Как работают транзисторы: Эта страница ещё не существует

Конечный результат состоит в том, что вы вводите небольшой ток в базу транзистора, и вы видите большой ток, вытекающий из коллектора, как если бы входной ток был умноженный на некоторый коэффициент. Фактически, ток, наблюдаемый на выходе транзистора, является не усиленным входным током, а другим током, пропорциональным входному току, извлекаемым из источника напряжения. Транзистор действует как переключатель, позволяя току течь от источника напряжения к земле через резистор.

Можно провести интересную аналогию между транзисторным усилителем и туалетом (см. Правую часть рисунка выше). Эмиттер — это сливной бачок, а коллектор — унитаз. Представьте, что к рычагу смыва, который представляет собой основание, прикреплено небольшое ведро. Налейте немного воды в ведро — это все равно, что пропустить ток через базу транзистора. Вес воды, налитой в ведро, приводит в действие рычаг, и клапан унитаза открывается, позволяя воде, содержащейся в эмиттере / цистерне (аналог зарядов, содержащихся в источнике напряжения, прикрепленном к эмиттеру транзистора), обильно течь в коллектор / чаша, как будто прибор умножает воду, налитую в ведро, и пускает ее в трубу (аналог резистора).

На самом деле схемы с транзисторами n-p-n встречаются чаще, чем схемы с транзисторами p-n-p. На это есть несколько причин. Основная причина в том, что поляризовать транзистор n-p-n проще. В каждой цепи есть общая земля, к которой относятся напряжения. В конфигурации, подобной той, что мы показали, то, что определяет входной ток, — это падение напряжения между источником напряжения и напряжением базы. Если бы мы использовали транзистор n-p-n, входной ток зависел бы от напряжения между базой и землей, и это намного удобнее.Есть и другие причины, связанные с их скоростью и стоимостью.

Транзистор типа n-p-n работает, по существу, как транзистор p-n-p, с обратными ролями коллектора и эмиттера. Мы решили проиллюстрировать работу p-n-p транзистора, потому что названия его выводов казались более подходящими для понимания их значения.

Транзисторы также могут использоваться как электронные переключатели. Для этого приложения часто используются транзисторы n-p-n, как показано ниже.

— как работают транзисторы

Узнайте о транзисторах — одном из самых важных устройств, которые когда-либо были изобретены. В этой статье мы подробно узнаем, как они работают.

Прокрутите вниз, чтобы посмотреть руководство YouTube.

Что такое транзистор

Транзисторы бывают разных форм и размеров.Существует два типа сети: биполярная и с полевым эффектом. В этой статье мы в основном сосредоточимся на биполярной версии. Транзисторы — это небольшие электронные компоненты, выполняющие две основные функции. Он может действовать как переключатель цепей управления, а также они могут усиливать сигналы.

Маленькие транзисторы малой мощности заключены в пластмассовый корпус для защиты внутренних частей. Но транзисторы более высокой мощности будут иметь частично металлический корпус, который используется для отвода выделяемого тепла, так как со временем это приведет к повреждению компонентов.Обычно мы находим эти транзисторы в металлическом корпусе прикрепленными к радиатору, который помогает отводить нежелательное тепло.

Например, внутри этого настольного источника питания постоянного тока у нас есть несколько МОП-транзисторов, которые прикреплены к большим радиаторам. Без радиатора компоненты быстро нагреваются до 45 градусов Цельсия (или 113 ° F) при токе всего 1,2 А. По мере увеличения силы тока они станут намного горячее. Но для электронных схем с небольшими токами мы можем просто использовать транзисторы с полимерным корпусом, которые не требуют радиатора.

На корпусе транзистора мы находим текст, который сообщает нам номер детали, который мы можем использовать, чтобы найти техническое описание производителя. Каждый транзистор рассчитан на работу с определенным напряжением и током, поэтому важно проверять эти таблицы.

Теперь с транзистором у нас есть 3 контакта, обозначенные E, B и C. Это обозначает эмиттер, базу и коллектор. Как правило, у этих транзисторов с полимерным корпусом с плоской кромкой левый вывод является эмиттером, средний — базой, а правая сторона — коллектором.Однако не все транзисторы используют эту конфигурацию, поэтому обязательно проверьте данные производителя.

Почему мы используем транзисторы?

Мы знаем, что если мы подключим лампочку к батарее, она загорится. Мы можем установить выключатель в схему и управлять светом, отключив подачу питания. Но для этого требуется, чтобы человек вручную управлял переключателем. Итак, как мы можем это автоматизировать? Для этого мы используем транзистор. Этот транзистор блокирует прохождение тока, поэтому свет не горит.Но если мы подадим небольшое напряжение на базовый вывод посередине, это заставит транзистор запускаться, позволяя току течь в главной цепи, поэтому загорается свет. Затем мы можем поместить переключатель на управляющий штифт, чтобы управлять им удаленно, или мы можем разместить на нем датчик, чтобы автоматизировать управление.

Как правило, нам нужно подать минимум 0,6–0,7 вольт на вывод базы, чтобы транзистор включился. Например, эта простая транзисторная схема имеет красный светодиод с напряжением питания 9 В на главной цепи.Базовый вывод подключается к источнику питания постоянного тока. Принципиальная схема выглядит так.

Когда напряжение питания на выводе базы составляет 0,5 В, транзистор выключен, поэтому светодиод также не горит. При 0,6 В транзистор включен, но не полностью, светодиод тусклый, потому что транзистор еще не пропускает полный ток через главную цепь. Тогда при 0,7 В светодиод становится ярче, потому что транзистор пропускает почти полный ток, а при 0,8 В светодиод имеет полную яркость, транзистор полностью открыт.

Итак, что происходит, мы используем небольшое напряжение и ток, чтобы контролировать большее напряжение и ток.

Мы видели, что небольшое изменение напряжения на выводе базы вызывает большое изменение в главной цепи. Следовательно, если мы подаем сигнал на вывод базы, транзистор действует как усилитель. Мы могли бы подключить микрофон, который изменяет сигнал напряжения на базовом выводе, и это усилит громкоговоритель в основной цепи, чтобы сформировать очень простой усилитель.

Обычно в базовом выводе очень небольшой ток, возможно, всего 1 миллиампер или даже меньше.Коллектор имеет гораздо больший ток, например 100 миллиампер. Отношение между этими двумя величинами известно как текущий коэффициент усиления и использует символ бета (β). Мы можем найти соотношение в паспорте производителя.

В этом примере ток коллектора составляет 100 миллиампер, а базовый ток — 1 миллиампер, поэтому отношение 100 делится на 1, что дает нам 100. Мы можем изменить эту формулу, чтобы также найти токи.

Транзисторы NPN и PNP

У нас есть два основных типа биполярных транзисторов: NPN и PNP.Два транзистора выглядят почти одинаково, поэтому нам нужно проверить номер детали, чтобы узнать, какой из них.

С транзистором NPN у нас есть главная цепь и цепь управления. Оба подключены к плюсу батареи. Основная цепь выключена, пока мы не нажмем переключатель на цепи управления. Мы видим, что ток течет по обоим проводам к транзистору. Мы можем удалить главную цепь, и светодиод схемы управления будет по-прежнему включаться при нажатии переключателя, поскольку ток возвращается к батарее через транзистор.

В этом упрощенном примере, когда переключатель нажат, на основной штифт течет 5 миллиампер. На коллекторный стержень втекает 20 миллиампер, а на эмиттер — 25 миллиампер. Таким образом, ток объединяется в транзисторе.

С транзистором PNP у нас снова есть главная цепь и цепь управления. Но теперь эмиттер подключен к плюсу батареи. Основная цепь выключена, пока мы не нажмем переключатель на цепи управления.С помощью этого типа мы можем видеть, что часть тока вытекает из базового вывода и возвращается к батарее, остальная часть тока течет через транзистор, через главный светодиод и обратно к батарее. Если мы удалим главную цепь, светодиод цепи управления все равно будет гореть.

В этом примере, когда переключатель нажат, в эмиттер поступает 25 миллиампер, из коллектора — 20 миллиампер, а из базы — 5 миллиампер. Таким образом, ток в транзисторе делится.

показаны на электрических чертежах подобными символами. Стрелка находится на выводе эмиттера. Стрелка указывает в направлении обычного тока, поэтому мы знаем, как подключить их к нашим цепям.

Как работает транзистор

Чтобы понять, как работает транзистор, мы хотим, чтобы вы сначала представили воду, текущую по трубе. Он свободно течет по трубе, пока мы не заблокируем ее диском. Теперь, если мы подключим меньшую трубу к основной и поместим в эту маленькую трубу поворотный затвор, мы сможем перемещать диск с помощью шкива.Чем дальше открывается калитка; тем больше воды может течь в основной трубе. Распашная калитка немного тяжелая, поэтому небольшого количества воды будет недостаточно, чтобы ее открыть. Чтобы ворота открылись, требуется определенное количество воды. Чем больше воды течет в этой маленькой трубе, тем дальше открывается клапан и пропускает все больше и больше воды в основную трубу. По сути, так работает транзистор NPN.

Возможно, вы уже знаете, что при разработке электронных схем мы используем обычный ток.Итак, в этой схеме NPN-транзистора мы предполагаем, что ток течет от положительного полюса батареи к контактам коллектора и базы, а затем выходит из контакта эмиттера. Мы всегда используем это направление для проектирования наших схем.

Однако на самом деле происходит не это. На самом деле электроны текут от отрицательного полюса батареи к положительному. Это было доказано Джозефом Томпсоном, который провел несколько экспериментов по обнаружению электрона, а также доказал, что он движется в противоположном направлении.Таким образом, в действительности электроны перетекают с отрицательного полюса в эмиттер, а затем выходят из коллекторов и выводов базы. Мы называем это электронным потоком.

Помните, мы всегда проектируем схемы, используя традиционный метод измерения тока. Но ученые и инженеры знают, что именно поток электронов работает.

Кстати, мы также подробно рассмотрели, как работает аккумулятор в нашей предыдущей статье, проверьте ЗДЕСЬ.

Итак, мы знаем, что электричество — это поток электронов по проводу.Медная проволока — это проводник, а резина — изолятор. Электроны могут легко проходить через медь, но не через резиновый изолятор.

Если мы посмотрим на базовую модель атома для металлического проводника, у нас есть ядро ​​в центре, и оно окружено множеством орбитальных оболочек, удерживающих электроны. Каждая оболочка содержит максимальное количество электронов, и электрон должен иметь определенное количество энергии, чтобы попасть в каждую оболочку. Электроны, расположенные дальше всего от ядра, обладают наибольшей энергией.Самая внешняя оболочка известна как балансовая оболочка, проводник имеет от 1 до 3 электронов в своей балансовой оболочке. Электроны удерживаются на месте ядром, но есть еще одна оболочка, известная как зона проводимости. Если электрон может достичь этого, он может вырваться из атома и перейти к другим атомам. У атома металла, такого как медь, оболочка и зона проводимости перекрываются, поэтому электронам очень легко перемещаться.

Самая внешняя оболочка уплотнена изолятором.Для электронов очень мало места, или нет места. Ядро плотно захватывает электроны, а зона проводимости находится далеко, поэтому электроны не могут дотянуться до нее, чтобы убежать. Следовательно, электричество не может проходить через этот материал.

