Как устроен транзистор: Эта страница ещё не существует

Содержание

Как устроен Транзистор (физический аспект) | ScArtproject

Купить транзисторы вы можете на Aliexpress оптом

Доброго времени суток. В своем блоге я перешел к рассмотрению транзистора по одной причине. В дальнейшем мы часто будем затрагивать радиоэлектронику, включая пайку схем. И знать как устроен транзистор, я считаю — это необходимо. Тем более в наше время транзисторы везде, во всех электронных приборах. На работе транзистора основаны процессоры, микросхемы и многое другое.

P.S. Также в скором будущем мы будем делать свой полноценный процессор, а точнее Битовый Сумматор, который без знания работы транзистора не представляет интереса.

Начнем..

Вот так выглядят транзистор

Состав транзистора — это кремниевые, реже германиевые пластины. Также производят из  нитрида галлия(высокое качество, дорого в производстве). Полный список можете найти в интернете.

Основной принцип работы транзистора прост: в одном случае транзистор пропускает ток, когда на Базу подается напряжение, в другом не пропускает, когда База остается нетронутой.

Схематичное представление транзистора

Сейчас все разберем по порядку. Транзисторы бывают полевыми (от слова поле) и Биполярными (Би — значит «2»). На рисунке выше изображен Биполярный транзистор. (Полярный разберем чуть позднее, но смысл у него тот же).

Биполярные транзисторы бывают n-p-n и p-n-p переходы (n — negative[электронный], p — positive [дырочный]). Для определенности рассмотрим n-p-n переход.

n-p-n

1.Из Базиса (области «p») электроны диффундируют (Диффузия)  в области «n» слева и справа. Т.е. дырки в электронную, а электроны в дырочную. На границе между переходами образуется поле, создаваемое зарядами «+» и «-«. Таким образом, процесс диффузии останавливается и создается баланс между электронами и дырками.

2.Если к n и n частям подвести ток, то каким бы не было направление тока, он течь не будет(точнее будет, так как ничего идеального нет, но он будет ничтожно мал). Рассмотрим почему:

При подключении к ЭДС таким образом, как на рисунке  (рассмотрим левую часть) ток начнет течь от «+» к «-«, т.е. дырки в левой «n» зоне начнут заполнятся электронами, следовательно в левой части «p» зоны появятся положительные ионы, которые создадут запирающее напряжение, из-за которого ток не пойдет. Т.е. наш ток от батареи пытается течь по часовой стрелки, а транзистор против часовой.

Конечно, если подать достаточно большое напряжение, то произойдет пробой, в результате чего ток потечет, но транзистор станет непригодным. Чтобы этого не произошло, надо читать инструкцию к транзистору, в котором написано максимальное работоспособное напряжение.

Аналогичная ситуация, если подсоединить батарею наоборот. Только тогда ток, создаваемый ЭДС потечет против ч.стрелки, а в транзисторе поле будет направлено в др сторону.

3. Теперь подключим к третьей ножке (Базе) ток.

В таком случае между n — p переходом исчезнет барьер и потечет ток, отсюда следует, что и у p — n перехода уйдет сдерживающее поле, тогда и по большой цепи, и по малой потекут электроны.

Полевой транзистор

Быстренька пройдемся по полевому транзистору.

1.У полевого транзистора также 3 части: Исток(откуда идут электроны), Сток(куда текут электроны), Затвор(пластина с электронными дырками).

Когда затвор не замкнут в цепи, то электроны могу спокойно течь против тока и никто им не мешает. (против , потому что ток течет от «+» к «-«, а электроны от «-» к «+»)<почему так, читайте внизу>

2. Если замкнуть затвор

На пластине затвора образуются избытки электронов. (Пластины обрамлены диэлектриком) Отсюда на нижней пластине  — излишки положительных ионов, что препятствует протеканию тока. И только некоторым электронам это удается. Аналогично с биполярными транзисторами (БТ).

Надеюсь я понятным языком объяснил устройство-работу транзисторов. Как и всегда вы можете писать свои предложения и вопросы в комментариях.

П.С. Почему электроны, частицы несущие заряд, при протекании тока, идут от «-» к «+», а ток течет от «+» к «-» ?

Отв: Благодаря Лейденским ученым, Вольту и др. мы узнали о существовании тока, и когда его открыли, то предписали, что он течет от + к — (условно). Но электрон открыли гораздо позднее (1897г). А к моменту открытии тока не было известно  о частице несущей заряд.

Источники:

— Школа

— ScArtProject.ru

Принцип действия транзистора, внутреннее устройство и основные характеристики транзисторов. Как устроен транзистор

Транзистор — прибор, работающий на полупроводниках с электронной начинкой. Он предназначен для превращения и усиления электрических сигналов. Различают два вида приборов: и униполярный транзистор, или полевой.

Если в транзисторе одновременно работают два вида носителей заряда — дырки и электроны, то он называется биполярным. Если в транзисторе работает только один тип заряда, то он является униполярным.

Представьте себе работу обыкновенного водяного крана. Повернули задвижку — поток воды усилился, повернули в другую сторону — поток уменьшился или прекратился. Практически в этом и заключаются принципы работы транзистора. Только вместо воды через него течет поток электронов. Принцип действия транзистора биполярного типа характерен тем, что через этот электронный прибор идут два вида тока. Они подразделяются на большой, или основной и маленький, или управляющий. Причем мощность управляющего тока влияет на мощность основного. Рассмотрим Принцип работы его отличается от других. В нем проходит лишь один которого зависит от окружающего

Биполярный транзистор делают из 3-х слоев полупроводника, а также, самое главное, из двух PN-переходов. Следует отличать PNP и NPN переходы, а, значит, и транзисторы. В этих полупроводниках идет чередование электронной и дырочной проводимости.

Биполярный транзистор имеет три контакта. Это база, контакт, выходящий из центрального слоя, и два электрода по краям — эмиттер и коллектор. По сравнению с этими крайними электродами прослойка базы очень тонкая. По краям транзистора область полупроводников не является симметричной. Для правильной работы данного прибора полупроводниковый слой, расположенный со стороны коллектора, должен быть пусть немного, но толще по сравнению со стороной эмиттера.

Принципы работы транзистора основаны на физических процессах. Поработаем с моделью PNP. Работа модели NPN будет подобной, за исключением полярности напряжения между такими основными элементами, как коллектор и эмиттер. Она будет направлена в противоположную сторону.

Вещество Р-типа содержит дырки или же положительно заряженные ионы. Вещество N-типа состоит из отрицательно заряженных электронов. В рассматриваемом нами транзисторе количество дырок в области Р намного больше количества электронов в области N.

При подключении источника напряжения между такими частями, как эмиттер и коллектор принципы работы транзистора основаны на том, что дырки начинают притягиваться к полюсу и собираться возле эмиттера. Но ток не идет. Электрическое поле от источника напряжения не доходит до коллектора из-за толстой прослойки полупроводника эмиттера и прослойки полупроводника базы.
Тогда подключим источник напряжения уже с другой комбинацией элементов, а именно между базой и эмиттером. Теперь дырки направляются к базе и начинают взаимодействовать с электронами. Центральная часть базы насыщается дырками. В результате образуется два тока. Большой — от эмиттера к коллектору, маленький — от базы к эмиттеру.

При увеличении напряжения в базе в прослойке N будет еще больше дырок, увеличится ток базы, немного усилится ток эмиттера. Значит, при малом изменении тока базы достаточно серьезно усиливается ток эмиттера. В результате мы получаем рост сигнала в биполярном транзисторе.

Рассмотрим принципы работы транзистора в зависимости от режимов его работы. Различают нормальный активный режим, инверсный активный насыщения, режим отсечки.
При активном режиме работы эмиттерный переход открыт, а коллекторный переход закрыт. В инверсионном режиме все происходит наоборот.

Что означает название «транзистор»

Транзистор не сразу получил такое привычное название. Первоначально, по аналогии с ламповой техникой его называли полупроводниковым триодом . Современное название состоит из двух слов. Первое слово — «трансфер», (тут сразу вспоминается «трансформатор») означает передатчик, преобразователь, переносчик. А вторая половина слова напоминает слово «резистор», — деталь электрических схем, основное свойство которой электрическое сопротивление.

Именно это сопротивление встречается в законе Ома и многих других формулах электротехники. Поэтому слово «транзистор» можно растолковать, как преобразователь сопротивления. Примерно так же, как в гидравлике изменение потока жидкости регулируется задвижкой. У транзистора такая «задвижка» изменяет количество электрических зарядов, создающих электрический ток. Это изменение есть не что иное, как изменение внутреннего сопротивления полупроводникового прибора.

Усиление электрических сигналов

Наиболее распространенной операцией, которую выполняют транзисторы , является усиление электрических сигналов . Но это не совсем верное выражение, ведь слабый сигнал с микрофона таковым и остается.

Усиление также требуется в радиоприеме и телевидении: слабый сигнал с антенны мощностью в миллиардные доли ватта необходимо усилить до такой степени, чтобы получить звук или изображение на экране. А это уже мощности в несколько десятков, а в некоторых случаях и сотен ватт. Поэтому процесс усиления сводится к тому, чтобы с помощью дополнительных источников энергии, полученной от блока питания, получить мощную копию слабого входного сигнала. Другими словами маломощное входное воздействие управляет мощными потоками энергии.

Усиление в других областях техники и природе

Такие примеры можно найти не только в электрических схемах. Например, при нажатии педали газа увеличивается скорость автомобиля. При этом на педаль газа нажимать приходится не очень сильно — по сравнению с мощностью двигателя мощность нажатия на педаль ничтожна. Для уменьшения скорости педаль придется несколько отпустить, ослабить входное воздействие. В этой ситуации мощным источником энергии является бензин.

Такое же воздействие можно наблюдать и в гидравлике: на открытие электромагнитного клапана, например в станке, энергии, идет совсем немного. А давление масла на поршень механизма способно создать усилие в несколько тонн. Это усилие можно регулировать, если в маслопроводе предусмотреть регулируемую задвижку, как в обычном кухонном кране. Чуть прикрыл — давление упало, усилие снизилось. Если открыл побольше, то и нажим усилился.

На поворот задвижки тоже не требуется прилагать особых усилий. В данном случае внешним источником энергии является насосная станция станка. И подобных воздействий в природе и технике можно заметить великое множество. Но все-таки нас больше интересует транзистор, поэтому далее придется рассмотреть…

Усилители электрических сигналов

С каждым годом появляется все больше и больше электронных средств, а они часто ломаются. На ремонт уходит немало средств, порой, достигая до 50 процентов от стоимости аппарата. И что досадно, некоторые из этих поломок можно было устранить самому, имея начальные знания о том, как работает транзистор. Почему он? Именно транзисторы чаще всего выходят из строя.

Виды транзистора

Чтобы легче разобраться в работе транзистора, необходимо иметь представление о нем. Он является полупроводником, что указывает на его способность проводить ток в одном направлении и не пропускать в другом. Чтобы достичь таких характеристик используются разные способы изготовления. Все эти приборы по своему характеру работы делятся на две группы :

  1. биполярные
  2. полярные

Хотя и те и другие относятся к одному классу — транзисторы, происходящие в них процессы сильно отличаются.

Биполярный

Движение электронов по замкнутой цепи называется электрическим током. Грубо говоря, чем больше электронов, тем больше ток. Если атом отдает электроны, он становится положительно заряженным и, наоборот, притягивая лишние электроны, он становится отрицательно заряженным.

При добавлении в кремний и германий примесей они становятся необходимым материалом, из которых и изготавливаются биполярные транзисторы.

Биполярными называются электронные приборы, состоящие из двух, имеющие разные заряды слоев

. Причем два крайних имеют одинаковый заряд. Тот слой, который имеет положительный заряд, называется «p», а отрицательный — «n». В связи с этим различают следующие типы:

Граница между этими слоями называется переход . Внутреннюю область, разделенную двумя переходами, называют базой. Две внешние области называют эмиттер и коллектор. Монокристалл изготовлен таким образом, что одна внешняя область передает в базу носители энергии и называется эмиттером. Другая внешняя область забирает эти носители и называется коллектором.

На электрической схеме биполярный транзистор обозначается в виде круга, внутри которого нарисована черточка, а к ней подходят три прямые. Одна подходит под углом в 90 градусов и обозначает базу, две другие под наклоном. Та из них что имеет стрелку обозначает эмиттер, другая — коллектор. Сам прибор, как правило, имеет три вывода, соответствующих этим областям.

Полевой

Другой вид называется полевой или униполярный. В отличие от биполярного p-n переход работает иначе. Его монокристалл имеет однородный состав. Канал, по которому движутся энергоносители, может быть дырочным или электронным. В дырочном носителем являются положительно заряженные неподвижные ионы, в электронном — отрицательно заряженные. Эти каналы также обозначаются буквами «p» и «n» соответственно.

Вокруг и почти по всей длине этого канала впрыскиваются, вживляются ионы противоположной полярности . Эта область называется затвором, она-то и регулирует проводимость канала. Тот край канала, через который заряженные частицы входят в кристалл, называется исток, а через который выходят — стоком.

Для улучшения электрических характеристик между металлическим каналом и затвором стали добавлять диэлектрик. Если классифицировать транзисторы по структуре, то можно выделить два семейства:

  • МДП (к ним можно отнести и МОП — металл-оксид-проводник)

МДП расшифровывается как металл-диэлектрик-проводник. Это полевой. Новый JGBT транзистор сочетает в себе достоинства биполярного, но имеет изолированный затвор.

Принцип действия

Один из сложных радиоэлементов — транзистор. Принцип работы его сводится к следующему :

  • регулировка
  • усиление
  • генерация

Биполярные обладают большей мощностью и могут работать с большими частотами. Однако, если нужен широкий спектр усиления, то без полевого не обойтись.

Работа полевого

Рассмотрим, как работает транзистор. Для начинающих радиолюбителей трудно разобраться во всех этих переходах. Чтобы показать принцип работы транзистора простым языком, обратим внимание на следующий пример .

Водопроводный кран вентильного типа способен очень плавно менять напор воды. Это достигается благодаря постепенному изменению пропускного отверстия. На этом же принципе основана работа и полевого транзистора.

Затвор окружает пропускной канал. При подаче на него запирающего напряжения, электрическое поле как бы сдавливает проход, тем самым уменьшая поток заряженных частиц. Как и при закрывании крана необходимо прилагать небольшое усилие, так и мощность затвора, по сравнению с основным каналом, очень мала. Сходство также и в том, что при небольших изменениях напряжения на затворе, сечение прохода также меняется незначительно.

Как работает биполярный

Работа биполярного прибора несколько отличается от работы полевого . В первую очередь отличается способ управления движением заряженных частиц. В полевом используется электрическое поле, в биполярном — ток между базой и эмиттером.

В зависимости от типа прибора стрелочка эмиттера на схеме будет либо направлена к базе, тогда это тип p-n-p, либо от базы, тогда это n-p-n. При подключении к этим зажимам одноименного напряжения («p» подключается к «+», а «n» подключается к «-«) в цепи эмиттер — база возникает ток. В базе появляется больше носителей заряда и их становится тем больше, чем больше ток в этой цепи.

К коллектору подводится обратное напряжение, т. е. к «p» подключается «-«, а к «n» — «+». Поскольку между эмиттером и коллектором возникает разность потенциалов, между этими выводами появляется ток. Он будет тем больше, чем больше носителей заряда имеется в базе.

