebuie să intre și electronii, care sunt atrași. prin borna de bază și formează un curent de bază Ibr. Aceasta este o condiție importantă pentru funcționarea tranzistorului – concentrația găurilor din bază ar trebui să fie aproximativ egală cu concentrația de electroni. Cu alte cuvinte Trebuie asigurată neutralitatea electrică a bazei.

Numărul de găuri care ajung la colector este mai mic decât numărul de găuri care părăsesc emițătorul cu cantitatea de găuri recombinate din bază. adica Curentul colectorului diferă de curentul emițătorului prin cantitatea curentului de bază.

De aici apare coeficient de transfer purtători, pe care încearcă să-i apropie și de 1.

Curentul de colector al tranzistorului este format din componenta de gaură Icr și curentul de colector invers.

Curentul invers al colectorului apare ca urmare a polarizării inverse a joncțiunii colectorului, deci este format din purtători minoritari ai gaurii 9 și electronului 10. Tocmai pentru că curentul invers este format din purtători minoritari, depinde doar de procesul de generare termică, adică pe temperatură. Prin urmare, este adesea numit curent termic.

Calitatea tranzistorului depinde de mărimea curentului termic cu cât este mai mic, cu atât este mai bun.

Curentul colectorului este conectat la emițător coeficientul de transfer de curent.

Curenții din tranzistor pot fi reprezentați după cum urmează

Indiferent de principiul de funcționare, tranzistor semiconductor conține un singur cristal din principal material semiconductor, cel mai adesea este siliciu, germaniu, arseniura de galiu. La materialul de bază se adaugă aditivi de aliere pt formarea p-n

tranziție(e), cabluri metalice.

Cristalul este plasat într-o carcasă din metal, plastic sau ceramică pentru a-l proteja de influențele externe. Cu toate acestea, există și tranzistori neambalați.

Principiul de funcționare al unui tranzistor bipolar.

Un tranzistor bipolar poate fi fie pnp, fie npn, în funcție de alternanța straturilor semiconductoare din cristal. În orice caz, pinii se numesc bază, colector și emițător. Stratul semiconductor corespunzător bazei este intercalat între straturile emițător și colector. Are o lățime fundamental foarte mică. Purtătorii de încărcare se deplasează de la emițător prin bază la colector. Condiția pentru apariția curentului între colector și emițător este prezența purtătorilor liberi în zona de bază. Acești purtători pătrund acolo atunci când apare un curent de bază emițător. a cărei cauză poate fi diferența de tensiune dintre acești electrozi. Aceste. - Pentru. În consecință, același lucru se va întâmpla cu curentul care trece prin emițător către colector. Mai mult, amplitudinea curentului va fi mai mare decât amplitudinea semnalului de intrare - va apărea câştig semnal.

Dacă creșteți și mai mult tensiunea de polarizare bază-emițător, aceasta va duce la o creștere a curentului în acest circuit și, ca urmare, la o creștere și mai mare a curentului emițător-colector. În cele din urmă, curentul încetează să crească - tranzistorul intră într-o stare complet deschisă (saturație). Dacă apoi eliminați tensiunea de polarizare, tranzistorul se va închide, curentul emițător-colector va scădea, aproape că va dispărea. Deci tranzistorul poate funcționa ca cheie electronică

. Acest mod este cel mai eficient în ceea ce privește controlul puterii atunci când curentul trece printr-un tranzistor complet deschis, căderea de tensiune este minimă. În consecință, pierderile de curent și încălzirea joncțiunilor tranzistorului sunt mici. Există trei tipuri de conexiune ale unui tranzistor bipolar. CU emițător comun
(OE) - amplificarea se realizează atât în ​​curent, cât și în tensiune - circuitul cel mai des utilizat. Etape de amplificare

construite în acest fel sunt mai ușor în concordanță între ele, deoarece valorile rezistenței lor de intrare și ieșire sunt relativ apropiate în comparație cu celelalte două tipuri de incluziuni (deși uneori diferă de zeci de ori).