Однако есть еще один материал, известный как полупроводник. Кремний — это пример полупроводника. В этом материале в оболочке слишком много электронов, чтобы он мог быть проводником, поэтому он действует как изолятор. Но поскольку зона проводимости довольно близка, если мы предоставим некоторую внешнюю энергию, некоторые электроны получат достаточно энергии, чтобы совершить прыжок в зону проводимости и стать свободными.Следовательно, этот материал может действовать как изолятор, так и как проводник.

Чистый кремний почти не имеет свободных электронов, поэтому инженеры добавляют в кремний небольшое количество другого материала, который изменяет его электрические свойства. Мы называем это легированием P-типа и N-типа. Мы объединяем эти материалы, чтобы сформировать соединение P-N. Мы можем соединить их вместе, чтобы сформировать транзистор NPN или PNP.

Внутри транзистора находятся коллекторный штырь и эмиттерный штырь. Между ними в транзисторе NPN есть два слоя материала N-типа и один слой P-типа.Базовый провод подключается к слою типа P. В транзисторе PNP это просто настроено противоположным образом. Вся вещь покрыта смолой для защиты внутренних материалов.

Давайте представим, что кремний еще не легирован, так что внутри находится чистый кремний. Каждый атом кремния окружен 4 другими атомами кремния. Каждый атом хочет 8 электронов в своей валентной оболочке. Но атомы кремния имеют только 4 электрона в своей валентной оболочке. Таким образом, они украдкой делятся электроном со своим соседним атомом, чтобы получить желаемую восьмерку.Это известно как ковалентное связывание. Когда мы добавляем материал N-типа, такой как фосфор, он займет положение некоторых атомов кремния. Атомы фосфора имеют в своей валентной оболочке 5 электронов. Итак, поскольку атомы кремния делятся электронами, чтобы получить желаемые 8, им не нужен этот дополнительный, а это означает, что теперь в материале есть дополнительные электроны, и они могут свободно перемещаться.

При легировании P-типа мы добавляем такой материал, как алюминий или алюминий-мин-мкм, у этого атома всего 3 электрона в его валентной оболочке.Следовательно, он не может предоставить своим четырем соседям электрон для совместного использования, поэтому одному из них придется обойтись без него. Это означает, что была создана дыра, в которой электрон может сидеть и занимать ее.

Теперь у нас есть два легированных куска кремния, в одном слишком много электронов, а в другом их недостаточно. Два материала соединяются, образуя PN-соединение, на этом стыке мы получаем так называемую область истощения. В этой области часть избыточных электронов со стороны n-типа переместится, чтобы занять дырку со стороны p-типа.Эта миграция образует барьер со скоплением электронов и дырок на противоположных сторонах.

Электроны заряжены отрицательно, поэтому дырки считаются заряженными положительно. Таким образом, это накопление приводит к образованию слегка отрицательно заряженной области и слегка положительно заряженной области. Это создает электрическое поле и предотвращает перемещение большего количества электронов. Разность потенциалов в этой области обычно составляет около 0,7 В.

Когда мы подключаем источник напряжения к обоим концам, а положительный вывод соединен с материалом P-типа, это создаст прямое смещение, и электроны начнут течь.Источник напряжения должен быть выше барьера 0,7 В, иначе электроны не смогут совершить прыжок.

Когда мы меняем местами источник питания так, чтобы положительный полюс был подключен к материалу N-типа, электроны, удерживаемые в барьере, будут оттянуты обратно к положительному выводу, а отверстия будут оттянуты обратно к отрицательному выводу. Это вызвало обратную предвзятость.

В транзисторе NPN у нас есть два слоя материала N-типа, поэтому у нас есть два перехода и, следовательно, два барьера.Таким образом, обычно через него не может протекать ток.

Материал эмиттера N-типа сильно легирован, поэтому здесь много лишних электронов. База P-типа слегка легирована, поэтому здесь есть несколько отверстий. Коллектор N-типа умеренно легирован, поэтому здесь есть несколько лишних электронов.

Если мы подключили батарею между базой и эмиттером, положив положительный полюс на слой P-типа, это создаст прямое смещение. Прямое смещение вызывает коллапс барьера до тех пор, пока напряжение не ниже 0.7 вольт. Таким образом, барьер уменьшается, и электроны устремляются, чтобы заполнить пространство внутри материала P-типа. Некоторые из этих электронов займут отверстие и будут притягиваться к положительному выводу батареи. Слой P-типа тонкий и специально слегка легирован, поэтому вероятность попадания электронов в дырку мала. Остальные останутся свободно перемещаться по материалу. Следовательно, только небольшой ток будет вытекать из основного штифта, оставляя избыток электронов в материале P-типа.

Если мы затем подключим другую батарею между эмиттером и коллектором, с плюсом, подключенным к коллектору. Отрицательно заряженные электроны внутри коллектора будут притягиваться к положительному выводу, что вызывает обратное смещение. Если вы помните, при обратном смещении электроны и дырки барьера вытягиваются обратно.

Итак, электроны на стороне P-типа барьера притягиваются к стороне N-типа, а отверстия на стороне N-типа притягиваются обратно к P-типу.В материале типа P уже есть избыточное количество электронов, поэтому они будут двигаться, чтобы занять эти отверстия, и некоторые из них будут перетянуты, потому что напряжение этой батареи больше, поэтому притяжение намного выше. Когда эти электроны протягиваются, они перетекают в батарею, поэтому через переход обратного смещения возникает ток.

Более высокое напряжение на выводе базы полностью открывает транзистор, что означает больший ток и большее количество электронов, перемещающихся в слой P-типа, и, следовательно, большее количество электронов тянется через обратное смещение.Мы также видим, что на стороне эмиттера транзистора течет больше электронов, чем на стороне коллектора.

Как работают транзисторы? — Utmel

Транзистор — это разновидность полупроводникового устройства, регулирующего ток. Его функция состоит в том, чтобы преобразовать слабый сигнал в электрический сигнал с большим значением амплитуды, и он также используется в качестве бесконтактного переключателя.

Транзистор — это полупроводниковое устройство, регулирующее ток.Его функция состоит в том, чтобы преобразовать слабый сигнал в электрический сигнал с большим значением амплитуды, и он также используется в качестве бесконтактного переключателя. Транзистор является одним из основных полупроводниковых компонентов, который выполняет функцию усиления тока и является основным компонентом электронной схемы. Транзистор состоит из двух PN-переходов, очень близко расположенных друг к другу на полупроводниковой подложке. Два PN-перехода делят весь полупроводник на три части. Средняя часть — это базовая область, а две стороны — области эмиттера и коллектора.PNP и NPN — это два типа договоренностей.

Каталог

Ⅰ Структура ядра транзисторов

транзистор

Ядром транзистора является переход « PN », который представляет собой два встречных PN перехода. PN-переход может быть комбинацией NPN или комбинацией PNP. Поскольку кремниевый тип NPN является основным потоком транзисторов, в следующем материале в качестве примера в основном используется кремниевый транзистор типа NPN.

Принципиальная схема структуры транзистора NPN

Процесс производства кремниевого транзистора NPN:

Вид в разрезе структуры кристалла:

Ⅱ Рабочее состояние транзисторов

Когда напряжение, приложенное к эмиттерному переходу транзистора, меньше, чем напряжение проводимости PN перехода, ток базы, ток коллектора и ток эмиттера равны нулю.Транзистор теряет эффект усиления тока, а коллектор и эмиттер равны в выключенном состоянии переключателя, мы называем транзистор в состоянии отсечки.

Транзистор работает в активной области, когда эмиттерный переход транзистора смещен в прямом направлении, а коллекторный переход — в обратном. В активной области напряжение, приложенное к эмиттерному переходу транзистора, больше, чем напряжение включения PN перехода.И базовый ток управляет током коллектора, так что транзистор действует как усилитель, а его коэффициент усиления тока β = ΔIc / ΔIb. Мы называем транзистор в активном состоянии.

Когда напряжение, приложенное к эмиттерному переходу транзистора, больше, чем напряжение проводимости PN перехода, и когда ток базы увеличивается до определенной степени, ток коллектора больше не увеличивается с увеличением тока базы.В это время транзистор теряет эффект усиления тока. Напряжение между коллектором и эмиттером очень мало, а коллектор и эмиттер эквивалентны включенному состоянию переключателя. Это состояние транзистора называется состоянием насыщенной проводимости.

По уровню напряжения каждого электрода, когда транзистор работает, можно судить о рабочем состоянии транзистора. Персонал по обслуживанию электроники часто использует мультиметр для измерения напряжения на каждом выводе транзистора в процессе обслуживания, чтобы определить рабочее состояние и рабочее состояние транзистора.

Ⅲ Теоретический принцип работы транзисторов

Существует два типа транзисторов по материалам: германиевые трубки и кремниевые трубки. Каждый из них имеет две структурные формы, NPN и PNP, но наиболее часто используются кремниевые NPN и германиевые PNP транзисторы. Полупроводники N-типа добавляют фосфор в кремний высокой чистоты, чтобы заменить некоторые атомы кремния, чтобы создать стимуляцию свободной электронной проводимости под напряжением. P означает положительный. В полупроводниках P-типа вместо кремния добавляется бор, который создает большое количество дырок для облегчения проводимости.За исключением разницы в полярности источника питания, два принципа работы одинаковы. Следующее только знакомит с принципом усиления тока кремниевых трубок NPN.

Транзистор NPN и транзистор PNP

Для транзистора NPN он состоит из двух полупроводников N-типа и полупроводника P-типа посередине. PN-переход, сформированный между эмиттерной областью и базовой областью, называется эмиттерным переходом, а PN-переход, образованный коллекторной областью и базовой областью, называется коллекторным переходом.Эти три вывода называются эмиттером e, базой b и коллектором c.

Когда потенциал в точке b выше потенциала в точке e на несколько вольт, эмиттерный переход находится в прямом смещенном состоянии. Когда потенциал в точке C на несколько вольт выше, чем потенциал в точке b, коллекторный переход находится в состоянии обратного смещения, и коллекторная мощность Ec выше, чем базовая мощность Eb.

При изготовлении транзистора основная концентрация носителей в эмиттерной области сознательно делается больше, чем в базовой области.При этом базовая область делается очень тонкой, а содержание примесей необходимо строго контролировать. Таким образом, после включения питания эмиттерный переход смещается положительно. Основные носители (электроны) в эмиттерной области и основные носители (дырки) в базовой области легко диффундируют друг к другу через эмиттерный переход. Концентрационная база первого больше, чем второго, поэтому ток через эмиттерный переход представляет собой в основном поток электронов, который называется потоком электронов эмиттера.