Когда к эмиттеру и базе подключают источник питания противоположного знака, ток прекращается, транзистор закрывается. Что поможет лучше понять работу транзистора? Для чайников важно понять одну истину. Если открыт переход эмиттер — база (подается прямое напряжение), то открыт и сам прибор, в противном случае он закрыт .

Меры предосторожности

Полевые транзисторы очень чувствительны к повышенному напряжению. При работе с ними необходимо предотвратить возможность попадания на них статистического напряжения. Этого можно достичь надев заземленный браслет. При подборе аналога важно учитывать не только рабочее напряжение, но и допустимый ток. А если прибор работает в частотном режиме, то и его частоту.

Вне зависимости от принципа работы, полупроводниковый транзистор содержит в себе монокристалл из основного полупроводникового материала, чаще всего это — кремний, германий, арсенид галлия. В основной материал добавлены, легирующие добавки для формирования p-n перехода(переходов), металлические выводы.

Кристалл помещается в металлический, пластиковый или керамический корпус, для защиты от внешних воздействий. Однако, существуют также и бескорпусные транзисторы.

Принцип работы биполярного транзистора.

Биполярный транзистор может быть либо p-n-p, либо n-p-n в зависимости от чередования слоев полупроводника в кристалле. В любом случае выводы называются — база, коллектор и эмиттер. Слой полупроводника, соответствующий базе заключен между слоями эмиттера и коллектора. Он имеет принципиально очень малую ширину. Носители заряда движутся от эмиттера через базу — к коллектору. Условием возникновения тока между коллектором и эмиттером является наличие свободных носителей в области базы. Эти носители проникают туда при возникновении тока эмиттер-база. причиной которого может являться разность напряжения между этими электродами.

Т.е. — для нормальной работы биполярного транзистора в качестве усилителя сигнала всегда необходимо присутствие напряжения некого минимального уровня, для смещения перехода эмиттер-база в прямом направлении. Прямое смещение перехода база-эмиттер приоткрывая транзистор, задает так называемую — рабочую точку режима. Для гармоничного усиления сигнала по напряжению и току используют режим — А. В этом режиме напряжение между коллектором и нагрузкой, примерно равно половине питающего напряжения — т. е выходное сопротивление транзистора и нагрузки примерно равны. Если подавать теперь на переход база — эмиттер сигнал переменного тока, СОПРОТИВЛЕНИЕ эмиттер — коллектор будет изменяться, графически повторяя форму входного сигнала. Соответственно, то же будет происходить и с током через эмиттер к коллектору протекающим. Причем амплитуда тока будет большей, нежели амплитуда входного сигнала — будет происходить усиление сигнала.

Если увеличивать напряжение смещения база — эмиттер дальше, это приведет к росту тока в этой цепи, и как результат — еще большему росту тока эмиттер — коллектор. В конце, концов ток перестает расти — транзистор переходит в полностью открытое состояние(насыщения). Если затем убрать напряжение смещения — транзистор закроется, ток эмиттер — коллектор уменьшится, почти исчезнет. Так транзистор может работать в качестве электронного ключа . Этот режим наиболее эффективен в отношении управления мощностями, при протекании тока через полностью открытый транзистор величина падения напряжения минимальна. Соответственно малы потери тока и нагрев переходов транзистора.

Существует три вида подключения биполярного транзистора. С общим эмиттером (ОЭ) — осуществляется усиление как по току, так и по напряжению — наиболее часто применяемая схема.
Усилительные каскады построенные подобным образом, легче согласуются между собой, так как значения их входного и выходного сопротивления относительно близки, если сравнивать с двумя остальными видами включения (хотя иногда и отличаются в десятки раз).

С общим коллектором (ОК) осуществляется усиление только по току — применяется для согласования источников сигнала с высоким внутренним сопротивлением(импендансом) и низкоомными сопротивлениями нагрузок. Например, в выходных каскадах усилителей и контроллеров.

С общей базой (ОБ) осуществляется усиление только по напряжению. Имеет низкое входное и высокое выходное сопротивление и более широкий частотный диапазон. Это позволяет использовать подобное включение для согласования источников сигнала с низким внутренним сопротивлением(импендансом) с последующим каскадом усиления. Например — в входных цепях радиоприемных устройств.

Принцип работы полевого транзистора.

Полевой транзистор, как и биполярный имеет три электрода. Они носят названия — сток, исток и затвор. Если на затворе отсутствует напряжение, а на сток подано положительное напряжение относительно истока, то между истоком и стоком через канал течет максимальный ток.

Т. е. — транзистор полностью открыт. Для того, что бы его изменить, на затвор подают отрицательное напряжение, относительно истока. Под действием электрического поля (отсюда и название транзистора) канал сужается, его сопротивление растет, а ток через него уменьшается. При определенном значении напряжения канал сужается до такой степени, что ток практически исчезает — транзистор закрывается.

На рисунке изображено устройство полевого транзистора с изолированным затвором(МДП).

Если на затвор этого прибора не подано положительное напряжение, то канал между истоком и стоком отсутствует и ток равен нулю. Транзистор полностью закрыт. Канал возникает при некотором минимальном напряжении на затворе(напряжение порога). Затем сопротивление канала уменьшается, до полного открывания транзистора.

Полевые транзисторы, как с p-n переходом (канальные), так и МОП (МДП) имеют следующие схемы включения: с общим истоком (ОИ) — аналог ОЭ биполярного транзистора; с общим стоком (ОС) — аналог ОК биполярного транзистора; с общим затвором (ОЗ) — аналог ОБ биполярного транзистора.

По рассеиваемой в виде тепла мощности различают:
маломощные транзисторы — до 100 мВт;
транзисторы средней мощности — от 0,1 до 1 Вт;
мощные транзисторы — больше 1 Вт.

Важные параметры биполярных транзисторов.

1. Коэффициент передачи тока(коэффициент усиления) — от 1 до 1000 при постоянном токе. С увеличением частоты постепенно снижается.
2. Максимальное напряжение между коллектором и эмиттером(при разомкнутой базе) У специальных высоковольтных транзисторов, достигает десятков тысяч вольт.
3.Предельная частота, до которой коэффициент передачи тока выше 1. До 100000 гц. у низкочастотных транзисторов, свыше 100000 гц. — у высокочастотных.
4.Напряжение насыщения эмиттер-коллектор — величина падения напряжения между этими электродами у полностью открытого транзистора.

Важные параметры полевых транзисторов.

Усилительные свойства полевого транзистора определяются отношением приращения тока стока к вызвавшему его приращению напряжения затвор — исток, т. е.

ΔI d /ΔU GS

Это отношение принято называть крутизной прибора, а по сути дела оно является передаточной проводимостью и измеряется в миллиамперах на вольт(мА /В).

Другие важнейшие параметры полевых транзисторов приведены ниже:
1. I Dmax — максимальный ток стока.

2.U DSmax — максимальное напряжение сток-исток.

3.U GSmax — максимальное напряжение затвор-исток.

4.Р Dmax — максимальна мощность, которая может выделяться на приборе.

5.t on — типовое время нарастания тока стока при идеально прямоугольной форме входного сигнала.

6.t off — типовое время спада тока стока при идеально прямоугольной форме входного сигнала.

7.R DS(on)max — максимальное значение сопротивления исток — сток в включенном(открытом) состоянии.

Использование каких — либо материалов этой страницы, допускается при наличии ссылки на сайт

Транзистор относится к категории полупроводниковых приборов. В электротехнике он используется как генератор и усилитель электрических колебаний. Основой прибора является кристалл, расположенный в корпусе. Для изготовления кристалла используется специальный полупроводниковый материал, по своим свойствам находящийся в промежуточном положении между изолятором и проводником. Транзистор применяется в радио- и электронных схемах. Данные приборы могут быть . Каждый из них обладает собственными параметрами и характеристиками.

Особенности биполярных транзисторов

Электрический ток в биполярных транзисторах образуется электрическими зарядами, имеющими положительную и отрицательную полярность. Дырки переносят положительную полярность, а электроны — отрицательную. Для данного вида устройств используются германиевые или кремниевые кристаллы, обладающие индивидуальными особенностями, которые учитываются при создании электронных схем.

Основой кристалла служат сверхчистые материалы. К ним добавляются специальные примеси в точной дозировке. Именно они оказывают влияние на возникновение в кристалле электронной или дырочной проводимости. Они обозначаются соответственно, как n- или р-проводимость. Происходит формирование базы, являющейся одним из электродов. Специальные примеси, введенные в кристаллическую поверхность, изменяют проводимость базы на противоположное значение. В результате, образуются зоны n-р-n или р-n-р, к которым подключаются выводы. Таким образом, происходит создание транзистора.

Источник носителей заряда называется эмиттером, а собиратель носителей является коллектором. Между ними располагается зона, исполняющая роль базы. Выводы прибора называются в соответствии с подключенными электродами. При поступлении на эмиттер входного сигнала в виде небольшого электрического напряжения, в цепи между ним и коллектором будет протекать ток. Форма этого тока совпадает с входным сигналом, однако его значение существенно увеличивается. Именно в этом заключаются усиливающие свойства транзистора.

Работа полевого транзистора

В полевых транзисторах направленное движение электронов или дырок образуется под воздействием электрического поля, которое создается на третьем электроде приложенным напряжением. Из одного электрода выходят носители, поэтому он называется истоком. Второй электрод, на который поступают заряды, носит название стока. Третий электрод, управляющий движением частиц, называется затвором. Токопроводящий участок, ограниченный стоком и истоком, именуется каналом, поэтому данные устройства еще известны как канальные. Сопротивление канала изменяется под действием напряжения, образующегося на затворе. Этот фактор оказывает воздействие на протекающий по каналу электрический ток.

Тип носителей заряда влияет на характеристики . В n-канале происходит направленное движение электронов, а в р-канале перемещаются дырки. Таким образом, ток появляется под действием носителей лишь с каким-то одним знаком. В этом состоит основное отличие полевых и биполярных транзисторов.

Принцип работы каждого полевой транзистора заключается в однополярном токе, требует постоянного напряжения, чтобы обеспечить начальное смещение. Значение полярности зависит от типа канала, а напряжение связано с тем или иным типом устройства. В целом, они надежны в эксплуатации, могут работать в широком диапазоне частот, имеют большое входное сопротивление.

Как работает транзистор

Рассмотрим мы устройство транзисторов на примере МОП-транзисторов, также именуемых «полевыми». 

Принцип их действия прост и элегантен: в кристалле кремния создаются близлежащие зоны с разной проводимостью (если основной кристалл имеет электронную проводимость (n), то у зон создаётся «дырочная» проводимость (p), и наоборот). Одна область принимается за входную и называется истоком, другая служит выходом (сток). 

Между ними наращивается изолирующая подложка из диоксида кремния (или другого подходящего диэлектрика) толщиной около 200 нм. На подложку наносится слой металла, который и будет управляющим электродом (затвором). Вот этот «бутерброд» со структурой «металл-оксид-полупроводник» и есть полевой транзистор.

И как всё это работает? Наша задача — контролировать протекание тока между истоком и стоком через затвор. Относительно последнего и будем рассматривать функционал транзистора.

Если затвор электрически нейтрален, то электроны не могут преодолеть перемычку между истоком и стоком, даже если приложить к ним достаточно высокое напряжение. Говоря иначе, транзистор будет закрыт, и ток через него не пойдёт. Как его открыть? Очень просто — подать на затвор «плюсовое» напряжение и зарядить электрод, который создаст сильное электрическое поле. Оно притянет электроны к затвору, и под изолирующей подложкой появится зона высокой концентрации носителей заряда — канал, по которому они смогут пройти разделительную область обратной проводимости.

Такой режим работы полевого транзистора называется обогащением. А что же происходит при обеднении? Очевидно, что отрицательный потенциал будет расталкивать электроны в разные стороны, и никакой ток через разделительную зону не пройдёт. Отсюда уже совсем недалеко до ячейки памяти, ведь полевой транзистор пропускает или не пропускает ток в зависимости от того, есть ли потенциал на затворе. А он, как мы выяснили, представляет собой проводник, изолированный со стороны стока-истока. Если же изолировать затвор и со стороны внешней электрической цепи, то проводник сможет сохранять заряд достаточно долго. То есть полевой транзистор может выступать в роли ячейки памяти, состояние которой сохраняется и при отключении внешнего питания.

На практике затвор представляет собой изолированную пластину конденсатора. Такой тип полевых транзисторов получил название FLOTOX (Floating Gate Tunnel-OXide — плавающий затвор с туннелированием в окисле). Настоящая мистика начинается, когда требуется изменить состояние затвора. Он электрически изолирован, то есть отделён слоем диэлектрика толщиной всего в десяток атомарных слоёв. Если подать повышенное в 2–3 раза напряжение на сток и затвор (на сток «минус», на затвор и исток «плюс»), возникнет канал проводимости. Температура (то есть кинетическая энергия) некоторых электронов превысит среднюю, и часть из них сможет преодолеть слой диэлектрика. Это явление называется инжекцией «горячих» электронов (CHEI — Channel Hot Electrons Injection). В итоге заряд затвора изменится на отрицательный за счёт избытка электронов, и транзистор сможет реагировать на внешний сигнал, то есть сохранять информацию.

Снятие заряда затвора основано на методе квантово-механического туннелирования, впервые описанного физиками Ральфом Фаулером и Лотаром Нордхеймом (FNTFowler-Nordheim tunneling). Если подать повышенное напряжение на исток и затвор (на исток «плюс», на затвор «минус), то электрическое поле вытолкнет электроны в направлении изолирующей подложки, придав им дополнительную энергию. А дальше они исчезнут, чтобы возникнуть уже с другой стороны диэлектрика! Классическая механика объяснить такой эффект не может, но если учесть волновые свойства элементарных частиц и вероятностный характер их поведения… Вот такие физические сюрпризы спрятаны в самых обычных флешках.

Как работает транзистор для чайников

Если рассматривать механические аналоги, то работа транзисторов напоминает принцип действия гидравлического усилителя руля в автомобиле. Но, сходство справедливо только при первом приближении, поскольку в транзисторах нет клапанов. В этой статье мы отдельно рассмотрим работу биполярного транзистора. Основой устройства биполярного транзистора является полупроводниковый материал.


Поиск данных по Вашему запросу:

Схемы, справочники, даташиты:

Прайс-листы, цены:

Обсуждения, статьи, мануалы:

Дождитесь окончания поиска во всех базах.

По завершению появится ссылка для доступа к найденным материалам. ПОСМОТРИТЕ ВИДЕО ПО ТЕМЕ: КАК РАБОТАЕТ ТРАНЗИСТОР — ОБЪЯСНЯЮ НА ПАЛЬЦАХ

Primary Menu


Любое электронное устройство состоит из радиоэлементов. Они могут быть пассивными, не требующими источника питания, и активными, работа которых возможна только при подаче напряжения. Активными элементами называют полупроводники. Одним из важнейших полупроводниковых приборов является транзистор. Этот радиоэлемент пришёл на смену ламповым приборам и полностью изменил схемотехнику устройств. Вся микроэлектроника и работа любой микросхемы базируется именно на нём.

В общепринятом понятии это полупроводниковый элемент с тремя выводами. В нём величина тока на двух выводах зависит от третьего, при изменении на котором тока или напряжения происходит управление значением тока выходной цепи. Вариацией тока управляются биполярные приборы, а напряжением — полевые. Первые разработки транзистора были начаты в XX веке. В Германии учёный Юлий Эдгар Лилиенфельд описал принцип работы транзистора, а уже в году физиком Оскаром Хейл был зарегистрирован прибор, названный позже транзистором.