Cu un colector comun (CC), amplificarea se realizează numai prin curent - este utilizată pentru a potrivi sursele de semnal cu rezistență internă ridicată (impedanță) și sarcini cu rezistență scăzută. De exemplu, în etapele de ieșire ale amplificatoarelor și controlerelor. Cu o bază comună (CB), amplificarea se realizează numai prin tensiune. Are impedanță scăzută de intrare și de ieșire ridicată și mai largă

gama de frecvente

. Acest lucru permite ca o astfel de conexiune să fie utilizată pentru a potrivi sursele de semnal cu rezistență internă scăzută (impedanță) la etapa de amplificare ulterioară. De exemplu, în circuitele de intrare ale receptoarelor radio.

Principiul de funcționare al unui tranzistor cu efect de câmp. Un tranzistor cu efect de câmp, ca un tranzistor bipolar, are trei electrozi.(de unde și numele tranzistorului), canalul se îngustează, rezistența acestuia crește, iar curentul prin el scade. La o anumită valoare

Canalul de tensiune se îngustează în așa măsură încât curentul practic dispare - tranzistorul se închide.

Figura prezintă dispozitivul unui tranzistor cu efect de câmp cu poartă izolată (IGF).

Dacă nu se aplică o tensiune pozitivă la poarta acestui dispozitiv, atunci nu există niciun canal între sursă și scurgere, iar curentul este zero.

Tranzistorul este complet oprit. Canalul apare la o anumită tensiune minimă la poartă (tensiune de prag). Apoi, rezistența canalului scade până când tranzistorul se deschide complet.
Tranzistoarele cu efect de câmp, ambele cu joncțiune p-n (canal) și MOS (MDS), au următoarele circuite de conectare: cu o sursă comună (CS) - un analog al unui tranzistor bipolar OE; cu un dren comun (OC) - un analog al unui tranzistor bipolar OK; cu o poartă comună (OG) - un analog al OB al unui tranzistor bipolar.
Pe baza puterii disipate sub formă de căldură, se disting:
puţini

tranzistoare puternice

- până la 100 mW; tranzistoare de putere medie - de la 0,1 la 1 W; tranzistoare puternice - mai mult de 1 W.
Parametri importanți ai tranzistoarelor bipolare.
1. Coeficient de transfer curent (castig) - de la 1 la 1000 at
DC

. Pe măsură ce frecvența crește, aceasta scade treptat.

2. Tensiunea maximă dintre colector și emițător (cu baza deschisă) Pentru tranzistoarele speciale de înaltă tensiune, ajunge la zeci de mii de volți.

3. Frecvența limită până la care coeficientul de transfer de curent este mai mare de 1. Până la 100.000 Hz. pentru tranzistoare de joasă frecvență, peste 100.000 Hz. - în cele de înaltă frecvenţă.

4. Tensiune de saturație emițător-colector - mărimea căderii de tensiune între acești electrozi pentru un tranzistor complet deschis.

Parametri importanți ai tranzistoarelor cu efect de câmp. Proprietățile de amplificare ale unui tranzistor cu efect de câmp sunt determinate de raportul dintre creșterea curentului de dren și creșterea tensiunii poarta-sursă care a provocat-o, de exemplu. ΔI d /ΔU GS Acest raport se numește de obicei transconductanța dispozitivului, dar de fapt este conductivitatea de transfer și se măsoară în miliamperi pe volt (mA / V).
Alte

cei mai importanți parametri tranzistoare cu efect de câmp sunt date mai jos:

1. I Dmax - curent de scurgere maxim.

2.U DSmax -

tensiune maxima

scurgere-sursă.

7.R DS(on)max - valoarea maximă a rezistenței sursă-drenaj în starea pornit (deschis).

Utilizarea oricăror materiale de pe această pagină este permisă cu condiția să existe un link către site