Из-за тонкой области базы и обратного смещения коллекторного перехода большая часть электронов, инжектированных в область базы, пересекает коллекторный переход и попадает в область коллектора, образуя ток коллектора Ic, оставляя только несколько (1-10 %) электроны. Эти электроны рекомбинируются в отверстиях базовой области, и рекомбинированные дырки в базовой области перезаряжаются базовым источником питания Eb, таким образом формируя базовый ток Ibo. По принципу непрерывности тока:

Ie = Ib + Ic

Это означает, что добавлением небольшого Ib к базе можно получить больший Ic на коллекторе.Это так называемое усиление тока. Ic и Ib поддерживают определенное пропорциональное соотношение, а именно:

β1 = Ic / Ib

В формуле: β1 — коэффициент усиления постоянного тока,

Отношение изменения тока коллектора △ Ic к изменению тока базы △ Ib:

β = △ Ic / △ Ib

В формуле β называется коэффициентом усиления переменного тока. Поскольку значения β1 и β не сильно различаются на низких частотах, иногда для удобства их не различают строго, и значение β составляет от десятков до более чем сотни.

α1 = Ic / Ie (Ic и Ie — токи в цепи постоянного тока)

Формула: α1 также называется коэффициентом усиления постоянного тока, который обычно используется в схеме усилителя общей базовой конфигурации для описания взаимосвязи. между током эмиттера и током коллектора.

α = △ Ic / △ Ie

α в выражении — это увеличение переменного тока общей базы. Точно так же нет большой разницы между α и α1, когда на вход подается слабый сигнал.

Для двух увеличений, описывающих соотношение тока, соотношение следующее:

Эффект усиления тока транзистора заключается в том, чтобы использовать небольшое изменение тока базы для управления огромным изменением тока коллектора. Транзистор является своего рода устройством усилителя тока, но на практике эффект усилителя тока транзистора часто преобразуется в эффект усилителя напряжения через резистор.

Ⅳ Принцип усиления транзисторов

Источник питания Ub добавлен к эмиссионному переходу через резистор Rb.Эмиссионный переход смещен в прямом направлении, и большинство носителей (свободных электронов) в эмиссионной области непрерывно пересекают эмиссионный переход и входят в базовую зону, образуя эмиттерный ток Ie. В то же время основные носители в базовой области диффундируют в область излучения, но поскольку концентрация основных носителей намного ниже, чем концентрация носителей в области излучения, этим током можно пренебречь, поэтому можно считать, что излучение переход представляет собой в основном поток электронов.

После того, как электроны попадают в область базы, они сначала концентрируются около эмиттерного перехода, постепенно образуя разницу концентраций электронов. Из-за разницы концентраций поток электронов распространяется в основании к коллекторному переходу и втягивается в коллектор электрическим полем коллекторного перехода. Он называется током коллектора Ic.Также существует небольшая часть электронов (поскольку базовая область очень тонкая) рекомбинирована с дырками в базовой области, и отношение диффузного электронного потока к составному электронному потоку определяет усилительную способность транзистора.

Поскольку обратное напряжение, приложенное к коллекторному переходу, очень велико, сила электрического поля, создаваемая этим обратным напряжением, будет препятствовать диффузии электронов в области коллектора в базовую область .В то же время электроны, рассеянные около коллекторного перехода, будут втягиваться в коллекторную область, чтобы сформировать основной ток коллектора Icn. Кроме того, неосновные носители (дырки) в области коллектора также будут дрейфовать и течь в базовую область, чтобы сформировать обратный ток насыщения, который представлен Icbo. Его величина очень мала, но он чрезвычайно чувствителен к температуре.

Ⅴ Схема усилителя на транзисторах

Базовая схема усилителя — это базовый блок, который составляет сложную схему усилителя.Он использует характеристики входного тока биполярного полупроводникового транзистора для управления выходным током или характеристики входного напряжения полевого полупроводникового транзистора для управления выходным током для реализации усиления сигнала.

Базовая схема усилителя

Базовая схема усилителя обычно относится к схеме усилителя, состоящей из транзистора или полевой лампы. С точки зрения схемы, базовая схема усилителя может рассматриваться как двухпортовая сеть.Роль усиления отражается в следующих аспектах:

1) Схема усилителя в основном использует функцию управления транзистора или полевой трубки для усиления слабого сигнала. Выходной сигнал усиливается по амплитуде напряжения или тока, а энергия выходного сигнала усиливается.

2) Энергия выходного сигнала фактически обеспечивается источником питания постоянного тока, но она преобразуется в энергию сигнала посредством управления транзистором и подается на нагрузку.

Существует три различных конфигурации схемы транзистора: общий эмиттер, общая база и общий коллектор. Эти три схемы конфигурации имеют разные характеристики. Возможны различные конфигурации однотранзисторного усилителя.

Цепь с общим эмиттером, входной цикл и выходной цикл прошли эмиттер транзистора

Цепь с общей базой, входной цикл и выходной цикл прошли базу транзистора

Цепь с общим коллектором, вход Схема и выходная цепь прошли коллектор транзистора

Схема усилителя с общим эмиттером

Основная схема усилителя с общей конфигурацией эмиттера состоит в том, что входной сигнал складывается между базой и эмиттером, а также конденсаторами связи C1 и Ce. считаются закорачивающими сигнал переменного тока.Выходной сигнал выводится с коллектора на землю, постоянный ток отделяется разделительным конденсатором C2, и только сигнал переменного тока добавляется к сопротивлению нагрузки RL. Общая конфигурация излучения схемы усилителя фактически относится к общей конфигурации излучения транзистора в схеме усилителя.

Схема усилителя конфигурации с общим эмиттером

Когда входной сигнал равен нулю, источник постоянного тока обеспечивает постоянный ток базы и постоянный ток коллектора для транзистора через каждый резистор смещения и формирует определенное постоянное напряжение между тремя полюсами транзистора. .Из-за блокирующего действия конденсатора связи постоянного тока напряжение постоянного тока не может достигать входных и выходных клемм схемы усилителя.

Когда входной сигнал переменного тока добавляется к переходу передатчика транзистора через разделительные конденсаторы C1 и Ce, напряжение на переходе передатчика становится суперпозицией переменного и постоянного тока. Ситуация с сигналом в схеме усилителя более сложная. Обозначения каждого сигнала обозначены следующим образом: из-за эффекта усиления тока транзистора ic в десятки раз больше, чем ib.Вообще говоря, если параметры схемы установлены правильно, выходное напряжение может быть намного выше входного. Часть входного переменного тока достигает сопротивления нагрузки через конденсатор связи и формирует выходное напряжение.

Можно видеть, что сигнал постоянного тока коллектора транзистора в схеме усилителя не изменяется с входным сигналом, а сигнал переменного тока изменяется с входным сигналом. В процессе усиления сигнал переменного тока коллектора накладывается на сигнал постоянного тока, и только сигнал переменного тока извлекается с выходной клеммы через разделительный конденсатор.Следовательно, при анализе схемы усилителя можно использовать метод разделения сигналов переменного и постоянного тока, которые можно разделить на путь постоянного тока и путь переменного тока для анализа.

Статьи по теме:

Структура и принцип работы полевых транзисторов

Характеристики и принцип работы IGBT

Как работает транзистор? Руководство для начинающих

С транзистором можно управлять большим количеством электроэнергии, используя небольшое количество электричества. Это очень похоже на управление подачей воды поворотом клапана.

В транзисторе база используется как затвор для управления большей подачей электроэнергии.Коллектор используется в качестве источника питания большего размера, а эмиттер работает как выход для этого источника питания.

Применяя различные уровни электрического тока от базы, можно регулировать количество тока, протекающего через затвор от коллектора. Таким образом, очень небольшое количество тока может использоваться для управления большим током, как в усилителе.

Как работает транзистор NPN?

Транзистор NPN имеет три ножки — базу, эмиттер и коллектор. В NPN-транзисторе области коллектора и эмиттера состоят из материала N-типа, который в основном состоит из электронов. Базовая часть состоит из материала P-типа, который в основном состоит из отверстий.

В транзисторе NPN ток течет от коллектора к эмиттеру.для этого типа обтекания необходимо соблюдать такое смещение —

Как мы знаем ранее, в NPN-транзисторе области эмиттера, состоящие из материала N-типа, где основными носителями являются электроны с отрицательными зарядами.

Теперь мы хотим пропустить ток от коллектора к области эмиттера. Итак, мы прикладываем положительное напряжение к области эмиттера. В результате электроны на выводе коллектора отталкиваются этим напряжением, и ток течет к эмиттеру.

Теперь мы прикладываем напряжение к базовой области, которая состоит из материала P-типа.Это наиболее важная область для управления включением / выключением транзистора.

Если ток не проходит в базовую область транзистора, он оказывает сильное сопротивление протеканию тока. Таким образом, ток не течет от коллектора к эмиттеру.

Вот почему материал P, составляющий основную область, состоящую из отверстий, обеспечивает прочный барьер, разделяющий области коллектора и эмиттера.

Однако, когда ток течет в базу, электроны начинают течь в материал P и истощают количество дырок в области базы.

Барьер базовой области истощается, становясь меньше, пока не наберется достаточно электронов, чтобы полностью разрушить барьер. Когда это происходит, ток может легко течь от коллектора к эмиттеру.

Как работает транзистор PNP?

Транзистор PNP также имеет три ножки — База, Эмиттер и Коллектор.Области коллектора и эмиттера состоят из материала P-типа, который в основном состоит из отверстий. Базовая область состоит из материала N-типа, который в основном состоит из электронов.

В транзисторе PNP ток течет от эмиттера к коллектору. для этого типа обтекания необходимо соблюдать смещение —

Как мы знаем ранее, в транзисторе PNP области эмиттера, состоящие из материала P-типа, где основными носителями являются дырки, которые являются положительными зарядами.Теперь мы хотим пропустить ток от эмиттера к области коллектора. Итак, мы прикладываем положительное напряжение к области эмиттера. В результате отверстия в выводе эмиттера отталкиваются от этого напряжения, и ток течет к коллектору.

Теперь мы прикладываем напряжение к базовой области, которая состоит из материала N-типа. Это наиболее важная область для управления включением / выключением транзистора. Если в базовую область транзистора не поступает ток, он не оказывает сопротивления протеканию тока.Таким образом, ток может легко течь от эмиттера к коллектору.

Вот почему материал N, составляющий основную область, состоит из электронов. Теперь, если мы дадим больше электронов, приложив ток, тогда толщина базовой области увеличится, и это заблокирует поток тока от эмиттера к коллектору.

Вот почему, когда мы подаем ток на базу транзистора PNP, он блокирует поток тока от эмиттера к коллектору.А когда ток не течет от базы, ток может легко течь от эмиттера к коллектору.

Теперь подключите транзистор, как указано выше. После подключения схемы, если вы подадите достаточный ток на базу, то вы увидите, что транзистор отключился. И если вы уберете этот ток с базы, он станет включенным.

Как работают биполярные переходные транзисторы.

• Изучив этот раздел, вы сможете:
• • Опишите основную работу кремниевого планарного транзистора.
• • Изучите работу переходов база / эмиттер и база / коллектор.
• • Опишите влияние легирования на материалы транзисторов.

Рис. 3.3.1 Как легируется транзистор BJP.

Все дело в допинге

Принцип работы транзистора можно описать со ссылкой на рис. 3.3.1, на котором показано основное легирование переходного транзистора, и на рис.3.3.2, показывающий, как работает BJT.