Такое устройство работало на электростатическом эффекте поля. Физики Уильям Шокли, Уолтер Браттейн вместе с учёным Джоном Бардином в конце х годов изготовили первый макет точечного транзистора. С открытием n-p перехода выпуск точечного транзистора прекратился, а вместо него начались разработки плоскостных устройств из германия. Официально представлен был действующий прототип транзистора в декабре года.

В этот день появился первый биполярный транзистор. Летом года начались продаваться устройства, выполненные на транзисторной основе. С этого момента распространённые на тот момент электронные лампы триоды начали уходить в прошлое. В середине х годов первый плоскостной транзистор был выпущен в серию компанией Texas Instruments, в качестве материала для его изготовления послужил кремний.

На тот момент при производстве радиоэлемента выходило много брака, но это не помешало технологическому развитию прибора. В году на транзисторах была изготовлена схема, использующаяся в слуховых аппаратах, а годом позже американские физики получили за своё открытие Нобелевскую премию.

Март года ознаменовался созданием первого кремниевого планарного прибора, его разработчиком был физик из Швейцарии Жан Эрни. Пара транзисторов была успешно размещена на одном кристалле кремния. С этого момента и началось развитие интегральной схемотехники. На сегодняшний день в одном кристалле размещается более миллиарда транзисторов.

Параллельно с усовершенствованиями биполярного транзистора в х годах начались разработки прибора на основе соединения металла с полупроводником.

Для полевых транзисторов, сравнение с которыми более верно, — потенциалом на затворе, а для биполярных транзисторов — потенциалом на базе или током базы. Основа работы прибора заключается в способности n-p перехода пропускать ток в одну сторону. При подаче напряжения на одном переходе возникает его прямое падение, а на другом обратное. Зона перехода с прямым напряжением обладает малым сопротивлением, а с обратным — большим. Между базой и эмиттером протекает небольшой ток управления.

От значения этого тока изменяется сопротивление между коллектором и эмиттером. Биполярный прибор бывает двух типов:. Если соединить два полупроводника разного типа между собой, то на границе соединения возникает область или, как принято называть, p-n переход.

Тип проводимости зависит от атомного строения материала, а именно насколько прочны связи в материале. Атомы в полупроводнике располагаются в виде решётки, и сам по себе такой материал не является проводником. Но если в решётку добавить атомы другого материала, то физические свойства полупроводника изменяются.

Примешанные атомы образовывают, в зависимости от своей природы, свободные электроны или дырки. Образованные свободные электроны формируют отрицательный заряд, а дырки — положительный. В области перехода существует потенциальный барьер. Он образуется контактной разностью потенциалов, и его высота не превышает десятые доли вольта, препятствуя протеканию носителей заряда вглубь материала.

Если переход находится под прямым напряжением, то величина потенциального барьера уменьшается, а величина проходящего через него тока увеличивается. При прикладывании обратного напряжения, величина барьера увеличивается и сопротивление барьера прохождению тока возрастает. Понимая работу p-n перехода, можно разобраться, как устроен транзистор. В первую очередь такие приборы разделяются на одиночные и составные.

Существуют и так называемые комплексные радиоэлементы. Они имеют три вывода и выполненны, как единое целое. Такие сборки содержат как однотипные, так и разные по своему типу транзисторы. Основное разделение приборов происходит по следующим признакам:. Общее определение для радиоэлемента можно сформулировать следующим образом: транзистор — это полупроводниковый элемент, предназначенный для преобразования электрических величин.

Основное его применение заключается в усилении сигнала или работе в ключевом режиме. Сам элемент можно представить в виде вентиля. Кран небольшим поворотом позволяет регулировать поток воды силу тока.

Если немного повернуть рукоятку, вода потечёт по трубе проводнику , если приоткрыть кран ещё сильнее, поток воды также увеличится. Таким образом, выход потока воды пропорционален её входу, умноженному на определённую величину. Этой величиной называется коэффициент усиления. Биполярный транзистор имеет три вывода: эмиттер, база, коллектор.

Эмиттер и коллектор имеют одинаковый тип проводимости, который отличный от базы. Дырочного типа транзисторы состоят из двух областей p -типа проводимости, и одной n -типа. Электронного типа наоборот. Каждая область имеет свой вывод. При подаче на эмиттер сигнала нужной проводимости ток в области базы увеличивается. Основные носители заряда перемещаются в зону базы, что приводит к возрастанию тока и в обратной области подключения.

Возникает объёмный заряд. Электрическое поле начинает втягивать в зону обратного подключения носители другого знака. В базе происходит частичная рекомбинация уничтожение зарядов противоположного знака, благодаря чему и возникает ток базы.

Эмиттером называют область прибора, служащую для передачи носителей заряда в базу. Коллектором называют зону, предназначенную для извлечения носителей заряда из базы. А база — это область для передачи эмиттером противоположной величины заряда. Основной характеристикой прибора является вольт-амперная характеристика, функция которой описывает зависимость между током и напряжением.

На схеме устройство подписывается латинскими буквами VT или Q. Выглядит как круг со стрелкой внутри, где стрелка указывает направление протекания тока. Для того чтобы сделать транзистор, используется германий или кремний. Отличаются эти материалы рабочей областью напряжения базового перехода.

Обычно используется кремний. Отличие полевого транзистора от биполярного в том, что в нём за прохождение тока отвечает величина напряжения, приложенная к управляемому контакту. Основное назначение мосфетов связывают с их хорошей скоростью переключения при весьма небольшой мощности, приложенной к выводу управления. Полевой элемент имеет три вывода: затвор, сток, исток. При работе мосфета с управляющим n-p переходом потенциал на затворе либо равен нулю прибор открыт , или имеет определённое значение, превышающее ноль прибор закрыт.

Когда обратное напряжения достигает определённого уровня, то открывается запирающий слой, и устройство переходит в режим отсечки. В мосфете с p-n переходом управляющим электродом затвором служит слой полупроводника, имеющий проводимость р-типа, а противоположной проводимости — канал n-типа. Изображение его на схеме сходно биполярному устройству, только все линии выполняются прямыми, а стрелка внутри подчёркивает разновидность прибора.

В основе принципа действия МОП приборов лежит эффект изменения проводимости полупроводника на границе области с диэлектриком при воздействии электрического поля. Полевые устройства в зависимости от управляемого p-n перехода могут быть:. Каждый вид может иметь проводимость как p-типа, так и n-типа. В общем понимании принцип работы не зависит от проводимости, меняется только полярность источника напряжения.

Транзистор — это сложный прибор, физические процессы проходящие в котором сложны для понимания начинающим радиолюбителям чайникам. Как работает транзистор, можно объяснить следующим образом: транзистор — это электронный ключ, степень открывания которого зависит от уровня тока или напряжения, приложенного к его управляемому выводу база или затвор.

Зачем нужен транзистор, можно описать в обобщённой форме. Например, база затвор прибора — это дверь. Она открывается внешним воздействием, т. Чем больше напряжение, тем дверь больше откроется. Перед дверью стоит очередь людей носители заряда , которые хотят пробежать через неё коллектор-эмиттер или исток-сток.

Чем больше воздействие на дверь, тем больше она открыта, а значит, и больше пробежит людей. Поэтому, представляя дверь в виде сопротивления перехода, можно сделать вывод: чем больше воздействие на базу затвор , тем меньше сопротивление основным носителям заряда людям в случае прямой полярности.

Если полярность поменяется дверь закроется на замок , то никакого движения зарядов людей не будет. Сохранить моё имя, email и адрес сайта в этом браузере для последующих моих комментариев. Принцип работы, разновидности и устройство транзистора. Оценить Пока оценок нет.


Как работают транзисторы

Принцип полупроводникового управления электрическим током был известен ещё в начале ХХ века. Несмотря на то, что инженеры, работающие в областях радиоэлектроники, знали как работает транзистор, они продолжали конструировать устройства на основе вакуумных ламп. Причиной такого недоверия к полупроводниковым триодам было несовершенство первых точечных транзисторов. Семейство германиевых транзисторов не отличались стабильностью характеристик и сильно зависели от температурных режимов.

Простым языком как работает транзистор. Биполярные .. Виды и принципы действия полевых транзисторов для чайников. Комментарии к статье.

Как работают транзисторы. Основы электроники для чайников: что такое транзистор и как он работает

В современном значении транзистором называют полупроводниковый радиоэлемент, предназначенный для изменения параметров электрического тока и управления им. У обычного полупроводникового триода имеется три вывода: база, на которую подаются сигналы управления, эмиттер и коллектор. Существуют также составные транзисторы большой мощности. Поражает шкала размеров полупроводниковых устройств — от нескольких нанометров бескорпусные элементы, используемые в микросхемах , до сантиметров в диаметре мощных транзисторов, предназначенных для энергетических установок и промышленного оборудования. Обратные напряжения промышленных триодов могут достигать до В. Конструктивно триод состоит из полупроводниковых слоев, заключённых в корпусе. Полупроводниками служат материалы на основе кремния, германия, арсенида галлия и других химических элементов. Сегодня проводятся исследования, готовящие на роль полупроводниковых материалов некоторые виды полимеров, и даже углеродных нанотрубок.

Как работает биполярный транзистор

Приветствую вас дорогие друзья! Сегодня речь пойдет о биполярных транзисторах и информация будет полезна прежде всего новичкам. С каждым годом появляется все больше и больше электронных средств, а они часто ломаются. На ремонт уходит немало средств, порой, достигая до 50 процентов от стоимости аппарата. И что досадно, некоторые из этих поломок можно было устранить самому, имея начальные знания о том, как работает транзистор.

Транзисторами transistors, англ.

Принцип работы, разновидности и устройство транзистора

Главная О сайте BEAM-робототехника BEAM-роботы Искусственная жизнь BEAM-философия Технологии и устройство Робототехника для начинающих Как сделать первого робота Несколько увлекательных экспериментов с первым самодельным роботом Основы Электроника для начинающих Электронные компонеты Резистор Конденсатор Диод Транзистор Светодиод Фототранзистор Основы электроники Алгебра логики Логическое сложение Логическое умножение Логическое отрицание Законы алгебры логики Логические элементы Логические микросхемы Схемы роботов Разработка схем роботов Математические методы Основы схемотехники Схема робота, ищущего свет Схема робота, избегающего препятствия Технологии Платформы Макетирование Монтаж BEAM-роботов Как сделать робота Как сделать простейшего робота в домашних условиях Как сделать простого робота на одной микросхеме Как создать робота с логической схемой Создание робота для поиска света с элементами логики Робот своими руками, избегающий препятствия Самодельный рисующий робот. Основы Транзистор. Биполярный транзистор. Как работает транзистор. Схема, демонстрирующая принцип работы транзистора. Включение транзистора в электрическую цепь.

Что такое транзистор и как он работает?

Электроника для начинающих Электроника для начинающих. Основы электроники. Занимательная электроника для детей и не только! Электроника для детей. Мастерская юного электронщика.

не задумывается о том, как вся эта штука работает.

Простым языком как работает транзистор

Транзистор transistor, англ. В радиодеталях, из которых собирают современные сложные электроприборы, используются полевые транзисторы. Их свойства позволяют решать задачи по выключению или включению тока в электрической цепи печатной платы, или его усилению.

Биполярный транзистор принцип работы для чайников

Приветствую вас дорогие друзья! Сегодня речь пойдет о биполярных транзисторах и информация будет полезна прежде всего новичкам. Транзисторы бывают в основном двух видов: биполярные транзисторы и полевые транзисторы. Поэтому в этой статье мы рассмотрим исключительно биполярные транзисторы а о полевых транзисторах я расскажу в одной из следующих статей.

Это такая хитрая фиговина, пропускающая ток только в одну сторону.

Как работает транзистор?

Войдите , пожалуйста. Хабр Geektimes Тостер Мой круг Фрилансим. Войти Регистрация. Биполярные транзисторы. For dummies Электроника для начинающих Предисловие Поскольку тема транзисторов весьма и весьма обширна, то посвященных им статей будет две: отдельно о биполярных и отдельно о полевых транзисторах. Транзистор, как и диод, основан на явлении p-n перехода.

Принцип работы полевого транзистора для чайников

Приветствую вас дорогие друзья! Сегодня речь пойдет о биполярных транзисторах и информация будет полезна прежде всего новичкам. С каждым годом появляется все больше и больше электронных средств, а они часто ломаются.


Как работает транзистор [ПРОСТО И КРАТКО]

Устройство транзисторов

Наиболее популярный вид полупроводникового транзистора – биполярный. В устройство транзистора этого типа входит монокристалл, разделенный на 3 зоны: база (Б), коллектор (К) и эмиттер (Э), каждая из которых имеет свой вывод.

  • Б – база, очень тонкий внутренний слой;
  • Э – эмиттер, предназначается для переноса заряженных частиц в базу;
  • К – коллектор, составляющая, которая имеет тип проводимости, одинаковый с эмиттером, предназначена для сбора зарядов, поступивших с эмиттера.

Типы проводимости:

  • n-типа — носителями зарядов являются электроны.
  • p-типа — носители зарядов – положительно заряженные «дырки».

Требуемый тип проводимости достигается путем легирования различных частей кремниевого монокристалла. Легирование – это добавление в состав материала различных примесей для улучшения физических и химических свойств этого материала. Транзисторы по типу проводимости раздаются на два типа: n-p-n и p-n-p.

Биполярные транзисторы

Так называется наиболее распространенный тип транзистора. Они делятся на npn и pnp типы. Материалом для них наиболее часто является кремний или германий. Поначалу транзисторы делались из германия, но они были очень чувствительны к температуре. Кремниевые приборы гораздо более стойки к ее колебаниям и дешевле в производстве.

Различные биполярные транзисторы показаны на фото ниже.

Принцип работы транзистора

Транзистор работает в режимах «Открыто» и «Закрыто». Рассмотрим, как работает транзистор биполярного типа на уровне «чайников», и на каких физических процессах основано его функционирование. В таком транзисторе коллектор и эмиттер сильно легированы, база тонкая, содержит малое количество примесей.

Простое изложение принципа работы биполярного транзистора:

  • Подключение к зажимам одноименного напряжения к эмиттеру и базе (p подсоединяется к «+», а n – к «-») приводит к появлению тока между эмиттером и базой. В базе образуются носители зарядов. Чем выше напряжение, тем больше количество носителей зарядов появляется в базе. Ток, подаваемый на базу, называется управляющим.
  • Если к коллектору подключить обратное напряжение (n-коллектор подключается к плюсу, p-коллектор – к минусу), то между эмиттером и коллектором появится разница потенциалов, и между ними потечет ток. Чем больше носителей заряда скапливается в базе, тем сильнее будет ток между коллектором и эмиттером.
  • При увеличении управляющего напряжения на базе растет ток «эмиттер-коллектор». Причем несущественный рост напряжения приводит к значительному усилению тока «эмиттер-коллектор». Этот принцип используется при производстве усилителей.

Если к эмиттеру и базе подключают напряжение, противоположное по знаку, ток прекращается, и транзистор переходит в закрытое состояние.

Кратко принцип работы полупроводникового транзистора можно изложить так: при подключении к зажимам эмиттера и базы напряжения одноименного заряда прибор переходит в открытое состояние, при подключении к этим выводам обратных зарядов транзистор закрывается.