Работа транзистора очень зависит от степени легирования различных частей полупроводникового кристалла. Эмиттер N-типа очень сильно легирован, чтобы обеспечить много свободных электронов в качестве основных носителей заряда. Слаболегированная базовая область P-типа чрезвычайно тонкая, а коллектор N-типа очень сильно легирован, чтобы придать ему низкое удельное сопротивление, за исключением слоя менее сильно легированного материала рядом с базовой областью.Это изменение удельного сопротивления коллектора гарантирует, что в материале коллектора рядом с основанием присутствует большой потенциал. Важность этого станет очевидной из следующего описания.

Рис. 3.3.2. Как транзистор усиливает ток.

Во время нормальной работы на переход база / эмиттер прикладывается потенциал, так что база примерно на 0,6 В положительнее, чем эмиттер, это делает переход база / эмиттер смещенным вперед.

К переходу база / коллектор прикладывается гораздо более высокий потенциал с относительно высоким положительным напряжением, приложенным к коллектору, так что переход база / коллектор сильно смещен в обратном направлении. Это делает слой истощения между базой и коллектором довольно широким после подачи питания.

Как упоминалось выше, коллектор состоит в основном из сильно легированного материала с низким удельным сопротивлением и тонкого слоя легированного материала с высоким сопротивлением рядом с переходом база / коллектор.Это означает, что большая часть напряжения между коллектором и базой вырабатывается через этот тонкий слой с высоким удельным сопротивлением, создавая высокий градиент напряжения рядом с переходом коллектор-база.

Когда переход база-эмиттер смещен в прямом направлении, в базу будет течь небольшой ток. Поэтому в материале P-типа вводятся отверстия. Эти дырки притягивают электроны через смещенный вперед переход база / эмиттер для объединения с дырками. Однако, поскольку эмиттерная область очень сильно легирована, в базовую область P-типа пересекает гораздо больше электронов, чем может объединиться с доступными дырками.Это означает, что в области базы имеется большая концентрация электронов, и большая часть этих электронов проходит прямо через очень тонкую базу и попадает в обедненный слой база / коллектор. Оказавшись здесь, они попадают под влияние сильного электрического поля на переходе база / коллектор. Это поле настолько сильное из-за большого градиента потенциала в материале коллектора, упомянутого ранее, что электроны перемещаются через обедненный слой в материал коллектора и, таким образом, в сторону вывода коллектора.

Изменение тока, протекающего в базе, влияет на количество электронов, притягиваемых эмиттером. Таким образом, очень небольшие изменения тока базы вызывают очень большие изменения тока, протекающего от эмиттера к коллектору, поэтому происходит усиление тока.

Посмотрите наше видео о том, как делаются биполярные транзисторы и как они работают.

Начало страницы

Предпосылки: теория транзисторов

Фон

Современные вычисления и электроника построены на транзисторе, что, по нашему мнению, делает его самым важным изобретением 20 века.Транзисторы используются как переключатели (устройства, сообщающие сигналам, куда идти) или усилители (устройства, преобразующие «маленькие» сигналы в более крупные), и эти две функции делают возможными ваши любимые мобильные телефоны.

Транзисторы можно производить массово при очень низких затратах, а транзисторы являются причиной того, что компьютеры с каждым днем ​​становятся все меньше и мощнее. Ежегодно на каждого мужчину, женщину и ребенка на Земле строится более 60 миллионов транзисторов. Транзисторы — ключ к нашему современному миру.Итак, если они такие замечательные, то как же они работают?

p-n переходы и легирование

Чтобы понять, как работают транзисторы, вы сначала должны понять концепцию p-n перехода. Р-n-переход имеет некоторое сходство с двойным слоем нейральных липидов (клеточной мембраной), о котором мы узнали в эксперименте 3. Напомним, липидный двойной слой является барьером между внутренней и внешней частью клетки, и он характеризуется накопление заряженных ионов по обе стороны от барьера.Заряженные ионы создают разницу в электрическом потенциале, которая в конечном итоге позволяет создавать потенциалы действия. Точно так же p-n-переход — это граница между двумя материалами с разными зарядами на них. Вместо ионов заряды в p-n-переходе контролируются наличием (-) или отсутствием (+) электронов.

Электроны имеют отрицательный заряд, и движение этих зарядов через проводящий материал является основой электричества. В некоторых материалах (называемых полупроводниками) мы можем управлять количеством присутствующих электронов с помощью процесса, называемого легированием, что означает введение примесей в чрезвычайно чистые полупроводники.Достаньте свои периодические таблицы, потому что этот процесс возможен только из-за химических свойств определенных элементов.

Полупроводники происходят из так называемой группы IV периодической таблицы, которая включает углерод, кремний и германий. Научная фантастика часто ссылается на эти элементы, потому что их свойства делают их таким ключевым аспектом как биологических, так и машинных систем. Каждый элемент группы IV имеет четыре электрона на внешнем энергетическом уровне, но в конечном итоге может содержать до восьми электронов.Это ключевой момент, потому что эти элементы группы IV могут затем образовывать четырехсторонние ковалентные связи в кристаллической решетке, так что внешний энергетический уровень каждого атома остается стабильным.

Элементы группы III (такие как бор или галлий) имеют три электрона в своей самой внешней электронной оболочке, а элементы группы V (такие как фосфор или мышьяк) имеют пять электронов в своей самой внешней электронной оболочке. Элементы обеих этих групп также могут образовывать ковалентные связи с электронами.

Если вы возьмете блок из чистого элемента IV группы, такого как кремний, и заполните его некоторыми атомами группы III, такими как бор, бор попытается вписаться в решетку.Однако, поскольку бор имеет только три электрона на внешней оболочке, один из четырех соседей кремния в решетке будет коротким на один электрон в ковалентной связи. Таким образом, связь будет иметь чистый положительный заряд (отсутствие электрона), который может притягивать и принимать электрон от соседней связи. Атомы группы III известны как акцепторы.

Легирование полупроводника акцепторами приведет к возникновению избытка этих отсутствующих электронов (известных как дырки), что приведет к появлению избытка «положительных» зарядов в материале, что приведет к тому, что этот материал будет назван «положительно легированным». или «р-допированный».

Как и следовало ожидать, когда элементы группы V, такие как фосфор, которые имеют пять электронов, добавляются к кремнию, это образует связи с избытком электронов. Таким образом, атомы группы V известны как «доноры». Легирование полупроводника донорами будет генерировать большую концентрацию отрицательно заряженных электронов, что сделает материал «отрицательно легированным» или «n-легированным».

Полупроводники с примесью p и n относительно электропроводны сами по себе, но что произойдет, если вы поместите блок полупроводника с примесью p-типа рядом с блоком полупроводника с n-примесью? Электроны в материале с примесью n-типа притягиваются к положительно заряженному веществу с примесью p, а избыточные электроны и положительные заряды встречаются в середине на стыке между двумя блоками.Когда электроны и дырки встречаются, они нейтрализуют друг друга и образуют слой, лишенный зарядов, или слой истощения. Как и в случае с нейронным двойным слоем, результирующие свойства электрического потенциала p-n-перехода позволяют выполнять множество функций.

Слой обеднения из-за отсутствия свободных зарядов является непроводящим без приложенного внешнего напряжения. Если сторона p-n перехода с примесью p-типа подключена к положительному напряжению, а сторона с n-примесью — к отрицательному напряжению батареи, это приводит к уменьшению электрического потенциального барьера и позволяет электронам пересекать pn-переход, что приводит к протеканию электрического тока.Этот процесс называется прямым смещением. Если, с другой стороны, полупроводник p-типа соединен с отрицательным напряжением, а полупроводник n-типа — с положительным напряжением, электроны и положительные заряды (дырки) отодвигаются дальше от области обеднения, что приводит к увеличению электрический потенциальный барьер, который ведет себя как изолятор. Это называется обратным смещением.

Таким образом, p-n-переходы обычно используются в качестве диодов, которые являются устройствами, которые позволяют электричеству течь в одном направлении, но не в противоположном.Важно отметить, что диоды пропускают односторонний ток только при достижении определенного напряжения или «прямого напряжения».

Теория транзисторов

Теперь, когда мы понимаем, как работают p-n-переходы и диоды, что бы произошло, если бы вы сделали «сэндвич» с одним блоком p-легированного материала, помещенным между двумя блоками n-легированного материала?

Теперь у нас есть устройство с одним переходом «n-p» и одним переходом «p-n», которое действует как два диода *, поставленные вплотную друг к другу.Что произойдет, если подать большое напряжение на весь бутерброд?

Мы не генерировали никакого тока! Что, если мы перевернем батарею?

Если диоды включены друг за другом *, приложенное напряжение, независимо от его направления, всегда будет вызывать обратное смещение одного из диодов и предотвращать протекание тока. Но … подождите … что, если мы добавим меньшее напряжение на вывод p-блока? Что тогда?

Верхний переход n-p, который смещен в обратном направлении напряжением основной батареи, предотвращает протекание тока.Но прямое смещение нижнего p-n перехода с меньшим напряжением заставляет огромное количество электронов стрелять в p-блок. Это приводит к снижению барьеров для прохождения тока в обоих обедненных слоях, и мы получаем экспоненциальное увеличение количества электронов, которые могут проходить через транзистор. У нас есть ток!

«Биполярный транзистор» — это реальный компонент этого сэндвича. Есть две разновидности: «PNP» и «NPN», но мы сосредоточимся на более распространенной конфигурации NPN.В транзисторе NPN три терминала называются эмиттером (первый N-блок), базой (P-блок) и коллектором (второй N-блок).

Теперь мы знаем, как работает транзистор, но почему его функция важна для нашей миссии по изучению потенциалов действия нейронов? Потенциал нейронного действия имеет чрезвычайно малое напряжение, которое необходимо усилить, чтобы его можно было наблюдать. Если мы настроим наш NPN-транзистор так, чтобы наш маленький нейронный сигнал проходил в P-блок (база), а наше большое напряжение (батарея) проходило через два n-блока (коллектор и эмиттер), у нас есть усилитель! Если мы затем будем контролировать ток между коллектором и эмиттером, мы должны увидеть сигнал, который выглядит так же, как наш потенциал действия…но намного больше!

Построение схемы для этого немного сложнее, чем просто подключить нейронный сигнал, транзистор и батарею, и мы рассмотрим это в следующей статье. Но … Если мы построим схему правильно, мы сможем усилить этот крошечный сигнал потенциала действия настолько, чтобы мы могли слышать его через простой динамик. И мы должны изучать мир нейронов.

Теперь перейдем ко второй части и построению вашей схемы …

Вопросы для обсуждения

1. Почему элементы группы IV называются «полупроводниками»? Они постоянно проводят время? Если нет, что с ними нужно сделать, чтобы заставить их вести себя?
2. Что происходит, когда атомы группы III добавляются в блок материала группы IV? А как насчет того, чтобы вместо этого добавить атомы V группы к IV? Как вы думаете, что произойдет, если вы просто смешаете атомы группы III и группы V? Как вы думаете, полученная смесь будет проводящей?
3. В нашем температурном эксперименте мы узнали об электрохимических взаимодействиях, происходящих на клеточной мембране.Как p-n-переход похож на липидный бислой клетки? Чем он отличается?
4. Как диоды относятся к транзисторам?