Характеристики

Так как полупроводниковые триоды (транзисторы) выполнены из полупроводника, то и на их работу влияет окружающая среда. Например, при изменении температуры окружающей среды, транзистор может вносить нелинейные искажения в выходной сигнал. С этим борются при помощи термпостабидизционных схем, которые позволяют стабилизировать работу транзистора на высоких температурах.

Также у транзисторов есть ВАХ (вольт-амперные характеристики), которые в отличие от вакуумной техники, быстро переходят в насыщение.

У всех транзисторов есть следующие параметры:

  • Коэффициент усиления по току;
  • Коэффициент усиления по напряжению;
  • Коэффициент усиления по току;
  • Коэффициент обратной связи;
  • Коэффициент передачи по току;
  • Входное сопротивление;
  • Выходное сопротивление;
  • Время включения;
  • Максимально допустимый ток и др.

У биполярных:

  • Обратный ток коллектор-эмиттер;
  • Частота коэффициента передачи тока базы;
  • Обратный ток коллектора;
  • Граничная частота коэффициента передачи тока в схеме с общим эмиттером и др.

Режимы работы

В целом, можно выделить несколько режимов работы:

  • Номинальный режим;
  • Инверсный;
  • Насыщения;
  • Отсечка;
  • Барьерный.

Зачем нужен транзистор?

У меня часто возникает вопрос: зачем нам транзистор? Почему бы не подключить светодиод и резистор напрямую к батарее?

Преимущество транзистора заключается в том, что вы можете использовать небольшой ток или напряжение для управления гораздо большим током и напряжением.

Это очень полезно, если вы хотите управлять такими вещами, как двигатели, мощные светодиоды, динамики, реле и многое другое при помощи микроконтроллера / Raspberry Pi / Arduino. Выход микроконтроллера может обеспечить всего несколько миллиампер при напряжении 5 В. Поэтому, если вы хотите управлять, например уличным освещением 230 В, вы не можете сделать это напрямую микроконтроллером

Вместо этого вы можете использовать реле. Но даже реле обычно требует большего тока, чем может обеспечить выход микроконтроллера. Поэтому вам понадобится транзистор для управления реле:

Немного о транзисторах…

Пожалуй, сегодня сложно представить себе современный мир без транзисторов, практически в любой электронике, начиная от радиоприёмников и телевизоров, заканчивая автомобилями, телефонами и компьютерами, так или иначе, они используются.

Различают два вида транзисторов: биполярные и полевые. Биполярные транзисторы управляются током, а не напряжением. Бывают мощные и маломощные, высокочастотные и низкочастотные, p-n-p и n-p-n структуры… Транзисторы выпускаются в разных корпусах и бывают разных размеров, начиная от чип SMD (на самом деле есть намного меньше чем чип) которые предназначены для поверхностного монтажа, заканчивая очень мощными транзисторами. По рассеиваемой мощности различают маломощные до 100 мВт, средней мощности от 0,1 до 1 Вт и мощные транзисторы больше 1 Вт.

Когда говорят о транзисторах, то обычно имеют в виду биполярные транзисторы. Биполярные транзисторы изготавливаются из кремния или германия. Биполярными они названы потому, что их работа основана на использовании в качестве носителей заряда как электронов, так и дырок. Транзисторы на схемах обозначаются следующим образом:

Одну из крайних областей транзисторной структуры называют эмиттером. Промежуточную область называют базой, а другую крайнюю — коллектором. Эти три электрода образуют два p-n перехода: между базой и коллектором — коллекторный, а между базой и эмиттером — эмиттерный. Как и обычный выключатель, транзистор может находиться в двух состояниях — во «включенном» и «выключенном». Но это не значит, что они имеют движущиеся или механические части, переключаются они из выключенного состояния во включенное и обратно с помощью электрических сигналов.

Транзисторы предназначены для усиления, преобразования и генерирования электрических колебаний. Работу транзистора можно представить на примере водопроводной системы. Представьте смеситель в ванной, один электрод транзистора — это труба до краника (смесителя), другой (второй) – труба после краника, там где у нас вытекает вода, а третий управляющий электрод – это как раз краник, которым мы будем включать воду. Транзистор можно представить как два последовательно соединенных диода, в случае NPN аноды соединяются вместе, а в случае PNP – соединяются катоды.

Различают транзисторы типов PNP и NPN, PNP транзисторы открываются напряжением отрицательной полярности, NPN — положительной. В NPN транзисторах основные носители заряда — электроны, а в PNP — дырки, которые менее мобильны, соответственно NPN транзисторы быстрее переключаются.

Uкэ = напряжение коллектор-эмиттер Uбэ = напряжение база-эмиттер Ic = ток коллектора Iб = ток базы

В зависимости от того, в каких состояниях находятся переходы транзистора, различают режимы его работы. Поскольку в транзисторе имеется два перехода (эмиттерный и коллекторный), и каждый из них может находиться в двух состояниях: 1) открытом 2) закрытом. Различают четыре режима работы транзистора. Основным режимом является активный режим, при котором коллекторный переход находится в закрытом состоянии, а эмиттерный – в открытом. Транзисторы, работающие в активном режиме, используются в усилительных схемах. Помимо активного, выделяют инверсный режим, при котором эмиттерный переход закрыт, а коллекторный — открыт, режим насыщения, при котором оба перехода открыты, и режим отсечки, при котором оба перехода закрыты.

При работе транзистора с сигналами высокой частоты время протекания основных процессов (время перемещения носителей от эмиттера к коллектору) становится соизмеримым с периодом изменения входного сигнала. В результате способность транзистора усиливать электрические сигналы с ростом частоты ухудшается.

Некоторые параметры биполярных транзисторов

Постоянное/импульсное напряжение коллектор – эмиттер. Постоянное напряжение коллектор – база. Постоянное напряжение эмиттер – база. Предельная частота коэффициента передачи тока базы Постоянный/импульсный ток коллектора. Коэффициент передачи по току Максимально допустимый ток Входное сопротивление Рассеиваемая мощность. Температура p-n перехода. Температура окружающей среды и пр…

Граничное напряжение Uкэо гр. является максимально допустимым напряжение между коллектором и эмиттером, при разомкнутой цепи базы и токе коллектора. Напряжение на коллекторе, меньше Uкэо гр. свойственны импульсным режимам работы транзистора при токах базы, отличных от нуля и соответствующих им токах базы (для n-p-n транзисторы ток базы >0, а для p-n-p наоборот, Iб<0).

К биполярным транзисторам могут быть отнесены однопереходные транзисторы, таковым является например КТ117. Такой транзистор представляет собой трехэлектродный полупроводниковый прибор с одним р-n переходом. Однопереходный транзистор состоит из двух баз и эмиттера.

В последнее время в схемах часто стали применять составные транзисторы, называют их парой или транзисторами Дарлингтона, они обладают очень высоким коэффициентом передачи тока, состоят они из двух или более биполярных транзисторов, но выпускаются и готовые транзисторы в одном корпусе, таким является например TIP140. Включаются они с общим коллектором, если соединить два транзистора, то они будут работать как один, включение показано на рисунке ниже. Применение нагрузочного резистора R1 позволяет улучшить некоторые характеристики составного транзистора.

Некоторые недостатки составного транзистора: низкое быстродействие, особенно перехода из открытого состояния в закрытое. Прямое падение напряжения на переходе база-эмиттер почти в два раза больше чем в обычном транзисторе. Ну и само собой, потребуется больше места на плате.

Проверка биполярных транзисторов

Поскольку транзистор состоит из двух переходов, причем каждый из них представляет собой полупроводниковый диод, проверить транзистор можно так же, как проверяют диод. Проверка транзистора обычно осуществляется омметром, проверяют оба p-n перехода транзистора: коллектор – база и эмиттер – база. Для проверки прямого сопротивления переходов p-n-p транзистора минусовой вывод омметра подключается к базе, а плюсовой вывод омметра – поочередно к коллектору и эмиттеру. Для проверки обратного сопротивления переходов к базе подключается плюсовой вывод омметра. При проверке n-p-n транзисторов подключение производится наоборот: прямое сопротивление измеряется при соединении с базой плюсового вывода омметра, а обратное сопротивление – при соединении с базой минусового вывода. Транзисторы так же можно прозванивать цифровым мультиметром в режиме прозвонки диодов. Для NPN красный щуп прибора «+» присоединяем к базе транзистора, и поочередно прикасаемся черным щупом «-» к коллектору и эмиттеру. Прибор должен показывать некоторое сопротивление, примерно от 600 до 1200. Затем меняем полярность подключения щупов, в этом случае прибор ничего не должен показывать. Для структуры PNP порядок проверки будет обратным.

MOSFET транзисторы

Несколько слов хочу сказать про MOSFET транзисторы (metal–oxide–semiconductor field-effect transistor), (Метал Оксид Полупроводник (МОП)) – это полевые транзисторы, не путать с обычными полевиками! У полевых транзисторов три вывода: G — затвор, D — сток, S – исток. Различают N канальный и Р, в обозначении данных транзисторов имеется диод Шоттки, он пропускает ток от истока к стоку, и ограничивает напряжение сток – исток.

Применяются они в основном для коммутации больших токов, управляются они не током, как биполярные транзисторы, а напряжением, и как правило, имеет очень малое сопротивление открытого канала, сопротивление канала величина постоянная и не зависит от тока. MOSFET транзисторы специально разработаны для ключевых схем, можно сказать как замена реле, но в некоторых случаях можно и усиливать, применяются в мощных усилителях НЧ.

Плюсы у данных транзисторов следующие: Минимальная мощность управления и большой коэффициент усиления по току Лучшие характеристики, например большая скорость переключения. Устойчивость к большим импульсам напряжения. Схемы, где применяются такие транзисторы, обычно более простые.

Минусы: Стоят дороже, чем биполярные транзисторы. Боятся статического электричества. Наиболее часто для коммутации силовых цепей применяют MOSFET с N-каналом. Напряжение управления должно превышать порог 4 В, вообще, необходимо 10-12 В для надежного включения MOSFET. Напряжение управления — это напряжение, приложенное между затвором и истоком для включения MOSFET транзистора.

Рекомендации по эксплуатации транзисторов

Значения большинства параметров транзисторов зависят от реального режима работы и температуры, причем с увеличением температуры параметры транзисторов могут меняться. В справочнике приведены, как правило, типовые (усредненные) зависимости параметров транзисторов от тока, напряжения, температуры, частоты и т. п.

Для обеспечения надежной работы транзисторов необходимо принимать меры, исключающие длительные электрические нагрузки, близкие к предельно допустимым, например заменять транзистор на аналогичный но меньшей мощности не стоит, это касается не только мощностей, но и других параметров транзистора. В некоторых случаях для увеличения мощности транзисторы можно включать параллельно, когда эмиттер соединяется с эмиттером, коллектор с коллектором и база – с базой. Перегрузки могут быть вызваны разными причинами, например от перенапряжения, для защиты от перенапряжения часто применяют быстродействующие диоды.

Что касается нагрева и перегрева транзисторов, температурный режим транзисторов не только оказывает влияние на значение параметров, но и определяет надежность их эксплуатации. Следует стремиться к тому, чтобы транзистор при работе не перегревался, в выходных каскадах усилителей транзисторы обязательно нужно ставить на большие радиаторы. Защиту транзисторов от перегрева нужно обеспечивать не только во время эксплуатации, но и во время пайки. При лужении и пайке следует принимать меры, исключающие перегрев транзистора, транзисторы во время пайки желательно держать пинцетом, для защиты от перегрева.

Теги:

Типы полевых транзисторов

По английски они обозначаются FETs – Field Effect Transistors, что можно перевести как «транзисторы с полевым эффектом». Хотя есть много путаницы в названиях для них, но встречаются в основном два основных их типа:

1. С управляющим pn-переходом. В англоязычной литературе они обозначаются JFET или Junction FET, что можно перевести как «переходный полевой транзистор». Иначе они именуются JUGFET или Junction Unipolar Gate FET.

2. С изолированным затвором (иначе МОП- или МДП-транзисторы). По английски они обозначаются IGFET или Insulated Gate FET.

Читать также: Вал со шпонкой чертеж

Внешне они очень похожи на биполярные, что подтверждает фото ниже.

Применение транзисторов в жизни

Транзисторы применяются в очень многих технических устройствах. Самые яркие примеры:

  • Усилительные схемы.
  • Генераторы сигналов.
  • Электронные ключи.

Будет интересно➡ Что такое светодиод

Во всех устройствах связи усиление сигнала необходимо. Во-первых, электрические сигналы имеют естественное затухание. Во-вторых, довольно часто бывает, что амплитуды одного из параметров сигнала недостаточно для корректной работы устройства.

Информация передаётся с помощью электрических сигналов. Чтобы доставка была гарантированной и качество информации высоким, нам необходимо усиливать сигналы. Транзисторы способны влиять не только на амплитуду, но и на форму электрического сигнала. В зависимости от требуемой формы генерируемого сигнала в генераторе будет установлен соответствующий тип полупроводникового прибора. Электронные ключи нужны для управления силой тока в цепи. В состав этих ключей входит множество транзисторов. Электронные ключи являются одним из важнейших элементов схем.

На их основе работают компьютеры, телевизоры и другие электрические приборы, без которых в современной жизни не обойтись.


Эволюция транзистора

Биполярный СВЧ-транзистор [ править | править код ]

Биполярные СВЧ-транзисторы (БТ СВЧ) служат для усиления колебаний с частотой свыше 0,3 ГГЦ [7] . Верхняя граница частот БТ СВЧ с выходной мощностью более 1 Вт составляет около 10 ГГц. Большинство мощных БТ СВЧ по структуре относится к n-p-n типу [8] . По методу формирования переходов БТ СВЧ являются эпитаксиально-планарными. Все БТ СВЧ, кроме самых маломощных, имеют многоэмиттерную структуру (гребёнчатую, сетчатую) [9] . По мощности БТ СВЧ разделяются на маломощные (рассеиваемая мощность до 0,3 Вт), средней мощности (от 0,3 до 1,5 Вт) и мощные (свыше 1,5 Вт) [10] . Выпускается большое число узкоспециализированных типов БТ СВЧ [10] .

Страшное слово – Транзистор

Ну вот, собственно, миновав семь скучных и бесполезных глав о всякой муре =), мы дошли-таки до самого интересного и захватывающего. До транзистора.

Современная электроника не смогла бы существовать, если бы не этот элемент! Ведь даже самая навороченная микросхема, где-то в глубине своей силиконовой души состоит из тех же самых транзисторов. Только – очень маленьких.

Транзистор – это усилительный элемент. Он усиливает слабую энергию подаваемого на него сигнала за счет энергии дополнительного источника питания.

Поясняю. Все мы ездили хоть раз на поезде, на электричке или, хотя бы, на трамвае. Когда поезд тормозит, всегда слышно характерное шипение. Это работает пневматический привод тормозов. Иными словами, сжатый воздух идет от бака к тормозам. Тормозные колодки подключены к поршню. Когда на поршень начинает давить сжатый воздух – поршень движется вперед и прижимает колодки плотно к колесу. Поезд тормозит… А отчего воздух начинает поступать на поршень? Вероятно, так хочет машинист. Он открывает у себя в кабине вентиль, и воздух идет. Все до неприличия просто!

Небольшая поясняющая картинка:

Теперь зададимся вопросом, а смог бы машинист остановить поезд, если бы тормозной рычаг был непосредственно связан с тормозными колодками? Наверно, нет. Каким бы качком он не был, остановить поезд человеку не под силу. А сжатый воздух делает это запросто, достаточно лишь открыть вентиль.

Посмотрим, что получилось: машинист тратит маленькую энергию на то, чтоб нажать тормозной рычаг. Открывается клапан, и мощный поток сжатого воздуха, с много большей энергией, прижимает тормозные колодки. То есть, клапан можно назвать усилительным элементом, который усиливает слабую энергию, затрачиваемую человеком за счет сильной энергии сжатого воздуха.

Смею Вас заверить, в транзисторе все абсолютно так же. Только через него проходит не сжатый воздух, а электрический ток. У транзистора три вывода: коллектор, эмиттер и база.

Между коллектором и эмиттером течет сильный ток, он называется коллекторный ток (Iк), между базой и эмиттером – слабый управляющий ток базы (Iб). Величина коллекторного тока зависит от величины тока базы, так же как и напор сжатого воздуха зависит от того, насколько открыт клапан. Причем, коллекторый ток всегда больше тока базы в определенное количество раз. Эта величина называется коэффициент усиления по току, обозначается h31э

. У различных типов транзисторов это значение колеблется от единиц до сотен раз.

Итак, коэффициент усиления по току – это отношение коллекторного тока к току базы:

Для того, чтобы вычислить коллекторный ток, нужно умножить ток базы на коэффициент усиления:

В этой схеме транзистор управляет яркостью свечения лампочки. Иными словами, он регулирует ток, протекающий через лампочку. Поскольку лампочка подключена к коллектору транзистора, то и ток, текущий через нее является током коллектора.

Управляющий ток базы ограничивается резистором R1. Зная этот ток и коэффициент усиления транзистора (h31э), можно легко узнать ток коллектора. С другой стороны, зная, какой нам нужен ток коллектора, мы всегда можем вычислить ток базы и подобрать соответствующий резистор.

Пусть наша лампочка кушает ток 0,33 А, а транзистор имеет h31э = 100. Какой нужен ток базы, чтобы лампочка горела в полный накал? И каким при этом будет сопротивление R1?

Полный накал – это когда ток потребления равен номинальному. Номинальный – 0,33 А. Таким образом, необходимый ток коллектора – 0,33 А. Ток базы должен быть меньше коллекторного в h31э раз. То есть – в 100 раз. То есть, он должен быть равен 0,33/100 = 0,0033А = 3,3 мА. Ура, решили.

Теперь осталось вычислить сопротивление резистора в цепи базы. Вычисляем (по закону Ома):

U – нам известно – это напряжение питания, 9В I – только что нашли – 0,0033 А

Арифметика, 2 класс: R = 9/0,0033 = 2700 Ом = 2,7 кОм.

Ответ: сопротивление резистора = 2,7 кОм

Просто? Еще бы! Но – не обольщайтесь. Дальше – хуже! =)

В следующих нескольких параграфах мы поговорим о вещах, отвлеченных от транзистора. Но после этого, обязательно к нему вернемся, уже с новыми интересными знаниями. И сможем уже более широко использовать этот элемент.

Полевые

Суть этого прибора заключается в управлении параметрами электрического сигнала с помощью электрического поля. Оно появляется при подаче напряжения к какому-либо из выводов:

  • Затвор нужен для регулирования параметров сигнала, благодаря подаче напряжения на него.
  • Сток — вывод, через который из канала уходят носители заряда (дырки и электроны).
  • Исток — вывод, через который в канал приходят электроны и дырки.

Будет интересно➡ Что такое динистор?

Такой транзистор состоит из полупроводника с определённой проводимостью и двух областей, помещённых в него с противоположной проводимостью. При подаче напряжения на затвор между этими двумя областями появляется пространство, через которое протекает ток. Это пространство называется каналом. Ширина этого канала регулируется напряжением, которое мы подаём на затвор. Соответственно, можно увеличивать и уменьшать ширину канала и управлять протекающим током.


Транзистор.

Теперь поговорим о приборе с изолированным затвором. Разница в том, что в первом случае этот переход есть всегда, даже когда на затвор не подавалось напряжение. А при его подаче, переход и токопроводящий канал менялись в зависимости от полярности и амплитуды напряжения. Металлический затвор в таких транзисторах изолирован диэлектриком от полупроводниковой области. Их входное сопротивление гораздо больше.

Существует два вида приборов с изолированным затвором:

  • со встроенным каналом.
  • с индуцированным каналом.

Встроенный канал позволяет протекать электрическому току с определённой амплитудой. При подаче напряжения с определённой амплитудой и полярностью мы можем менять ширину канала и его проводимость. Этот канал встраивается в транзисторы на производственных предприятиях.

Индуцированный канал появляется между двумя областями, о которых мы говорили выше, только при подаче напряжения определённой полярности на затвор. То есть, когда на затвор напряжение не подаётся, ток в нем не протекает.

Все виды полевых транзисторов отличаются друг от друга по следующим параметрам:

  • Входное сопротивление.
  • Амплитуда напряжения.
  • Полярность.

Каждый из этих видов полевых транзисторов необходим для сборки определённых электрических и логических схем. Так как для реализации двух разных устройств необходимо разные электрические параметры.

Транзистор – прибор, предназначенный для управления током в электрической цепи. Применяется практически во всех моделях видео- и аудио аппаратуры. Полупроводниковые транзисторы пришли на смену морально устаревшим ламповым, которые устанавливались в старые телевизоры. Для изготовления полупроводниковых моделей ранее использовался германий, но сферы его применения ограничены из-за чувствительности к температурным колебаниям. На смену германию пришел кремний, т.к. кремниевые детали стоят дешевле германиевых и более устойчивы к скачкам температуры. Транзисторы небольшой мощности изготавливают в прямоугольных корпусах из полимерных материалов или в металлических цилиндрических. В этой статье мы постараемся простыми словами изложить, что такое транзистор, как он устроен и что делает.

Транзисторы

Механизм протекания тока через транзистор. Принцип работы биполярного транзистора. Видео, поясняющие принцип работы транзистора простым языком

В зависимости от расположения полупроводниковых слоев, транзисторы подразделяют на два основных типа — NPN-транзисторы и PNP-транзисторы.

Электроды обычного биполярного транзистора называются базой, эмиттером и коллектором. Коллектор и эмиттер составляют основную цепь электрического тока в транзисторе, а база предназначается для управления величиной тока в этой цепи.

На условном обозначении транзистора стрелка эмиттерного вывода показывает направление тока.

Как работает транзистор

Базовая цепь транзистора управляет током, протекающим в цепи коллектор-эмиттер. Изменяя в небольших пределах малое напряжение, поданное на базу, можно в достаточно широких пределах изменять ток в цепи коллектор-эмиттер.

Соберем схему, которая наглядно демонстрирует работу транзистора и принцип его включения. Нам понадобится транзистор с NPN структурой, например 2N3094, переменный или подстроечный резистор , резистор с постоянным сопротивлением и лампочка для карманного фонарика. Номиналы электронных приборов указаны на схеме.


Изменяя сопротивление переменного резистора R1, будем наблюдать как изменяется яркость свечения лампочки h2.

Постоянный резистор R2 в этой схеме играет роль ограничителя, предохраняя базу транзистора от слишком большого тока, который может быть подан на нее, в тот момент, когда сопротивление переменного резистора будет стремиться к нулю. Ограничительный резистор предотвращает выход транзистора из строя.

Теперь попробуем заменить лампу маломощным электродвигателем. Вращая ось переменного резистора, мы может наблюдать плавное изменение скорости вращения электродвигателя M1.

Транзисторы применяются в схемах роботов для усиления сигналов от датчиков, для управления моторами, на транзисторах можно собрать логические элементы, которые реализуют операции

Транзисторы являются активными компонентами и используются повсеместно в электронных цепях в качестве усилителей и коммутационных устройств (транзисторных ключей). Как усилительные приборы они применяются в приборах высокой и низкой частоты, генераторах сигналов, модуляторах, детекторах и многих других цепях. В цифровых схемах, в импульсных блоках питания и управляемых электроприводах они служат в качестве ключей.

Биполярные транзисторы

Так называется наиболее распространенный тип транзистора. Они делятся на npn и pnp типы. Материалом для них наиболее часто является кремний или германий. Поначалу транзисторы делались из германия, но они были очень чувствительны к температуре. Кремниевые приборы гораздо более стойки к ее колебаниям и дешевле в производстве.

Различные биполярные транзисторы показаны на фото ниже.

Маломощные приборы расположены в небольших пластиковых прямоугольных или металлический цилиндрических корпусах. Они имеют три вывода: для базы (Б), эмиттер (Э) и коллектор (К). Каждый из них подключен к одному из трех слоев кремния с проводимостью либо n- (ток образуют свободные электроны), либо p-типа (ток образуют так называемые положительно заряженные «дырки»), из которых и состоит структура транзистора.

Как устроен биполярный транзистор?

Принципы работы транзистора нужно изучать, начиная с его устройства. Рассмотрим структуру npn-транзистора, которая изображена на рис.ниже.

Как видим, он содержит три слоя: два с проводимостью n-типа и один — p-типа. Тип проводимости слоев определяется степенью легирования специальными примесями различных частей кремниевого кристалла. Эмиттер n-типа очень сильно легирован, чтобы получить множество свободных электронов как основных носителей тока. Очень тонкая база p-типа слегка легирована примесями и имеет высокое сопротивление, а коллектор n- типа очень сильно легирован, чтобы придать ему низкое сопротивление.

Принципы работы транзистора

Лучшим способом познакомиться с ними является экспериментальный путь. Ниже приведена схема простой цепи.

Она использует силовой транзистор для управления свечением лампочки. Вам также понадобится батарейка, небольшаю лампочка от фонарика примерно 4,5 В/0,3 А, потенциометр в виде переменного резистора (5К) и резистор 470 Ом. Эти компоненты должны быть соединены, как показано на рисунке справа от схемы.

Поверните движок потенциометра в крайнее нижнее положение. Это понизит напряжение на базе (между базой и землёй) до нуля вольт (U BE = 0). Лампа не светится, что означает отсутствие тока через транзистор.

Если теперь поворачивать рукоятку от ее нижней позиции, то U BE постепенно увеличивается. Когда оно достигает 0,6 В, ток начинает втекать в базу транзистора, и лампа начинает светиться. Когда рукоятка сдвигается дальше, напряжение U BE остается на уровне 0,6 В, но ток базы увеличивается и это увеличивает ток через цепь коллектор-эмиттер. Если рукоятка сдвинута в верхнее положение, напряжение на базе будет немного увеличено до 0,75 В, но ток значительно возрастет и лампа будет светиться ярко.

А если измерить токи транзистора?

Если мы включим амперметр между коллектором (C) и лампой (для измерения I C), другой амперметр между базой (B) и потенциометром (для измерения I B), а также вольтметр между общим проводом и базой и повторим весь эксперимент, мы сможем получить некоторые интересные данные. Когда рукоятка потенциометра находится в его низшей позиции, U BE равно 0 В, также как и токи I C и I B . Когда рукоятку сдвигают, эти значения растут до тех пор, пока лампочка не начинает светиться, когда они равны: U BE = 0.6 В, I B = 0,8 мА и I C = 36 мА.

В итоге мы получаем от этого эксперимента следующие принципы работы транзистора: при отсутствии положительного (для npn-типа) напряжения смещения на базе токи через его выводы равны нулю, а при наличии напряжения и тока базы их изменения влияют на ток в цепи коллектор — эмиттер.

Что происходит при включении питания транзистора

Во время нормальной работы, напряжение, приложенное к переходу база-эмиттер, распределяется так, что потенциал базы (p-типа) приблизительно на 0,6 В выше, чем у эмиттера (n-типа). При этом к данному переходу приложено прямое напряжение, он смещен в прямом направлении и открыт для протекания тока из базы в эмиттер.

Гораздо более высокое напряжение приложено к переходу база-коллектор, причем потенциал коллектора (n-типа) оказывается более высоким, чем у базы (p-типа). Так что к переходу приложено обратное напряжение и он смещен в обратном направлении. Это приводит к образованию довольно толстого обедненного электронами слоя в коллекторе вблизи базы, когда к транзистору прикладывается напряжение питания. В результате ток через цепь коллектор-эмиттер не проходит. Распределение зарядов в зонах переходов npn-транзистора показан на рисунке ниже.

Какова роль тока базы?

Как же заставить работать наш электронный прибор? Принцип действия транзистора заключается во влиянии тока базы на состояние закрытого перехода база-коллектор. Когда переход база-эмиттер смещен в прямом направлении, небольшой ток будет поступать в базу. Здесь его носителями являются положительно заряженные дырки. Они комбинируются с электронами, поступающими из эмиттера, обеспечивая ток I BE . Однако вследствие того, что эмиттер очень сильно легирован, гораздо больше электронов поступает из него в базу, чем способно соединиться с дырками. Это означает, что возникает большая концентрация электронов в базе, и большинство из них пересекает ее и попадает в обедненный электронами слой коллектора. Здесь они попадают под влияние сильного электрического поля, приложенного к переходу база-коллектор, проходят через обедненный электронами слой и основной объем коллектора к его выводу.

Изменения тока, втекающего в базу, влияют на количество привлеченных от эмиттера электронов. Таким образом, принципы работы транзистора могут быть дополнены следующим утверждением: очень небольшие изменения в базовом токе вызывают очень большие изменения в токе, протекающем от эмиттера к коллектору, т.е. происходит усиление тока.

Типы полевых транзисторов

По английски они обозначаются FETs — Field Effect Transistors, что можно перевести как «транзисторы с полевым эффектом». Хотя есть много путаницы в названиях для них, но встречаются в основном два основных их типа:

1. С управляющим pn-переходом. В англоязычной литературе они обозначаются JFET или Junction FET, что можно перевести как «переходный полевой транзистор». Иначе они именуются JUGFET или Junction Unipolar Gate FET.

2. С изолированным затвором (иначе МОП- или МДП-транзисторы). По английски они обозначаются IGFET или Insulated Gate FET.

Внешне они очень похожи на биполярные, что подтверждает фото ниже.

Устройство полевого транзистора

Все полевые транзисторы могут быть названы УНИПОЛЯРНЫМИ приборами, потому что носители заряда, которые образуют ток через них, относятся к единственному для данного транзистора типу — либо электроны, либо «дырки», но не оба одновременно. Это отличает принцип работы транзистора полевого от биполярного, в котором ток образуется одновременно обоими этими типами носителей.

Носители тока протекают в полевых транзисторах с управляющим pn-переходом по слою кремния без pn-переходов, называемому каналом, с проводимостью либо n-, либо p-типа между двумя выводами, именуемыми «истоком» и «стоком» — аналогами эмиттера и коллектора или, точнее,катода и анода вакуумного триода. Третий вывод — затвор (аналог сетки триода) — присоединен к слою кремния с другим типом проводимости, чем у канала исток-сток. Структура такого прибора показана на рисунке ниже.

Как же работает полевой транзистор? Принцип работы его заключается в управлении поперечным сечением канала путем приложения напряжения к переходу затвор-канал. Его всегда смещают в обратном направлении, поэтому транзистор практически не потребляет тока по цепи затвора, тогда как биполярному прибору для работы нужен определенный ток базы. При изменении входного напряжения область затвора может расширяться, перекрывая канал исток-сток вплоть до полного его закрытия, управляя таким образом током стока.