Как работают транзисторы [2226]

Содержание:

• Введение
• Переходные транзисторы
• Транзисторы NPN
• Транзисторы PNP
• Транзисторы с переходом из сплава
• Обзор
• Вопросы для самопроверки
• Полевые транзисторы
• Полевые транзисторы Junction-Gate
• Полевые транзисторы с изолированным затвором
• Обзор
• Вопросы для самопроверки
• Ответы на вопросов для самопроверки
• Вопросы к уроку

——————-

Цель урока:

На этом уроке вы узнаете…

• Узнайте, как производятся транзисторы и как они работают.

• Откройте для себя различные типы переходных транзисторов.

• Изучите некоторые специальные типы переходных транзисторов.

• Изучите работу полевых транзисторов.

• Изучите два основных типа полевых транзисторов.

ВВЕДЕНИЕ

Изобретенные в 1948 году транзисторы заменили электронные лампы во всех, кроме несколько особых случаев.Они были разработаны в Bell Telephone Laboratories. для использования в качестве усилителя голосовых сигналов. Первые транзисторы имели очень ограниченные возможности и могли использоваться только на звуковых частотах. Транзисторы улучшились с годами, и сегодня они превосходят по своим характеристикам электронные лампы во всех приложениях, кроме видео дисплеев.

имеют много преимуществ перед электронными лампами. У трубок есть катоды который необходимо нагреть, чтобы испустить электроны. Энергия, которая нагревает катод не способствует усилению сигнала, и, следовательно, считается расточительным.В процессе работы электронные лампы сильно нагреваются, и это тепло распространяется на другие части оборудования, что способствует их выходу из строя. Транзисторы потребляют гораздо меньше энергии и выделяют меньше тепла.

также меньше и прочнее электронных ламп. Резкий удар по вакуумной трубке может разбить стеклянную оболочку или вызвать повреждение трубки. короче, делая его бесполезным. Транзистор — прочное устройство, поэтому резкий удар вряд ли вызовет проблему.

Вы найдете транзисторы в радиоприемниках, телефонных аппаратах, видео. кассетные магнитофоны, передатчики и все типы компьютеров.Многие из устройства, которые сегодня считаются обычным явлением, не существовали бы, если бы они были не для транзисторов.

Транзистор очень важен в электронном оборудовании. Это важно что вы понимаете, как это работает. Этот урок, наверное, самый важный пока один. Если вы чего-то не понимаете после первого читая, перечитайте этот раздел, пока тема не станет ясной. Если ты все еще нужна помощь, воспользуйтесь консультационной службой NRI и напишите нам.Будем рады Вам помочь.

—————

ПЕРЕХОДНЫЕ ТРАНЗИСТОРЫ

На предыдущем уроке вы изучали диоды. Диод представляет собой двухэлементное устройство. Транзистор — это трехэлементное устройство. В переходный транзистор — наиболее широко используемый тип, поэтому вы изучите это первое.

Ранние транзисторы были сделаны из германия, но большинство современных транзисторов кремниевые. В нашем обсуждении мы будем говорить о кремниевых транзисторах, но германиевые транзисторы работают в основном так же.

Двухпереходный транзистор выполнен из монокристалла, имеющего три регионы. Центральная область сделана из материала n-типа или p-типа. Две торцевые области изготовлены из материала противоположного типа. Рисунок 1 (А) показывает один тип транзистора, в котором центральная область сделана из n-типа материал. Центральная область называется базовой. На одном конце эмиттер, а на другом конце коллектор. Оба конца выполнены из материала p-типа. Этот тип транзистора называется PNP-транзистором.

На рисунке 1 (B) показан другой транзистор, у которого база сделана из p-типа. материал, а эмиттер и коллектор выполнены из материала n-типа. Этот Тип транзистора называется транзистором NPN.

На рисунке 1 также показаны условные обозначения, используемые для обозначения обоих типов. транзисторов.

Обратите внимание, что в типе PNP стрелка на эмиттере указывает в сторону база, а в транзисторе NPN стрелка на эмиттере указывает подальше от базы.Важно помнить названия три части транзистора, а также используемые схематические обозначения для транзисторов PNP и NPN.

В некотором электронном оборудовании все транзисторы либо NPN, либо Транзисторы PNP. В другом оборудовании используются оба типа. Транзистор NPN является наиболее широко используемым из двух; и это также легче понять как это работает. Сначала мы обсудим этот тип.

Рисунок 1.(A) Соединительный транзистор PNP и его схематическое обозначение. (В) Транзистор с переходом NPN и его схематическое обозначение.

Транзисторы NPN

Переходы переходного транзистора действуют так же, как переходы в переходной диод. Между эмиттером и базой транзистора, показанном на рис. 2 (А) — стык. Электроны диффундируют из эмиттера через переход в базу транзистора. Когда электрон оставляет атом в эмиттере, он оставляет дыру позади, создавая положительный ион.В то же время электрон, движущийся в дырку в атоме в базовая область создает отрицательный ион. Положительный заряд накапливается на эмиттерная сторона перехода и отрицательный заряд накапливается на базе. Эти заряды предотвращают дальнейшую диффузию дырок и электронов через соединение.

Рис. 2. (A) Образование ионов на переходах NPN-транзистора. (B) ток в цепи эмиттер-база, и (C) в цепи коллектор-база. схема.

Между тем то же самое происходит на стыке основания и коллектор. Электроны диффундируют через переход в базовую область, и отверстия распространяются через соединение в коллектор, создавая отрицательный заряд на стороне базы и положительный заряд на коллекторе. После установления эти заряды предотвращают дальнейшую диффузию электронов. и дыры поперек стыка.

Посмотрите, что происходит, когда на базу эмиттера подается прямое смещение. стык, как показано на рис.2 (В). Обратите внимание, что отрицательный вывод батарея подключается к эмиттеру и положительной клемме аккумулятор подключается к базе, что дает прямое смещение по эмиттер-базовый переход.

Отрицательный потенциал, приложенный к эмиттеру, вынуждает электроны к соединение, а в трактах отверстия далеко от соединения. Оба действия стремятся нейтрализовать положительно заряженные ионы на эмиттерной стороне соединение. Положительный полюс батареи притягивает электроны от основной стороны соединения, в то время как он отталкивает отверстия в направлении это в то же время.Эти два действия, как правило, нейтрализуют заряд. на базовой стороне стыка.

При ослаблении барьерного потенциала на переходе электроны течь с отрицательной стороны АКБ через эмиттер, поперек соединение, в основание и от основания к положительной клемме батареи В то же время положительный вывод тянет электроны от основания, формируя дырочки. Эти отверстия отталкиваются от стыка, через эмиттер к концу, подключенному к отрицательной клемме батареи В эмиттере дырки захватывают электроны и исчезают.Таким образом, у нас есть ток, протекающий через цепь эмиттер-база, как показано на Рис.2 (B). Не все электроны пересекают переход эмиттер-база достигают положительной клеммы аккумулятора. Некоторые из них заполняют дыры в базовый материал p-типа. Точно так же не все дыры пересекают база в эмиттер доходит до отрицательной клеммы аккумулятора. Некоторые из них заполнены электронами в эмиттере. Этот ток, состоящий из электроны, заполняющие дыры в основании, и дырки, заполненные электронами в эмиттере, называется рекомбинационным током и транзистор спроектирован так, чтобы этот ток был как можно ниже, потому что он служит нет полезной цели.Чтобы максимизировать эффективность транзистора, мы хотим, чтобы отверстия и электроны, пересекающие переход, чтобы достичь концов кристалла.

Теперь давайте посмотрим, что произойдет, если обратное смещение переход база-коллектор путем подключения отрицательной клеммы аккумулятора к базе, а положительный вывод к коллектору, как показано на Рис.2 (С). Это увеличивает отрицательный заряд на основе перехода и положительный заряд на коллекторной стороне перехода, поэтому потенциальный барьер на стыке увеличивается.Это предотвращает текущее поток через переход база-коллектор из-за основных носителей.

В то же время электроны, являющиеся неосновными носителями в базе, вырваться из своих атомов и из обедненного слоя на основе сторона стыка. Эти электроны притягиваются положительным потенциалом применяется к коллекционеру. Они пересекают перекресток и текут через коллектор к клемме, подключенной к плюсовой стороне аккумулятора, как показано на рис.2 (С).

Рис. 3. Поток тока и движение носителей в транзисторе с переходом NPN.

Одновременно в истощенном слое коллектора образовывались дыры. сторона разветвления двигается к отрицательной клемме аккумулятора, пересеките перекресток и перетекайте в основание и в сторону отрицательного клемма аккумуляторной батареи.

Здесь они собирают электроны и исчезают. Таким образом, у нас есть текущий поток в цепи база-коллектор за счет неосновных носителей.

Теперь посмотрим, что происходит, когда напряжение смещения подается на оба переходы NPN-транзистора, как показано на рис.3. Учитывая сначала цепь эмиттер-база, у нас есть электроны, текущие из отрицательной вывод батареи через эмиттер n-типа через переход и в базу. Часть электронов, достигающих базы, рекомбинирует с дырками. Однако большинство электронов, достигающих базы, притягиваются к положительной потенциал, приложенный к коллектору и протекающий через основание, через положительный полюс аккумуляторной батареи.

В то же время положительный потенциал, приложенный к базе p-типа вытягивает электроны из кристалла, создавая дырки. Эти отверстия пересекаются переход в эмиттер, притянутый приложенным отрицательным напряжением. Эти отверстия проходят через эмиттер до конца, подключенного к батарее, где они собирают электроны и исчезают.

В цепи база-коллектор протекает обратный ток из-за неосновности перевозчики. Дыры, появляющиеся на коллекторной стороне истощенного слоя пересечь переход в основание и течь к отрицательной клемме батареи, смещая переход база-коллектор.Электроны в слой истощения на основной стороне соединения притягивается к положительный потенциал, приложенный к коллектору. Они пересекают перекресток и течь по направлению к положительной клемме батареи, подключенной между база и коллектор.

Когда протекают все эти токи, самый важный, полезный ток поток электронов от эмиттера, через базу, и к коллектор. Поскольку это полезный ток, нас интересует делая его как можно большим по сравнению с другими токами.Рекомбинация ток поддерживается на максимально низком уровне за счет добавления большего количества донорных атомов в эмиттер, чем акцепторные атомы к основанию. Таким образом, будет больше свободных электронов в эмиттере, чем в базе будут дырки, поэтому ток рекомбинации будет довольно небольшим. В хорошем транзисторе более 95% электронов, которые пересекают переход эмиттер-база, будут течь коллекционеру.

Транзисторы PNP

Теперь посмотрим, как работает транзистор PNP.

В этом транзисторе эмиттер и коллектор выполнены из р-типа. Материал и основа изготовлены из материала n-типа. Сначала рассмотрим что происходит на двух переходах до того, как на них будет подано какое-либо напряжение транзистор.

На стыках дыры от эмиттерной секции p-типа и p-типа секция коллектора диффундирует через стыки в основание. Дыры диффундируя в основание, положительный заряд на атомы около переходы.В то же время электроны из базы n-типа диффундируют через переходы как в эмиттер, так и в коллектор.