Условно биполярный транзистор можно нарисовать в виде пластины полупроводника с меняющимися областями разной проводимости, состоящие из двух p-n переходов. Причем крайние области пластины обладают проводимостью одного типа, а средняя область противоположного типа, каждая из областей имеет свой персональный вывод.

В зависимости от чередования этих областей транзисторы бывают p-n-p и n-p-n проводимости, соответственно.


А если взять и прикрыть одну любую часть транзисто, то у нас получится полупроводник с одним p-n переходом или диод. Отсюда напрашивается вывод, что биполярный транзистор условно можно представить в виде двух полупроводников с одной общей зоной, соединенных встречно друг к другу.

Часть транзистора, назначением которой является инжекция носителей зарядов в базу называется эмиттером, и соответствующий p-n переход эмиттерным, а та часть элемента, назначение которой заключается в выводе или экстракции носителей заряда из базы, получила название коллектор, и p-n переход коллекторный. Общую зону назвали базой.

Различие в обозначениях разных структур состоит лишь в направлении стрелки эмиттера: в p-n-p она направлена в сторону базы, а в n-p-n наоборот, от базы.

В чем разница между PNP и NPN транзисторами? Я постарался в этом видео показать разницу в работе двух видов биполярных транзисторов. Я использовал доступные радиодетали, такие как светодиод (и резистор для защиты), для демонстрации работы. В кпримера я использовал транзисторы типа 2n2907 и bc337. Регулировал напряжение с помощью переменного резистора (потенциометра).

В начальный период развития полупроводниковой электроники их изготавливали только из германия по технологии вплавления примесей, поэтому их назвали сплавными. Например, в основе кристалл германия и в него вплавляю маленькие кусочки индия.

Атомы индия проникаю в тело германиевого кристалла, создают в нем две области – коллектор и эмиттер. Между ними остается очень тонкая в несколько микрон прослойка полупроводника противоположного типа — база. А чтобы спрятать кристалл от света его прячут в корпус.

На рисунке показано, что к металлическому диску приварен кристаллодержатель, являющийся выводом базы, а снизу диска имеется ее наружный проволочный вывод.


Внутренние выводы коллектора и эмиттера приварены к проводникам внешних электродов.

С развитием электроники приступили к обработке кристаллов кремния, и изобрели кремниевые приборы, практически полностью отправившие на пенсию германиевые транзисторы.

Они способны работать с более высокими температурах, в них ниже значение обратного тока и более высокое напряжение пробоя.

Основным методом изготовления является планарная технологи. У таких транзисторов p-n переходы располагаются в одной плоскости. Принцип метода основывается на диффузии или вплавлении в пластину кремния примеси, которая может быть в газообразной, жидкой или твердой составляющей. При нагрева до строго фиксированной температуры осуществляется диффузия примесных элементов в кремний.

В данном случае один из шариков создает тонкую базовую область, а другой эмиттерную. В результате в кремнии образуются два p-n перехода. По этой технологии производят в заводских условиях наиболее распространенные типы кремниевых транзисторов.

Кроме того для изготовления транзисторных структур широко применяются комбинированные методы: сплавление и диффузия или различные варианты диффузии, например, двусторонняя или двойная односторонняя.

Проведем практический эксперимент, для этого нам потребуется любой транзистор и лампочка накаливания из старого фонарика и чуть-чуть монтажного провода для того, чтоб мы могли собрать эту схему.



Работа транзистора практический опыт для начинающих

Лампочка светится потому, что на коллекторный переход поступает прямое напряжение смещения, которое отпирает коллекторный переход и через него течет коллекторный ток Iк. Номинал его зависит от сопротивления нити лампы и внутреннего сопротивления батарейки или блока питания.

А теперь представим эту схему в структурном виде:

Так как в области N основными носителями заряда являются электроны, они проходя потенциальный барьер p-n переход, попадают в дырочную область p-типа и становятся неосновными носителями заряда, где начинают поглощаться основными носителями дырками. Таким же и дырки из коллектора, стремятся попасть в область базы и поглощаются основными носителями заряда электронами.

Так как база к минусу источника питания, то на нее будет поступать множество электронов, компенсируя потери из области базы. А коллектора, соединенный с плюсом через нить лампы, способен принять такое же число, поэтому будет восстанавливаться концентрация дырок.

Проводимость p-n перехода существенно возрастет и через коллекторный переход начнет идти ток коллектора . И чем он будет выше, тем сильнее будет гореть лампочка накаливания.

Аналогичные процесс протекают и в цепь эмиттерного перехода. На рисунке показан вариант подключения схемы для второго опыта.


Проведем очередной практический опыт и подключим базу транзистора к плюсу БП. Лампочка не загорается, так как p-n переход транзистора мы подсоединили в обратном направлении и сопротивление перехода резко возросло и через него следует лишь очень маленький обратный ток коллектора Iкбо не способный зажечь нить лампочки.

Осуществим, еще один интересный эксперимент подключим лампочку в соответствии с рисунком. Лампочка не светится, давайте разберемся почему.


Если приложено напряжение к эмиттеру и коллектору, то при любой полярности источника питания один из переходов будет в прямом, а другой в обратном включении и поэтому ток течь не будет и лампочка не горит.

Из структурной схемы очень хорошо видно, что эмиттерный переход смещен в прямом направлении и открыт и ожидает прием свободных электронов. Коллекторный переход, наоборот, подсоединен в обратном направлении и мешает попадать электронам в базу. Между коллектором и базой образуется потенциальный барьер, который будет оказывать току большое сопротивление и лампа гореть не будет.

Добавим к нашей схеме всего одну перемычку, которой соединим эмиттер и базу, но лампочка все равно не горит.


Тут, в принципе, все понятно при замыкании базы и эмиттера перемычкой коллекторный переход превращается в диод, на который поступает обратное напряжение смещение.

Установим вместо перемычки сопротивление Rб номиналом 200 – 300 Ом, и еще один источник питания на 1,5 вольта. Минус его соединим через Rб с базой, а плюс с эмиттером. И свершилось чудо, лампочка засветилась.


Лампа засветилась потому, что мы подсоединили дополнительный источник питания между базой и эмиттером, и тем самым подали на эмиттерный переход прямое напряжение, что привело к его открытию и через него потек прямой ток, который отпирает коллекторный переход транзистора. Транзистор открывается и через него течет коллекторный ток Iк, во много раз превышающий ток эмиттер-база. И поэтому этому току лампочка засветилась.

Если же мы изменим полярность дополнительного источника питания и на базу подадим плюс, то эмиттерный переход закроется, а за ним и коллекторный. Через транзистор потечет обратный Iкбо и лампочка перестанет гореть.

Основная функция резистора Rб ограничивать ток в базовой цепи. Если на базу поступит все 1,5 вольта, то через переход пойдет слишком большой ток, в результате которого произойдет тепловой пробой перехода и транзистор может сгореть. Для германиевых транзисторов отпирающее напряжение должно быть около 0,2 вольта, а для кремниевых 0,7 вольта.

Обратимся к структурной схеме: При подаче дополнительного напряжения на базу открывается эмиттерный переход и свободные дырки из эмиттера взаимопоглощаются с электронами базы, создавая прямой базовый ток Iб.

Но не все дырки, попадая в базу, рекомбинируются с электронами. Так как, область базы достаточно узкая, поэтому лишь незначительная часть дырок поглощается электронами базы.

Основной объем дырок эмиттера проскакивает базу и попадает под более высокий уровень отрицательного напряжения в коллекторе, и вместе с дырками коллектора текут к его отрицательному выводу, где и взаимопоглощается электронами от основного источника питания GB. Сопротивление коллекторной цепи эмиттер-база-коллектор резко падает и в ней начинает течь прямой ток коллектора Iк во много раз превышающий ток базы Iб цепи эмиттер-база.

Чем выше уровень отпирающего напряжения на базе, тем выше количество дырок попадает из эмиттера в базу, тем выше значение тока в коллекторе. И, наоборот, чем ниже отпирающее напряжение на базе, тем ниже ток в коллекторной цепи.

В этих экспериментах начинающего радиолюбителя по принципам работы транзистора, он находится в одном из двух состояний: открыт или закрыт. Переключение его из одного состояния в другое осуществляется под действием отпирающего напряжения на базе Uб. Этот режим работы транзистора в электроники получил название ключевым. Он используют в приборах и устройствах автоматики.

В режиме усиления транзистор усилитель работает в схемах приемников и усилителях звуковой частоты (УЗЧ и УНЧ). При работе применяются малые токи в базовой цепи, управляющие большими токами в коллекторе.В этом заключается и отличие режима усиления от режима переключения, который лишь открывает или закрывает транзистор в зависимости от напряжения на базе

Транзистор это очень распространенный активный радиокомпонент, который попадается почти во всех схемах, и очень часто, особенно во время эксперементальных курсов по изучению азов электроники, он выходит из строя. Поэтому без навыка проверки транзисторов, вам в электронику лучше не соваться. Вот и давайте разбираться, как проверить транзистор.

Транзистор (transistor) – полупроводниковый элемент с тремя выводами (обычно), на один из которых (коллектор ) подаётся сильный ток, а на другой (база ) подаётся слабый (управляющий ток ). При определённой силе управляющего тока,как бы «открывается клапан» и ток с коллектора начинает течь на третий вывод (эмиттер ).


То есть транзистор – это своеобразный клапан , который при определённой силе тока, резко уменьшает сопротивление и пускает ток дальше (с коллектора на эмиттер).Происходит это потому, что при определенных условиях, дырки имеющие электрон, теряют его принимая новый и так по кругу. Если к базе не прилагать электрический ток, то транзистор будет находиться в уравновешенном состоянии и не пропускать ток на эмиттер.

В современных электронных чипах, количество транзисторов исчисляется миллиардами . Используются они преимущественно для вычислений и состоят из сложных связей.

Полупроводниковые материалы, преимущественно применяемые в транзисторах это: кремний , арсенид галлия и германий . Также существуют транзисторы на углеродных нанотрубках , прозрачные для дисплеев LCD и полимерные (наиболее перспективные).

Разновидности транзисторов:

Биполярные – транзисторы в которых носителями зарядов могут быть как электроны, так и «дырки». Ток может течь, как в сторону эмиттера , так и в сторону коллектора . Для управления потоком применяются определённые токи управления.

– распротранёные устройства в которых управление электрическим потоком происходит посредством электрического поля. То есть когда образуется большее поле – больше электронов захватываются им и не могут передать заряды дальше. То есть это своеобразный вентиль, который может менять количество передаваемого заряда (если полевой транзисторс управляемым p — n переходом). Отличительной особенностью данных транзисторов являются высокое входное напряжение и высокий коэффи­циент усиления по напряжению.

Комбинированные – транзисторы с совмещёнными резисторами, либо другими транзисторами в одном корпусе. Служат для различных целей, но в основном для повышения коэффициента усиления по току.

Подтипы:

Био-транзисторы – основаны на биологических полимерах, которые можно использовать в медицине, биотехнике без вреда для живых организмов. Проводились исследования на основе металлопротеинов, хлорофилла А (полученного из шпината), вируса табачной мозаики.

Одноэлектронные транзисторы – впервые были созданы российскими учёными в 1996 году . Могли работать при комнатной температуре в отличии от предшественников. Принцип работы схож с полевым транзистором, но более тонкий. Передатчиком сигнала является один или несколько электронов. Данный транзистор также называют нано- и квантовый транзистор. С помощью данной технологии, в будущем рассчитывают создавать транзисторы с размером меньше 10 нм , на основе графена .

Для чего используются транзисторы?

Используются транзисторы в усилительных схемах , лампах , электродвигателях и других приборах где необходимо быстрое изменение силы тока или положение вкл выкл . Транзистор умеет ограничивать силу тока либо плавно , либо методом импульс пауза . Второй чаще используется для -управления. Используя мощный источник питания, он проводит его через себя, регулируя слабым током.

Если силы тока недостаточно для включения цепи транзистора, то используются несколько транзисторов с большей чувствительностью, соединённые каскадным способом.

Мощные транзисторы соединённые в один или несколько корпусов, используются в полностью цифровых усилителях на основе . Часто им требуется дополнительное охлаждение . В большинстве схем, они работают в режиме ключа (в режиме переключателя).

Применяются транзисторы также в системах питания , как цифровых, так и аналоговых (материнские платы , видеокарты , блоки питания & etc ).

Центральные процессоры , тоже состоят из миллионов и миллиардов транзисторов, соединённых в определённом порядке для специализированных вычислений .

Каждая группа транзисторов, определённым образом кодирует сигнал и передаёт его дальше на обработку. Все виды и ПЗУ памяти, тоже состоят из транзисторов.

Все достижения микроэлектроники были бы практически невозможны без изобретения и использования транзисторов. Трудно представить хоть один электронный прибор без хотя бы одного транзистора.

Что означает название «транзистор»

Транзистор не сразу получил такое привычное название. Первоначально, по аналогии с ламповой техникой его называли полупроводниковым триодом . Современное название состоит из двух слов. Первое слово — «трансфер», (тут сразу вспоминается «трансформатор») означает передатчик, преобразователь, переносчик. А вторая половина слова напоминает слово «резистор», — деталь электрических схем, основное свойство которой электрическое сопротивление.

Именно это сопротивление встречается в законе Ома и многих других формулах электротехники. Поэтому слово «транзистор» можно растолковать, как преобразователь сопротивления. Примерно так же, как в гидравлике изменение потока жидкости регулируется задвижкой. У транзистора такая «задвижка» изменяет количество электрических зарядов, создающих электрический ток. Это изменение есть не что иное, как изменение внутреннего сопротивления полупроводникового прибора.

Усиление электрических сигналов

Наиболее распространенной операцией, которую выполняют транзисторы , является усиление электрических сигналов . Но это не совсем верное выражение, ведь слабый сигнал с микрофона таковым и остается.

Усиление также требуется в радиоприеме и телевидении: слабый сигнал с антенны мощностью в миллиардные доли ватта необходимо усилить до такой степени, чтобы получить звук или изображение на экране. А это уже мощности в несколько десятков, а в некоторых случаях и сотен ватт. Поэтому процесс усиления сводится к тому, чтобы с помощью дополнительных источников энергии, полученной от блока питания, получить мощную копию слабого входного сигнала. Другими словами маломощное входное воздействие управляет мощными потоками энергии.

Усиление в других областях техники и природе

Такие примеры можно найти не только в электрических схемах. Например, при нажатии педали газа увеличивается скорость автомобиля. При этом на педаль газа нажимать приходится не очень сильно — по сравнению с мощностью двигателя мощность нажатия на педаль ничтожна. Для уменьшения скорости педаль придется несколько отпустить, ослабить входное воздействие. В этой ситуации мощным источником энергии является бензин.

Такое же воздействие можно наблюдать и в гидравлике: на открытие электромагнитного клапана, например в станке, энергии, идет совсем немного. А давление масла на поршень механизма способно создать усилие в несколько тонн. Это усилие можно регулировать, если в маслопроводе предусмотреть регулируемую задвижку, как в обычном кухонном кране. Чуть прикрыл — давление упало, усилие снизилось. Если открыл побольше, то и нажим усилился.