Эти электроны диффундируют от базы в эмиттер, с одной стороны основания, а коллектор, с другой стороны основания, поместите отрицательный заряд на атомах на эмиттерной и коллекторной сторонах переходы. Эти заряженные атомы или ионы будут отталкивать электроны. и отверстия из области соединения, чтобы предотвратить дальнейшее распространение через перекрестки.Таким образом, мы получим два слоя истощения, как показано на Рис. 4 (A) на следующей странице.

Рис. 4. (A) Образование ионов на стыке PNP-транзистора. (6) Ток, протекающий в цепи эмиттер-база, и (C) в цепи коллектор-база.

Перед тем, как продолжить, вам следует сравнить Рис. 2 (A), который показывает области истощения в транзисторе NPN, с рис. 4 (A), который показывает области истощения в транзисторе PNP. Обратите внимание, что области истощения имеют противоположные полярности.В транзисторе NPN на эмиттер-базе На эмиттерной стороне перехода есть положительные ионы. и отрицательные ионы на основной стороне перехода. С транзистором PNP, там с точностью до наоборот: отрицательные ионы находятся на эмиттере стороне перехода, а положительные ионы находятся на стороне основания соединение.

Обратите внимание, что полярность истощающих слоев в базе-коллекторе стыки тоже поменяны местами.

В транзисторе NPN отрицательные ионы находятся на стороне базы переход и положительные ионы на стороне коллектора. В транзисторе PNP с другой стороны, есть положительные ионы на основной стороне перехода и отрицательные ионы на коллекторной стороне перехода.

Возвращаясь к транзистору PNP, когда прямое смещение помещается между эмиттер и база, расположение выполнено как показано на Инжир.4 (В). Здесь положительное напряжение, приложенное к концу p-типа излучатель отталкивает дыры в сторону стыка. Эти дыры имеют свойство нейтрализовать отрицательно заряженные ионы на эмиттерной стороне перехода. В дырки образуются в конце секции p-типа за счет притяжения электронов из-за положительного потенциала, приложенного к этой секции. В то же время, положительный потенциал, приложенный к эмиттеру, притягивает электроны которые дали ионам на p-стороне перехода их отрицательные заряжать.Это также ослабляет отрицательный заряд на эмиттерной стороне соединение.

В основании отверстия притягиваются к отрицательной клемме аккумулятор, в то время как электроны подталкиваются к обедненному слою.

Выталкивание отверстий из зоны истощения и выталкивание электроны в нем стремятся нейтрализовать заряд на основной стороне соединение. Чистый эффект смещения в прямом направлении заключается в нейтрализации заряды на каждой стороне перехода и позволить току течь через соединение.Текущий поток осуществляется основными носителями: электронами на Базовая область n-типа и дырки из области эмиттера p-типа.

Таким образом, в цепи эмиттер-база электроны текут из отрицательный вывод АКБ к базе, через базу, через переход, и через эмиттер к положительной клемме батарея В то же время у нас образуются дыры, потому что электроны вытягиваются из эмиттера p-типа положительным потенциалом применяется к нему.Отверстия проходят через эмиттер, через стык, в основание, и в точку, где база соединяется с отрицательным клемма аккумуляторной батареи. В этот момент дырки захватывают электроны и пропадать.

Не все электроны, идущие от базы к эмиттеру, достигают положительного клеммы батареи Некоторые из этих электронов рекомбинируют с дырками в эмиттере. Точно так же некоторые дырки, идущие от эмиттера в базу возьмите электрон в базе.Еще раз, это рекомбинационный ток и должен быть как можно ниже.

Теперь рассмотрим переход база-коллектор. Это соединение с обратным смещением как показано на рисунке 4 (C). Здесь у нас есть истощенный слой на стыке.

У нас также есть неосновные носители, образующиеся в обедненном слое. Отверстия, которые образуются в области основания, пересекают стык, и вместо этого нейтрализации отрицательно заряженного атома вблизи перехода на коллекторе, притягиваются отрицательным потенциалом, приложенным к коллектору.

Аналогичным образом электроны образуются в обедненном слое коллектора p-типа. пересекают переход и привлекаются приложенным положительным потенциалом к базе. Таким образом, мы имеем протекание тока за счет неосновных носителей заряда.

Теперь посмотрим, что происходит, когда оба соединения смещены, как показано на Рис.5. Электроны перетекают с отрицательной клеммы батареи в базу, через переход эмиттер-база и через эмиттер к положительный полюс аккумуляторной батареи. Некоторые отверстия выполнены в р-типе. секция эмиттера из-за вытягивания электронов из секции положительной клеммой аккумуляторной батареи.

Рис. 5. Поток тока и движение носителей в соединительном транзисторе PNP.

Некоторые из этих отверстий пересекают стык в основании n-типа, где они поднять электрон и исчезнуть. Это рекомбинационный ток.

Большинство отверстий, образовавшихся в эмиттере, пересекают переход эмиттер-база. в основание, где их привлекает приложенный отрицательный потенциал. коллекционеру. Эти отверстия пересекают основание, соединение база-коллектор, и поток к клемме коллектора, подключенной к отрицательной клемме батареи Здесь дыры собирают электроны и исчезают.

Есть еще один ток, пересекающий коллекторный переход базы из-за неосновные носители, обнаруженные в обедненном слое. Электроны, образовавшиеся на коллекторная сторона перехода пересекается и привлекается положительным клемма аккумулятора, которая подключается к переходу база-коллектор.

Аналогичным образом отверстия, образованные на основной стороне обедненного слоя, привлечен отрицательной клеммой АКБ, подключенной к коллектору.

Всего в транзисторе PNP протекает четыре тока, просто как в транзисторе NPN. Самый большой из этих токов связан с перемещение отверстий из эмиттера через цоколь в коллектор, к отрицательной клемме АКБ, подключенной к коллектору. В В дополнение к этому току протекают три небольших тока. Один это ток, создаваемый движением электронов от отрицательного вывода батареи эмиттер-база в базу, через базу, через переход, а через эмиттер к плюсовой клемме аккумуляторной батареи.

Другой — это рекомбинационный ток из-за объединения дырок с электроны в базе. И последний — обратный ток из-за пары дырка-электрон, образующиеся в обедненном слое базы-коллектора соединение. Направления движения дырок и электронов показаны на Рис.5.

В транзисторе PNP ток рекомбинации поддерживается на минимально возможном уровне. потому что он не служит никакой полезной цели, как и транзистор NPN.В транзистор PNP, ток рекомбинации сведен к минимуму за счет добавление большего количества акцепторных атомов к эмиттеру, чем донорных атомов к основанию. Это создает больше свободных дырок в эмиттере, чем свободных электронов. в базе, поэтому ток рекомбинации будет довольно небольшим. В хорошем PNP-транзистор, более 95% отверстий, пересекающих переход эмиттер-база сток в коллектор.

Обратите внимание на сходство и различие между транзисторами PNP и NPN.В обоих транзисторах полезный ток исходит от большинства носителей заряда. эмиттер транзистора. В транзисторе NPN электроны текут из отрицательный полюс батареи, через эмиттер, через переход эмиттер-база и база через переход база-коллектор, и через коллектор к плюсовой клемме АКБ.

В транзисторе PNP электроны текут с отрицательной клеммы аккумуляторной батареи. в коллектор, где заполняют отверстия, поступающие на вывод коллектора.

Положительный полюс батареи эмиттер-база притягивает электроны. от эмиттера, и эти электроны проходят через батарею в положительный полюс базо-коллекторной батареи.

Между тем, отверстия, сделанные эмиттерным выводом аккумуляторной батареи перемещаться по эмиттеру, переходу эмиттер-база, базе, базе коллекторный переход, а коллектор к клемме, подключенной к отрицательная клемма аккумуляторной батареи.Там они заполнены электронами.

Обратите внимание, что в обоих типах транзисторов ток протекает в большинстве случаев. перевозчики; и что в обоих случаях большинство перевозчиков уходят из клемма аккумулятора, подключенного к эмиттеру, через эмиттер, через переход эмиттер-база, через базу, через базу-коллектор разветвление, а через коллектор — к выводу аккумуляторной батареи, подключенной коллекционеру. Во внешней цепи NPN-транзистора ( цепь, состоящая из батарей), электроны текут в том же направление в качестве основных носителей в транзисторе.В транзисторе PNP поскольку большинство носителей заряда в транзисторе — дырки, электроны во внешних контурах текут в направлении, противоположном направлению большинство перевозчиков.

В этом разделе, посвященном транзисторам, мы рассмотрели очень многое, и это было бы неплохо еще раз просмотреть этот раздел. Важная вещь следует помнить, что полезный ток через транзистор в большинстве своем перевозчики. В транзисторе NPN основными носителями являются электроны и в транзисторе PNP большинство носителей представляют собой дырки.

Также следует обратить внимание на полярность батарей, используемых для пересылки смещает переход эмиттер-база и обратное смещение перехода база-коллектор.

Для прямого смещения перехода эмиттер-база к NPN-транзистору необходимо подключите отрицательную клемму аккумулятора к эмиттеру, а положительную терминал к базе. Для прямого смещения PNP-транзистора подключите положительный клемма аккумулятора к эмиттеру и отрицательная клемма аккумулятор к базе.Для обратного смещения переход база-коллектор NPN транзистор, вы подключаете отрицательную клемму аккумулятора к база и положительный вывод к коллектору. Чтобы изменить смещение переход база-коллектор PNP-транзистора, вы подключаете положительный клемма аккумулятора к основанию и отрицательная клемма аккумулятор к коллектору.

Транзисторы с легкосплавным соединением

Первые транзисторы были выращены на германии. переходные транзисторы.Этот транзистор сделан из небольшого прямоугольного брусок, вырезанный из выращенного кристалла германия. Подходящие примеси добавляются так, чтобы образовались области NPN, показанные на рисунке 6. База транзистора, который делается как можно более тонким, расположен посередине между двумя концами. К эмиттеру привариваются подходящие контакты, базовые и коллекторные регионы.

Недостаток этого типа транзистора в том, что он не особо хорошо подходит для работы на высоких частотах.Кроме того, он чувствителен к температуре и может стать довольно нестабильным при высоких температурах.

Современные транзисторы представляют собой транзисторы с переходом из кремниевого сплава. Есть ряд различных типов транзисторов с переходом из сплава. В этой секции На уроке мы собираемся кратко обсудить эти транзисторы. Ты не нужно запоминать название каждого вида; они все стык транзисторы и работают в основном одинаково.

Переходный транзистор из сплава PNP состоит из небольшого прямоугольного кусок полупроводникового материала n-типа и плавление маленьких точек индия в нее с противоположных сторон, как показано на рис.7.

Это приводит к образованию материала p-типа в точках, где точки сплавлены в пластину, образуя транзистор PNP.

NPN-транзистор можно сделать, взяв кусок полупроводника p-типа. материал и сплав свинца и сурьмы на двух противоположных сторонах. Можно получить более равномерное проплавление свинцово-сурьмянистого сплава. в полупроводниковый материал в этом типе транзистора, и, таким образом, лучшее расстояние между стыками.Это сокращает ширину материала. между эмиттером и коллектором и дает улучшенные высокие частоты представление.

Рис. 6. Транзистор с выросшим переходом.