На поворот задвижки тоже не требуется прилагать особых усилий. В данном случае внешним источником энергии является насосная станция станка. И подобных воздействий в природе и технике можно заметить великое множество. Но все-таки нас больше интересует транзистор, поэтому далее придется рассмотреть…

Усилители электрических сигналов

Как устроен биполярный транзистор — Club155.ru

 

На заре развития радиоэлектроники в качестве основных усилительных элементов выступали разнообразные электровакуумные приборы. Они постоянно совершенствовались как в плане массогабаритных показателей, надежности и долговечности, так и со стороны улучшения их электрических характеристик. Работа таких приборов основывалась на управлении с помощью электрических полей потоками электронов в вакууме, что, как минимум, требовало наличия крепкого герметичного корпуса с соответствующими габаритами. Несмотря на бурное развитие в течение нескольких десятилетий технологий производства электровакуумных приборов, физикам с самого начала было ясно, что кардинальное решение проблем может быть найдено только при переходе к принципиально иному принципу генерации и управления потоками зарядов. Длительные поиски твердотельного аналога радиолампы принесли потрясающий результат, когда ученые обратились к таким достаточно известным и распространенным материалам как кремний (Si) и германий (Ge).

Эти элементы периодической таблицы относятся к группе так называемых полупроводников — материалов, чья электропроводность гораздо ниже электропроводности металлов, но гораздо выше электропроводности диэлектриков. Оказалось, что в кремниевых и германиевых кристаллических структурах можно порождать потоки носителей зарядов и управлять ими аналогично тому, как это делалось в электровакуумных приборах. Причем для этого не требовалось создавать какие-либо внешние по отношению к кристаллу электрические поля или обеспечивать полный вакуум, да и управляемость самих элементарных носителей зарядов получалась гораздо лучшей.

Физика полупроводников достаточно емкая и порой весьма сложная наука. Будем надеяться, что читатель хоть в какой-то мере знаком с основными понятиями этого предмета, поскольку для глубокого понимания работы любых транзисторов без такого знакомства не обойтись. Мы можем себе позволить лишь кратко коснуться данной темы, описав некоторые базовые понятия.

Итак, независимо от типа применяемого полупроводникового материала (кремний или германий) существует три основных подвида полупроводников: чистые (беспримесные) полупроводники или полупроводники с собственной электропроводностью, полупроводники с электронной электропроводностью (полупроводники \(n\)-типа), полупроводники с дырочной электропроводностью (полупроводники \(p\)-типа). Последние два подвида образуются путем введения в чистые полупроводники специальных примесей. Такие примеси существенно повышают электропроводность полупроводниковой структуры за счет появления в ней свободных электронов (электронная электропроводность) или так называемых дырок — элементарных положительных зарядов, обусловленных отсутствием электрона в положенном месте возле ядра атома вещества (дырочная электропроводность). В обоих случаях обеспечивается протекание через полупроводник электрического тока при приложении к нему некоторого внешнего напряжения.

Оказывая некоторые дополнительные электрические воздействия на полупроводниковую структуру, можно управлять протекающим через нее током. На данном принципе основана работа большинства полевых транзисторов. Однако сложилось так, что на начальном этапе развития полупроводниковой электроники предпочтение было отдано биполярным транзисторам. В этих приборах используются свойства так называемых электронно-дырочных переходов (\(p\)-\(n\)-переходов) — структур, состоящих из двух имеющих четкую границу полупроводников с различными типами электропроводности: полупроводника \(n\)-типа и полупроводника \(p\)-типа.

Оказалось, что через такое соединение полупроводников электрический ток может протекать только в одном направлении — когда поток электронов через полупроводник n-типа поступает с отрицательного полюса внешнего источника напряжения, а поток дырок через полупроводник p-типа поступает с положительного полюса этого же источника (режим прямого смещения перехода). Встречаясь на границе раздела полупроводников с различной электропроводностью, эти потоки как бы накладываются друг на друга (т.е. электроны, встречаясь с дыркой, перемещаются и просто становятся на отведенные им места в кристаллической структуре, уничтожая старую дырку и порождая новую там, где они ранее находились; таким образом обеспечивается перетекание дырок далее к отрицательному полюсу, а электронов — к положительному). При изменении полярности внешнего напряжения (обратное смещение перехода) указанные условия не выполняются и электронно-дырочные потоки не могут возникнуть в полупроводниковой \(p\)-\(n\)-структуре. Конечно, в реальных полупроводниках имеет место и масса других физических процессов, которые влияют на их свойства (тепловые процессы, паразитные утечки, явления пробоя и т.п.), но это влияние в большинстве случаев не оказывается определяющим, а лишь несколько уточняет представленную здесь картину.

На описанном принципе основана работа полупроводниковых диодов. Биполярные транзисторы представляют собой несколько более сложную структуру, имеющую в своем составе не один, а два p-n-перехода и позволяющую не просто различать электрические сигналы по их полярности, но и усиливать их. Такая полупроводниковая структура изображена на рис. 1.1,а. В ней чередуются три области с различными типами электропроводности, причем средняя область выполнена очень узкой. Это позволяет потоку носителей зарядов, порожденному в первой области (на рис. 1.1,а слева), проникать через барьер в виде полупроводника с иным типом электропроводности в третью область (на рис. 1.1,а справа) с незначительными потерями (как будет показано в дальнейшем, величиной этих потерь мы можем эффективно управлять, воздействуя на среднюю область). В зависимости от комбинации применяемых полупроводников возможны два вида структуры биполярного транзистора: \(p\)-\(n\)-\(p\) и \(n\)-\(p\)-\(n\). Кроме того, первая и третья области полупроводниковой структуры ввиду конструктивных особенностей биполярных транзисторов не являются одинаковыми, из чего следует, что и свойства транзисторов не симметричны относительно центральной области (хотя и довольно похожи).

Каждая из областей приведенной на рис. 1.1,а полупроводниковой структуры биполярного транзистора имеет отдельный внешний вывод (электрод), а также определенное название, во многом отражающее ее функцию (заметим, что эти функции не зависят от типа транзистора — \(p\)-\(n\)-\(p\) или \(n\)-\(p\)-\(n\)). Область, в которой порождается поток носителей зарядов (на рис. 1.1,а изображена слева), называется эмиттером (Э). Средняя область, через которую происходит управление этим потоком, носит название базы (Б). И, наконец, третья область, в которую поступает урезанный управляемый поток, называется коллектором (К). Два \(p\)-\(n\)-перехода, имеющиеся в биполярном транзисторе, также получили конкретные имена. Переход между базой и эмиттером называется эмиттерным переходом (ЭП), а переход между коллектором и базой — коллекторным переходом (КП). Внешние электроды транзистора называются так же, как и области полупроводниковой структуры, с которыми они соединены. Схемные обозначения биполярных транзисторов типов \(p\)-\(n\)-\(p\) и \(n\)-\(p\)-\(n\) показаны на рис. 1.1,б.

 

Рис. 1.1. Плоская одномерная модель биполярного транзистора (а)
и его условные обозначения (б)

 

В качестве исходного полупроводникового материала при производстве транзисторов чаще всего используются: кремний (Si), германий (Ge), арсенид галлия (GaAs) или фосфид индия (InP). Конструктивное исполнение дискретных биполярных транзисторов может быть самым разнообразным. Существует довольно много технологий их изготовления (в настоящее время преобладают различные подвиды планарно-эпитаксиальной технологии) и еще больше видов корпусов, в которые они могут помещаться (металлокерамические, пластмассовые, керамические и т.д.). Внешние габаритные размеры транзисторов определяются в основном требованиями к допустимым электрическим и тепловым режимам при работе и монтаже прибора. Транзисторы большой мощности имеют большие габариты и специальные средства для крепления внешних теплоотводящих радиаторов, транзисторы малой мощности могут выполняться вообще без корпусов или в корпусах минимальных размеров с очень слабыми теплоотводящими свойствами, защищающими транзистор не столько от перегрева кристалла полупроводника при работе, сколько от перегрева подведенных к нему контактов при пайке транзистора, а также от воздействия на кристалл агрессивной окружающей среды.

 

 

< Предыдущая   Следующая >

как работает транзистор, альтернативная точка зрения

Потоки заряда, управляемые напряжением транзисторы или потоки внутри проводов. Да, вы поняли меня правильно. Ток не течет. Электрический ток никогда не течет , так как электрический ток не является веществом. Электрический ток — это поток чего-то другого. (Спросите себя: что за вещество, которое течет в реке, называется «течением»? Или это называется «вода?»)

Поскольку ток представляет собой поток заряда, общепринятого выражения «поток тока» следует избегать, так как буквально означает « поток поток заряда. — СОВРЕМЕННЫЙ КОЛЛЕДЖ ФИЗИКИ, Ричардс, Сирс, Вер, Земанский (найдите подобное в книге Сервея «КОЛЛЕДЖ»). ФИЗИКА)
Так что же на самом деле течет внутри проводов?

То, что движется внутри проводов, НЕ называется электрическим током. Intead он называется Electric Charge . Течет заряд, а не ток. Движение зарядов может исчезнуть, а движение может появиться. Но само движение не течет, а текут заряды. И в в реках (или в водопроводе) течет вода, а не «течение».» Аналогия: мы не сможем понять сантехнику, пока не перестанем предполагать, что трубы пусты…и при этом верят в волшебство под названием «ток.»

Мы должны узнать, что трубы уже полны; что «вода» течет внутри них. То же самое и с цепями. Провода не заполнены «потоком Ток», вместо этого они предварительно заполнены зарядом. Заряды, которые могут переехать. Электрический заряд — это реальная вещь; его переносят физические частицы, и он может двигаться с реальной скоростью и реальным направлением.Заряжать ведет себя как «вещество», как газ или жидкость. Но электрический ток отличается от заряда: заряд подобен веществу, а ток не вещи. (Если ток подобен ветру, то заряд подобен азоту!) Если мы экспериментируйте с понятиями; если мы решим игнорировать «текущее» и вместо этого пойти и внимательно изучить поведение движущихся зарядов в большом детали, мы можем сжечь облака тумана, которые блокируют наше понимание электроника.

Секунда: заряды внутри проводников не выталкиваются сами собой вперед, но вместо этого их подталкивает «разница потенциалов»; они подталкивается полями напряжения внутри проводящего материала.Сборы не брызнуло из блока питания, как будто блок питания какой-то бака для воды. Если представить, что заряды уходят через минус клемма питания; и если вы думаете, что обвинения, то распространились по полым трубам контура, то вы сделали принципиальная ошибка. Если вы считаете, что сборы предусмотрены блок питания, то вы допустили фундаментальную ошибку. Провода не работают как «пустые электронные трубы». Блок питания не обеспечивает электроны.Блоки питания конечно создают токи, или они вызывает токи , но помните, мы удаляем слово «ток». Для создания потока зарядов блок питания не вводит никаких заряжается в проводах. Источником питания является только насос. Насос может подавать насосное давление. Насосы никогда не подают перекачиваемую воду.

Третье: открыли ли вы большой «секрет» визуализации электрических схемы?

ВСЕ ПРОВОДНИКИ УЖЕ ЗАРЯЖЕНЫ
Провода и кремний…оба ведут себя как предварительно заполненные водопроводные трубы или резервуары для воды. То «вода» — это огромное количество подвижных заряженных частиц проводник. Электрические цепи основаны на «аналогии полных труб». Этот простая идея обычно затемняется фразами «поток тока» или «блоки питания посылают ток.» В конце концов мы думаем, что провода похожи на полые трубы. В итоге мы визуализируем загадочную субстанцию ​​под названием Current. который течет через них. Неа. (Как только мы избавимся от слова «текущий», мы можем обнаружить довольно ошеломляющие идеи в отношении простых схем, не так ли?)
Если цепи похожи на водопровод, , то ни одна из «труб» цепи всегда пусты. Эта идея чрезвычайно важна, и без нее мы не могу понять полупроводники … или даже проводники! Металлы содержат огромное количество подвижных электронов, образующих своего рода «электрическую жидкость». внутри металла. Простой кусок меди подобен резервуару для воды! Физики называют эту жидкость «электронным морем металлов». океан заряда.» Полупроводники всегда полны этого подвижного «зарядка». Подвижный заряд находится там, даже когда транзистор сидит на полке и отключается от всего.Когда напряжение нанесенные на кусок кремния, эти заряды уже находятся в пределах материал приводится в движение. Также обратите внимание, что заряд внутри проводов … не заряжен. Рядом с каждым подвижным электроном находится положительный протон, поэтому хотя металл содержит огромное море заряда, нет сети заряд в среднем. Провода содержат «незаряженный» заряд. Лучше позвони «Отмененный платеж». Тем не менее, даже несмотря на то, что электроны нейтрализуются близлежащие протоны, электроны все еще могут течь между протонами.Отменено заряд все еще может перемещаться, так что возможны потоки заряда в незаряженный металл.

ОК, так как «трубы» уже заполнены «жидкостью», то для того, чтобы понимать схему, мы НЕ должны отслеживать путь, начинающийся в клеммы блока питания. Вместо этого мы можем начать с любого компонента на схема. Если к этому компоненту приложено напряжение, то заряды внутри этого компонента начнут течь. Давайте изменим старый «объяснение фонарика», которому нас всех учили в начальной школе.Вот исправленная версия:

ТОЧНЫЙ ФОНАРЬ ОБЪЯСНЕНИЕ:
Провода полны обширных количества подвижного электрического заряда (все проводники есть!) Если соединить несколько проводов в сплошное кольцо, вы образуете «электрическую цепь», которая содержит подвижный конвейер-ленту из зарядов внутри металлического круга. Далее разрезаем это кольцо в паре мест и вставляем батарейку и лампочка в порезы. Аккумулятор действует как зарядный насос, в то время как лампочка предлагает трение.Батарея толкает длинный ряд проводов заряды вперёд, потом все заряды текут, потом лампочка загорается. Давайте проследим за ними.

Заряды начинаются внутри нити накала лампочки. (Нет, не внутри батарея. Начинаем с лампочки .) Заряды вынуждены течь вдоль нити. Затем они вытекают в первый провод и двигайтесь к первому терминалу батареи. (При этом более заряды входят в нить через другой ее конец.) Батарея накачивает заряжается через себя и обратно.Сборы оставляют вторым клемму аккумулятора, затем по второму проводу текут к лампочке. Они замотаться обратно внутрь нити накала лампочки. В то же время заряды в других частях цепи делают то же самое. Это как сплошная лента из зарядов. Аккумулятор работает как привод. колесо, которое перемещает ремень. Провода ведут себя так, как будто они скрывают конвейерная лента внутри. Лампочка действует как «трение»; становится жарко когда его собственные естественные заряды вынуждены течь.Скорость батареи вверх весь ремень, в то время как трение лампочки замедляет его опять таки. И так ремень работает постоянно, а лампочка греется.



Правда освободит вас … но сначала она разозлит тебя! -анон

Краткий обзор:

1. ВЕЩЕСТВО, ТЕКУЩЕЕ ПО ПРОВОДНИКАМ НАЗЫВАЕТСЯ ЗАРЯДОМ. («ТОК» НЕ ТЕЧИТ.)

2. ЗАРЯД ВНУТРИ ПРОВОДНИКИ СМАЧИВАЮТСЯ ПОЛЯМИ НАПРЯЖЕНИЯ.

3. ВСЕ ПРОВОДА ЕСТЬ «ПРЕДВАРИТЕЛЬНО ЗАПОЛНЕН» БОЛЬШИМ КОЛИЧЕСТВОМ ПОВОРОТНОГО ЗАРЯДА

4. АККУМУЛЯТОРЫ И ИСТОЧНИКИ ПИТАНИЯ ЯВЛЯЮТСЯ ЗАРЯДНЫМИ НАСОСАМИ.