Рис. 7. Транзистор с переходом из сплава.

Этот тип транзистора лучше работает на более высоких частотах, чем переходной транзистор выращенного типа. Он имеет более высокий потенциал для усиления, и остается стабильным при повышении температуры.

Транзистор с поверхностным барьером — это транзистор с переходом из сплава, в котором ямки протравливаются в кремнии, как показано на рисунке 8, перед добавлением примеси, образующие эмиттер и коллектор.

Транзисторы с поверхностным барьером хорошо работают на высоких частотах.

Обратите внимание, что как на Рис.7, так и на Рис.8 коллектор больше, чем эмиттер. На Рис. 8 (B) мы показали, как большинство перевозчиков распространяются, когда они пересекают базу, двигаясь от излучателя к коллекционер.

Рис. 8. (A) Эскиз транзистора с поверхностным барьером. (B) Движение отверстия через базу.

Рис. 9. Диаграмма увеличения количества донорных примесей. концентрация электронов в базе.

Диффузионные транзисторы. Диффузия — это прохождение одного материала через Другой. Хотя материал может выглядеть и ощущаться твердым, его много пространства между его атомами. Если вы наполнили герметичную стеклянную банку водородом и оставив его на несколько дней, вы обнаружите, что водород сбежал, и что стакан был наполнен воздухом.Атомы водорода очень маленькие и очень активные, просто рассеиваются через стекло. Этот техника используется при изготовлении дрейфового транзистора, мезы транзистор и планарный транзистор, все из которых классифицируются как диффузионные транзисторы.

В дрейфовом транзисторе PNP, показанном на рис.9, эмиттер-база а переходы коллектор-база сформированы методом сплава, но базовая область образована процессом диффузии, в котором примеси в базовом регионе варьируются.В типичном транзисторе этого типа концентрация донорных примесей, добавляемых в основу, контролируется так что концентрация максимальна в области перехода эмиттер-база, затем быстро спадает и, наконец, достигает постоянного значения, которое доходит до перехода база-коллектор.

Меза-транзистор PNP начинается с куска материала p-типа, к которому донорные примеси добавляются для формирования основной области, как показано на рис.10. После формирования базы добавляются акцепторные примеси, формирующие эмиттер. и базовый переход эмиттера.

Рис. 10. Меза-транзистор.

Рис. 11. Рассеянный транзистор планарного типа.

Рис. 12. Эпитаксиальный транзистор с двойным диффузором.

Достоинства меза-транзистора — хорошая высокочастотная характеристика. и очень стабильная производительность. Есть возможность контролировать производство методы довольно близко, так что характеристики меза-транзисторов одного типа очень похожи.Это не обязательно верно для других транзисторы; их характеристики часто варьируются в широком диапазоне.

Планарный транзистор NPN изготовлен из кремния n-типа. Акцепторные примеси распространяются в область, образующую основу, как показано на рисунке 11.

Затем донорные примеси диффундируют в небольшую область в центре. основания для формирования эмиттера. Обратите внимание на то, что, поскольку все соединения Вернувшись в ту же плоскость, этот тип транзистора называется планарным.Планарные транзисторы обычно имеют очень низкий обратный ток.

Эпитаксиальные транзисторы. Один недостаток транзистора диффузионного типа — относительно высокое сопротивление коллектора. Это ограничивает его полезность на высоких частотах. Если уменьшить сопротивление коллектора, мы ввести возможность коллектор-база или коллектор-эмиттер коротко, что разрушает транзистор. Обе эти проблемы можно преодолеть с эпитаксиальным транзистором, показанным на рис.12. В этом типе транзистора коллекторная область, непосредственно примыкающая к переходу база-коллектор легирован, чтобы иметь высокое сопротивление. Остаток коллектора легированные, чтобы иметь низкое сопротивление. Этот метод улучшает высокочастотный производительность транзистора и в то же время снижает возможность коллекционера коротко.

Обзор

Помните, что в транзисторе NPN основными носителями являются электроны.Они пересекают эмиттер до перехода эмиттер-база. Несколько электронов оставьте транзистор на базе, но большинство пересекает переход база-коллектор и течь через коллектор к источнику положительного напряжения. В хорошем Транзистор NPN, более 95% электронов пересекают переход эмиттер-база в итоге до сборщика дойдет.

В транзисторе PNP большинство носителей — дырки. Они производятся в эмиттере, потому что электроны вытягиваются из эмиттера положительный вывод источника напряжения, подключенного к эмиттеру.В отверстия пересекают эмиттер и переход эмиттер-база и входят в базу. Некоторые из отверстий переходят к базовому терминалу, где они заполняются. электронами, но большая часть дырок пересекает базу, база-коллектор узел и коллектор. Здесь они заполнены электронами из внешний источник напряжения. В хорошем PNP-транзисторе более 95% дырок произведенный в эмиттере переход от базы к коллектору.

Вопросы для самопроверки

1 Какие два материала были использованы при изготовлении транзисторов?

2 Какие два типа переходных транзисторов широко используются?

3 Какой тип смещения используется на переходе эмиттер-база транзистора?

4 Какой тип смещения используется на коллекторно-базовом переходе транзистор?

5 Нарисуйте схему транзистора PNP и покажите, как батареи соединены так, чтобы обеспечить правильное смещение между двумя переходами.

6 Нарисуйте схему NPN-транзистора и покажите, как работают батареи. подключен, чтобы обеспечить правильное смещение между двумя переходами.

7 Каковы полезные носители тока в транзисторе PNP? 8 Что такое полезные носители тока в транзисторе NPN?

———————-

ПОЛЕВЫЕ ТРАНЗИСТОРЫ

До сих пор вы изучали транзисторы NPN и PNP. Эти транзисторы называются биполярными устройствами, потому что их работа зависит от взаимодействия дырок и электронов.Полевой транзистор — устройство униполярное, работа которых зависит либо от дырок, либо от электронов, но не от того и другого.

Полевые транзисторы можно разделить на два типа: переход-затвор. полевой транзистор и полевой транзистор с изолированным затвором.

Давайте сначала рассмотрим полевой транзистор с переходным затвором.

Рис. 13. Чертеж, показывающий базовую работу полевого транзистора.

Рисунок 14.Схематическое изображение показанной схемы n-канального полевого транзистора на рис.13.

Рисунок 15. Схема схемы с p-канальным полевым транзистором.

Полевые транзисторы Junction-Gate

Один тип Полевой транзистор переход-затвор выполнен из куска n-типа материал, как показано на рис.13. Если отрицательная клемма аккумулятора подключен к одному концу материала, а положительный вывод — к другой конец, электроны текут через материал от одного конца к Другие.Если мы прикрепим кусок материала p-типа к одной стороне так, чтобы образуется pn переход, и на материал p-типа подается отрицательное напряжение, как показано на рисунке 13, ток через переход не может протекать, потому что соединение смещено в обратном направлении.

Однако отрицательное напряжение, приложенное к материалу p-типа, создает поле, которое распространяется на материал n-типа. Это поле блокирует поток электронов через материал n-типа, отталкивая их в сторону, как показано на рис.13. Мы называем материал n-типа каналом. Р-тип материал называется воротами. Эффект ворот заключается в сужении канал и увеличить его эффективное сопротивление. Очень высокое отрицательное напряжение нанесенный на затвор может полностью заблокировать поток электронов через канал n-типа. Этот тип транзистора называется n-канальным переходом. полевой транзистор, или n-канальный JFET. На рисунке 14 показана схема Схема схемы на рис.13.Конец, в который входят электроны канал называется источником S. Другой конец, куда выходят электроны. канал называется стоком D. Обратите внимание на направление, в котором нарисована стрелка; это указывает на затвор p-типа, что означает, что транзистор представляет собой n-канальный JFET. P-канальный JFET создается с использованием материала p-типа. как канал и материал n-типа как затвор. Рисунок 15, на следующем На странице изображена схема, аналогичная рис.14 с использованием p-канала JFET. Обратите внимание, что направление стрелки перевернуто. для обозначения логического элемента n-типа и полевого транзистора с каналом p-типа. В p-канальном JFET, соединения батареи с источником и стоком поменяны местами. Электроны в материал p-канала перемещается к положительной клемме батареи, оставляя за собой дыры. При подключении контура к стоку дырки заполняются электронами с отрицательной клеммы аккумулятора Таким образом, появляются дыры, движущиеся по каналу от источника к источнику. сток, но электроны текут во внешней цепи в противоположном направлении. направление.

Обратите внимание, что батарея, подключенная между затвором и источником, также поменял местами. Эта батарея называется аккумуляторной батареей смещения. Путешествие дыр через канал отталкиваются положительным напряжением на затворе. Увеличение этого положительного напряжения может уменьшить или перекрыть поток отверстий. через канал полностью.

Как видите, в n-канальном JFET количество протекающих электронов через канал зависит от амплитуды напряжения смещения.

Аналогично, в p-канальном JFET количество дырок, проходящих через канал зависит от напряжения смещения. Когда это напряжение меняется, носители, перемещающиеся по каналу, различаются.

Эта характеристика JFET допускает относительно небольшое напряжение сигнала. на затворе для управления гораздо большим или усиленным напряжением на выходе схема.

Мы обсудим усиление на следующем уроке.

Рисунок 16.Ток протекает через n-канальный IGFET без смещения.

Рис. 17. Ток через n-канальный IGFET с приложенным смещением.

Рисунок 18. Полевые транзисторы с изолированным затвором. (A) Схематический символ для n-канального устройства и (B) символ для p-канального устройства.

Полевые транзисторы с изолированным затвором

Помимо полевого транзистора соединение-затвор, имеется полевой транзистор с изолированным затвором; или IGFET.В IGFET ворота полностью изолирован от канала тонким изоляционным материалом. Например, между ними можно положить очень тонкий кусок стекла или слюды. проводящий канал и затвор. Таким образом, фактического стыка нет. между полупроводниковыми материалами в канале и затворе.

Чтобы сделать n-канальный IGFET, мы начнем с легированного материала p-типа. называется субстратом. Донорные атомы диффундируют в верхнюю часть подложки. чтобы сформировать n-канал, как показано на рис.16. Стеклянный изолятор, установленный на сторона канала изолирует ворота. Когда подключен аккумулятор через n-канал, как показано на рисунке 17, электроны покидают батарею. и течь к истоку, через канал, в сток и обратно в положительный полюс аккумуляторной батареи.

Когда отрицательное напряжение помещается между затвором и истоком, как Как показано на рис.17, канал эффективно сужается, так что сопротивление канала увеличивается в соответствии с величиной напряжения затвора.

Вместо использования материала n-типа для канала и материала p-типа для затвора в IGFET, тонкий кусок металла, который был окислен с одной стороны используется как для ворот, так и для изолятора. Оксиды металлов могут использоваться как изоляторы, потому что они не проводят электричество.

Преимущество такой конструкции в том, что оксид металла может сделать очень тонким, поставив металлический затвор намного ближе к каналу. Такой тип устройства называется металлооксидным, полупроводниковым полевым. транзистор.Иногда вы увидите это сокращенное название MOS field-effect. транзистор, но чаще вы видите его сокращенно MOS FET (произносится Мосфет). Производятся как n-канальные, так и p-канальные МОП-транзисторы. Схема символы, используемые для представления двух типов, показаны на рисунке 18.

На рисунке 18 (A) показан символ n-канального типа, а на рисунке 18 (B) показан символ для типа канала p. По сути, они работают так же, как JFET, за исключением того, что ток от канала до ворот или от ворот в канал.В JFET может быть очень небольшой ток утечки через переход. Однако в MOSFET ток между затвором и каналом отсутствует.

И JFET, и IGFET (MOSFET), обсуждаемые до сих пор, используют обратный перекос между стыком и каналом. Это обратное смещение снижает количество перевозчиков, проходящих через канал. Если предвзятость сделана достаточно высокий, предотвращает прохождение носителей по каналу, или как говорят, истощает несущие в канале.Таким образом, эти полевые транзисторы являются известны как типы истощения. Есть еще один тип полевых транзисторов, называемый улучшением. тип. Посмотрим, как это работает.

Все полевые транзисторы улучшенного типа являются полевыми транзисторами с изолированным затвором. В улучшении типа, канала нет. Канал образуется между источником и слив, когда ставим прямой уклон между затвором и подложкой. У вас не может быть расширенного типа JFET, потому что прямое смещение вызвать прохождение большого тока через затвор.

Рис. 19. Схема расширенного IGFET.

Эскиз n-канального типа расширения IGFET показан на рисунке 19, на следующей странице. Начнем с подложки p-типа и рассмотрим два области в него, один для истока и один для стока. Заметь между ними есть пространство и нет прямого канала от источника к утечка. Ворота размещаются так, чтобы они находились напротив обеих сторон. источник и сток.

Когда отрицательная клемма батареи подключена к источнику и положительный вывод к стоку, ток отсутствует, потому что канала нет. Если мы добавим вторую батарею с отрицательной клеммой подключен к источнику и его положительный вывод подключен к затвору, положительное напряжение, приложенное к затвору, вытесняет дырки из p-типа область между истоком и стоком. В то же время отрицательный напряжение, приложенное к источнику, вынуждает электроны выходить из источника в область между истоком и стоком, где они притягиваются положительным напряжением, приложенным к стоку.Это создает канал.

Чем выше положительное напряжение, приложенное между истоком и затвором, тем больше дырок вытесняется из области p-типа между источником и затвор, и чем больше электронов вытесняется из источника в канал и поперек канала к сливу. Таким образом, увеличивая напряжение между истоком и затвором снижает сопротивление между истоком и стоком, создав канал большего размера.

На рисунке 20 показаны схематические символы для IGFET расширенного типа. Один, показанный на рисунке 20 (A), предназначен для n-канала, а другой, показанный на рисунке 20 (B). для р-канала. Сравните эти символы с теми, что показаны на рисунке 18. Уведомление что на рис.18 есть прямая линия между истоком и стоком в каждый случай. Это означает, что канал существует, или, другими словами, что это IGFET истощенного типа. На рис.20 прямая линия между исток и сток не отображаются, потому что канал не существует если на затвор не подается правильное напряжение.Таким образом, это улучшения типа IGFET.

В этом обсуждении мы говорили как об истощении, так и об истощении. транзисторы с изолированным затвором улучшенного типа как IGFET, поскольку они оба полевых транзистора с изолированным затвором. Однако вы их увидите почти во всех случаях называются полевыми МОП-транзисторами, потому что ворота большинства IGFET представляет собой кусок металла, а изоляция представляет собой оксид, образованный на металл. Не позволяйте этому сбивать вас с толку; МОП-транзистор — это своего рода IGFET-транзистор.Тем не мение, термин IGFET охватывает все полевые транзисторы с изолированным затвором независимо от того, материалов, используемых для утепления ворот.

Рис. 20. Схематическое обозначение (A) n-канального улучшающего типа IGFET и (B) p-канальный блок.

Обзор

Полевые транзисторы широко используются в электронной технике. Там два основных типа, полевой транзистор с переходным затвором (JFET) и полевой транзистор с изолированным затвором (IGFET).Помни это в большинстве IGFET затвор представляет собой кусок металла, окисленный с одной стороны. В оксид — изолятор между затвором и каналом. Этот тип полевой транзистор обычно называют MOSFET. Также помните, что полевые транзисторы могут быть как n-канального типа, так и p-канального типа. типы. В IGFET истощенного типа канал присутствует и напряжение нанесенный на затвор уменьшает ширину, а значит, увеличивает сопротивление, канала.В полевом транзисторе обедненного типа затвор всегда имеет обратное смещение, поэтому между затворами нет тока. и канал, за исключением небольшого тока утечки, который может существовать.

IGFET может быть либо типа истощения, либо типа расширения. В улучшенном виде IGFET, канал между истоком и стоком не существует до тех пор, пока на затвор подается напряжение.

Вопросы для самопроверки

9 Чем отличаются полевые транзисторы с переходным затвором а полевой транзистор с изолированным затвором?

10 Что такое истощение полевой транзистор?

11 Что такое полевой эффект усиленного типа транзистор?

12 Является ли полевой МОП-транзистор полевым транзистором с переходным затвором? или полевой транзистор с изолированным затвором?

ОТВЕТЫ НА ВОПРОСЫ САМОПРОВЕРКИ

1.Германий и кремний.

2. НПН и ПНП.

3. В переходе эмиттер-база используется прямое смещение. Переслать смещать переход эмиттер-база в NPN-транзисторе, база сделана положительный по отношению к эмиттеру.

Для прямого смещения перехода эмиттер-база в PNP-транзисторе сделан отрицательным по отношению к эмиттеру.

4. Обратное смещение используется на переходе коллектор-база. Чтобы повернуть вспять смещает переход коллектор-база в NPN-транзисторе, коллектор сделан положительным по отношению к базе.Для обратного смещения коллектор-база переход в транзисторе PNP, коллектор сделан отрицательным относительно к базе.

5. См. Рис.5.

6. См. Рис.3.

7. Полезные носители тока в транзисторе PNP — это дырки.

8. Полезными носителями тока в NPN-транзисторе являются электроны.

9. В полевом транзисторе переход-затвор затвор находится в контакте с каналом. В полевом транзисторе с изолированным затвором затвор изолирован от канала.

10. Полевой транзистор обедненного типа — это устройство, в котором канал присутствует между исток и сток.

11. Полевой транзистор улучшенного типа — это блок, в котором нет канала между исток и сток, пока на затвор не будет подано рабочее смещение.

12 A MOSFET — это полевой транзистор с изолированным затвором, в котором затвор изготовлен из металла, а изолятор — это оксид металла.

Краткое содержание урока Некоторые важные факты, из которых вам следует запомнить это урок:

• Переходные транзисторы представляют собой трехэлементные полупроводниковые устройства.

• Два основных типа переходных транзисторов — это NPN и PNP.

• Прямое смещение позволяет проводить электроны через транзистор, от эмиттера к коллектору.

• Обратное смещение предотвращает протекание тока от эмиттера к коллектору транзистор.

• Полевые транзисторы используют энергию поля и полярность для установления или заблокировать канал через полупроводниковый материал.

ВОПРОСЫ УРОКА

Это урок номер 2226.

Обязательно напечатайте свое имя, номер ученика и номер урока в место в бланке ответов на урок. Обязательно заполните кружки под номером вашего ученика и номером урока.

Напоминание: Правильно заполненная форма ответов на урок позволяет нам оценить ваши ответы и ускорение результатов и дополнительный учебный материал для вас как можно скорее. Не держите свои формы ответов на уроках, чтобы отправить несколько за один раз.У вас могут закончиться учебные материалы, если вы не отправите ответы на оценку в кратчайшие сроки.

1. В правильно смещенном NPN-транзисторе база:

а. Отрицательный по отношению к эмиттеру и отрицательный по отношению к коллектор.

г. Отрицательный по отношению к эмиттеру и положительный по отношению к коллектор.

г. Положительный по отношению к эмиттеру и отрицательный по отношению к коллектор.

г. Положительный по отношению к эмиттеру и положительный по отношению к коллектор.

2. В правильно смещенном PNP-транзисторе база:

а. Отрицательный по отношению к эмиттеру и отрицательный по отношению к коллектор.

г. Отрицательный по отношению к эмиттеру и положительный по отношению к коллектор.

г. Положительный по отношению к эмиттеру и отрицательный по отношению к коллектор.

г. Положительный по отношению к эмиттеру и положительный по отношению к коллектор.

3. Какой из следующих транзисторов является униполярным устройством?

а. Транзистор с переходом из сплава.

г. Диффузионный транзистор.

г. Эпитаксиальный транзистор.

г. Полевой транзистор «переход-затвор».

4. Какой из следующих транзисторов является биполярным устройством?

а. JFET.

г. IGFET.

г. Эпитаксиальный транзистор.

5. Что такое полевой МОП-транзистор?

а. JFET.

г. IGFET.

г. Транзистор NPN.

г. Транзистор PNP.

6. Что происходит в NPN-транзисторе с электроном, который проходит через эмиттер и база и переходит в коллектор?

а. Остается в коллекторе.

г. Он заполняет дыру в акцепторном атоме.

г. Он возвращается на базу, где заполняет дыру.

г. Притягивается к плюсовой клемме АКБ

7. Что происходит в транзисторе PNP с отверстием, пересекающим эмиттер? а база переходит в коллектор?

а. Остается в коллекторе.

г. Он заполнен электроном от донорного атома.

г. Он возвращается в базу и заполняется свободным электроном.

г.Заливается электроном от батареи

8. В транзисторе PNP электроны переходят от базы к эмиттеру:

а. Не служат никакой полезной цели.

г. Увеличьте движение отверстий через транзистор.

г. Сделайте так, чтобы отверстия легче пересекали основание.

г. Не позволяйте электронам пересекать коллекторный переход базы.

9. Что из следующего является схематическим обозначением n-канального расширения? типа MOSFET?

10.Какой из схематических символов в предыдущем вопросе является схематический символ для p-канального МОП-транзистора с истощением?

————

NRI Школы

ОТКРЫТЬ НЕМНОГО ГЛУБЖЕ

Бедный фермер годами боролся, чтобы заработать себе на жизнь в скалистой местности. почва, затем в конце концов сдался в отчаянии и искал удачи в другом месте. Годы позже, каждый день на этой каменистой старой ферме выкапывали все больше богатств. чем фермер мог даже мечтать о существовании.Ферма стала золотой мой.

Многие из нас борются, как этот бедный фермер, никогда не мечтающий этот успех мог бы быть нашим, если бы мы копнули немного глубже там, где мы были. Миллионы людей сегодня едва ладят, когда у них способность делать что-то лучше просто потому, что им не хватает уверенности сами по себе. Они жертвы душевного поражения; они не верят они могут сделать что угодно лучше.

Если вам не хватает уверенности в себе и настойчивости — если вам не хватает чувства мастерство, сознание силы и победоносный настрой, начните сейчас развивать уверенность в себе.Как? Принимайте решения с уверенность и придерживайтесь их. Погрузитесь в свою работу немного усерднее, продолжайте продлится немного дольше, и вскоре вы обретете уверенность, вы быстро к успеху.