5. ЛАМПОЧКИ И РЕЗИСТОРЫ ДЕЙСТВУЙТЕ «ТРИКАЛЬНО».

И последнее: разница между проводником и изолятором заключается в следующем. просто: проводники похожи на предварительно заполненные водопроводные трубы, а изоляторы как трубы, забитые льдом. Оба содержат «электрический материал»; дирижеры и изоляторы оба полны электрически заряженных частиц.Но «вещи» внутри изолятора не могут двигаться. Когда мы применяем перепад давления вдоль водопровода, вода течет. Но с пустая труба, там ничего нет, поэтому течи не происходит. И с забитая льдом труба, вещество застряло и не сдвинулось с места. (Другими словами, напряжение вызывает поток заряда в проводниках, но не может вызвать поток заряда в изоляторах, потому что заряды либо отсутствуют, либо иммобилизованы.) Многие вводные учебники дают неправильные определения. Они определяют проводника как что-то, через что могут течь заряды, и якобы изоляторы блокировать заряды.Неа. Воздух и вакуум не блокируют заряды, но воздух и вакуум хорошие изоляторы! На самом деле дирижер – это то, что содержит подвижные заряды, а изолятор — это то, в чем их нет. (Если в книге неверно изложена эта основополагающая идея, то в большинстве последующих объяснения подобны зданиям, построенным на куче мусора, и они стремятся рухнуть.)

Еще одна последняя вещь, прежде чем погрузиться в транзисторы. Кремний очень отличается от металла. Металлы полны подвижных зарядов…но так легированный кремний. Насколько они разные? Конечно, дело в том, «ширина запрещенной зоны» и разница между электронами и дырками, но это не главное. Важное отличие довольно простое: металлы имеют огромное количество подвижного заряда, но кремний имеет гораздо меньше. Для Например, в меди каждый отдельный атом меди отдает один подвижный электрон. к «морю заряда». «Электрическая жидкость» меди очень плотная; это такой же плотный, как медный металл. Но в легированном кремнии только один в каждом миллиард атомов дает подвижный заряд.Кремний похож на большое пустое пространство со случайным блуждающим зарядом. В кремнии можно заметать все заряжается из материала, используя несколько вольт потенциала, в то время как в металлу потребуются миллиарды вольт, чтобы сделать то же самое. Или в другие слова:

6. ЗАРЯД ВНУТРИ ПОЛУПРОВОДНИКОВ КАК СЖИМАЕМЫЙ ГАЗ, ПОКА ЗАРЯД ВНУТРИ МЕТАЛЛОВ ПОДОБЕН ПЛОТНОМУ И НЕСЖИМАЕМАЯ ЖИДКОСТЬ.
Сметание зарядов в материале равносильно преобразованию этого материала от проводника к изолятору.Если силикон похож на резину шланг, то это шланг, который содержит сжимаемый газ. Мы можем легко сожмите его и остановите поток. Но если медь тоже как резина шланг, то вместо этого он похож на шланг, полный железных слизней. Вы можете сжать и сжать, но вы не можете разбить их в сторону. Но с воздушными шлангами а с силиконовыми проводниками даже небольшое боковое давление может защемить путь закрыт и остановить поток.

Хорошо, давайте посмотрим, как обычно объясняют транзисторы.

Чтобы открыть NPN-транзистор, на базу подается напряжение. клеммы эмиттера. Это приводит к тому, что электроны в основном проводе удаляются. от самого транзистора и вытекают в сторону источника питания. Это в очередь вырывает электроны из базовой области P-типа, оставляя «дырки» сзади, а «дырки» действуют как положительные заряды, которые выталкиваются в направление, противоположное направлению электронного тока. Что КАЖЕТСЯ случается так, что провод базы вводит положительные заряды в базу область, край.Он изрыгает дыры. Он вводит заряд.

(Обратите внимание, что я описываю здесь поток заряда , а не положительный заряд. «условный ток»)

 

Как работает транзистор

В этом учебном пособии рассматриваются основы транзисторов и концептуально дается ответ на вопрос, как работает транзистор? Хорошее понимание транзистора необходимо для работы с электронными схемами. Транзисторы являются основой электроники. Они повсюду; в дискретной форме, в группе миллионов как интегральная схема.Мы рассмотрим каждый аспект транзистора в этом разделе серии руководств.

Понятия, которые необходимо знать

Прежде чем отправиться в путешествие по транзисторам, мы рекомендуем вам ознакомиться с некоторыми основами, связанными с транзисторами. Конструкция и работа транзистора связана с диодами, вам предлагается прочитать учебники по диодам и базовой электронике.
Вы увидите концепцию условного тока против потока электронов в этом уроке пару раз.Как следует из названия, обычный ток — это традиционный, старомодный способ выражения концепции тока. Обычный ток течет от положительного к отрицательному. Да, это выглядит концептуально неправильно, но вы можете найти доказательство этому в символе диода. Электрон с его отрицательным зарядом легко притягивается к положительному источнику. Следовательно, поток электронов идет от отрицательного к положительному. Эти понятия кажутся запутанными, но они очень ясны и оба приемлемы. Неважно, какое направление течения рассматривается, важно постоянно использовать одно и то же направление.Работа тока в электронной цепи не меняется в зависимости от направления протекания тока.

Почему мы используем транзистор?

Сегодня большая часть электронных схем состоит из интегральных схем (ИС). В такой интегральной схеме, как микроконтроллер, спрятаны миллионы транзисторов. Конфигурация ввода-вывода таких ИС основана на транзисторах. Транзисторы имеют много преимуществ, таких как небольшой размер, доступность, низкая стоимость, простота использования. Они отвечают за сокращение электронных схем.Вы можете подумать, что на самом деле делает транзистор? Таким образом, помимо усиления (превращения маломощного сигнала в аналогичный сигнал большой мощности) транзисторы могут также действовать как переключатель. С этим комбинированным потенциалом транзисторы могут многое. Благодаря своей коммутационной и усиливающей способности транзистор заменил в электронике механический переключатель и лампу. Как и другие электронные компоненты, которые мы обсуждали до сих пор, транзисторы имеют различные типы для различных приложений. Вот почему транзистор является жизненно важной частью электроники.

Что такое транзистор?

В электронике используются чрезвычайно мелкие частицы, называемые электронами; для управления электричеством. Транзистор управляет электричеством с помощью электронов. Первый транзистор практически реализован в 1947 году физиками Джоном Бардином, Уолтером Браттейном и Уильямом Шокли. Этот транзистор был назван точечным транзистором. Позже Уильям Шокли изобрел биполярные транзисторы в 1948 году. Транзистор — это простое активное электронное устройство по своей физической структуре и немного сложное по своей работе.По определению транзистор представляет собой полупроводниковое устройство с двумя pn-переходами, используемое в качестве переключателя или для усиления электронных сигналов .

Почему транзистор называется транзистором? Значение названия транзистора заключается в его собственной работе. Транзистор + истор = Транзистор
Приставка транс говорит о передаче сигнала от низкоомной части к высокоомной, а истор означает твердую физическую структуру, обладающую свойством сопротивления.

Биполярный переходной транзистор (BJT)

Транзисторы делятся на два основных типа: транзисторы с биполярным переходом (BJT) и полевые транзисторы (FET).В учебниках по транзисторам мы подробно изучим каждую вариацию обоих типов. Наиболее распространенный транзистор, который мы используем, — это переходной транзистор (BJT). Следовательно, большинство людей, работающих с электроникой, используют слово «транзистор» для обозначения биполярного транзистора. Возможно, вы думаете о названии «биполярный», почему так называется? Мы увидим причину этого в работе транзистора. Теперь отсюда мы узнаем о BJT, их типах, конструкции, работе и т. д.

Символы транзисторов

Транзисторы концептуально представляют собой 3 терминальных активных устройства.Эти 3 вывода называются коллектором (C), базой (B) и эмиттером (E). Транзистор состоит из трех сэндвич-слоев легированных полупроводников. Комбинация слоев может быть либо npn , либо pnp .

Вы можете использовать следующие подсказки, чтобы запомнить, где npn, а где pnp.
1) npn = N ot P ointing i N , pnp = P ointing i N
-> нп

BJT — обозначения и конструкция транзисторов Есть два полупроводника кремний (Si) и германий (Ge), используемые для изготовления транзисторов, из которых кремний является наиболее предпочтительным.Проводимость полупроводниковых материалов находится между проводником (например, медью) и изолятором (например, пластиком). Чистый кремний не очень полезен для электроники. Добавление примеси (химического вещества) в чистый кремний улучшает его свойства, этот процесс известен как легирование. В зависимости от добавленных примесей мы получаем полупроводники n-типа или p-типа. Различные электронные устройства сделаны из комбинации этих нечистых полупроводников. Вы можете посетить здесь, чтобы узнать больше о полупроводниках, их типах, сравнении кремния и германия и т. д.
Конструкция транзистора

В конструкции BJT средняя область называется базой, а внешние 2 области — эмиттерной и коллекторной. На рисунке выше вы можете найти похожие внешние слои, но их работа сильно различается с точки зрения электрических и физических свойств. Уровень легирования эмиттера самый высокий, а базы самый низкий. Область коллектора имеет наибольшую площадь, а основание имеет наименьшую площадь. Вам может быть интересно узнать о самом большом размере области коллектора. Причина в том, что при практической работе транзистора на коллекторе выделяется тепло (потеря мощности).По сравнению с другими областями площадь коллектора в транзисторе увеличена для отвода тепла.

Конструкция транзистора фактически является продолжением структуры p-n перехода диода. Следовательно, транзистор можно представить как два диода с соединенными вместе анодами (NPN) или катодами (PNP). Направление стрелки на символе BJT можно проверить по положению диода. В случае NPN диод направлен в сторону эмиттера, а в случае PNP диод направлен в сторону базы. Это направление указывает на направление тока, протекающего через транзистор.

Как работает транзистор — аналогия с двумя диодами

Представление транзистора в виде двух диодов практически не корректно. На макетной плате не получится. Практически поведение тока в транзисторе отличается от поведения диода.

Транзистор в действии

Работа транзистора может быть продемонстрирована путем расширения водных аналогий резистора и конденсатора. В водной аналогии транзистора мы рассматриваем ширину трубы как сопротивление, ток — это поток воды, а давление, проталкивающее эту воду через трубу, — это напряжение.Транзистор аналогичен лампе. Ручка этого клапана представляет собой штифт основания транзистора, который позволяет большему или меньшему количеству электронов течь от эмиттера к коллектору. Работу транзистора в качестве переключателя (ВКЛ/ВЫКЛ) и усилителя можно объяснить водяным клапаном, контролируя расход воды.

Как работает транзистор – аналогия с водой

Подобно клапану, контролирующему скорость потока воды, транзистор также может управлять потоком тока путем небольшой настройки тока базы. Следовательно, биполярный транзистор называется токоуправляемым устройством .Усилительные характеристики транзисторов делают их специальными электронными устройствами.

Рабочий транзистор

В транзисторах npn и pnp имеются две одинаковые внешние области легированного полупроводника, то есть эмиттер и коллектор. Как следует из названия, эмиттер излучает носители заряда на базу . Коллектор собирает носители заряда с базы , чтобы передать их в следующую часть схемы. Основание контролирует протекание носителей заряда через слои.База похожа на дверь или затвор, управляющий током в транзисторе.

Термин «носители заряда» используется для обозначения электронов (-ve заряд) и дырок (+ve заряд) в случае npn и pnp соответственно. Концептуально дырки — это не что иное, как отсутствие электронов.

Токи в транзисторе — NPN и PNP

Стрелка в символе транзистора определяет протекание тока эмиттера и условное направление тока.

Эмиттер представляет собой прямое смещение по отношению к базе для испускания или подачи большого количества носителей заряда.Коллектор обратного смещения w.r.t. база для сбора носителей заряда, испускаемых эмиттером. Прямое или обратное смещение соответствующей области транзистора зависит от приложения, в котором будет использоваться транзистор. Эмиттер сильно легирован, поэтому для перемещения носителей заряда от эмиттера к базе требуется очень небольшое давление (напряжение). Согласно диодной аналогии транзистора, часть эмиттер-база эквивалентна диоду. Прямое напряжение диода составляет около 0,6 В. Следовательно, для прямого смещения эмиттера w требуется небольшое напряжение.р.т. основание. Коллектор легирован легче, чем эмиттер, поэтому к коллектору прикладывается большее напряжение, чем к эмиттеру.

Что такое предвзятость?
В электронике смещение представляет собой постоянное напряжение или ток постоянного тока. При смещении постоянное напряжение постоянного тока намеренно подается между двумя клеммами для управления электронным устройством. Например. Напряжение смещения около 0,6 В включит транзистор.

Работа транзистора npn

Эмиттер прямого смещения испускает электроны на базу.Эти электроны составляют эмиттерный ток ( I E ). Очень немногие электроны из эмиттера соединяются с дырками в базе, которые создают базовый ток ( I B ). Остальные электроны легко проходят слабо легированную базовую область и создают ток коллектора ( I C ). Таким образом, можно сказать, что в коллекторной части протекает примерно полный эмиттерный ток. В npn эмиттер и база имеют n-тип и p-тип соответственно. Следовательно, электроны являются основными носителями, а дырки — неосновными носителями.

Работа транзистора pnp

Транзистор pnp работает очень похоже на транзистор npn. В случае pnp единственное различие связано с эмиттером p-типа и базой n-типа, дырки являются основными носителями, а электроны — неосновными носителями. Следовательно, эмиттер излучает дырки, проводимость тока в pnp осуществляется дырками, а во внешнем проводящем пути, подобно проводам, ток осуществляется электронами. В pnp-транзисторе отрицательное базовое напряжение управляет током эмиттер-коллектор.

Почему BJT называется биполярным? В транзисторах типа npn и pnp проводимость тока (поток) обусловлена ​​как основными, так и неосновными носителями.Это означает, что обе полярности электрического заряда (-ve электроны и + ve дырки) участвуют в проводимости тока. Следовательно, BJT называется биполярным.

С учетом этого обсуждения мы можем математически определить ток эмиттера с помощью токового закона Кирхгофа как

I E = I B + I C
Начиная с I B очень маленький; и измерять в мкА,
I E I C

 

Этого достаточно для первого поста на Как работает транзистор .О транзисторах можно еще много говорить. Это только начало. Надеюсь, теперь вы знакомы со словом транзистор. Пожалуйста, ознакомьтесь с нашим следующим постом для более подробного объяснения работы транзистора.

Основы электроники — Как работает транзистор

Транзисторы представляют собой полупроводниковые устройства с тремя выводами, которые могут действовать как элементы управления усилителем или электрически управляемые переключатели .

  • Усилитель : когда он работает как усилитель, он потребляет небольшой электрический ток на одном проводе и производит больший выходной ток на другом проводе
  • Переключатель : небольшой электрический ток через вывод может включить больший ток через другие выводы транзистора

На рисунке ниже вы видите несколько типов транзисторов:

Полупроводники

Транзисторы

изготовлены из кремния, который является полупроводником.Полупроводник — это материал, который не является чистым проводником, он имеет большее сопротивление, чем проводник, но гораздо меньшее сопротивление, чем изоляторы.

Тип N

Мы можем вводить примеси в кремний, чтобы он работал определенным образом, этот процесс называется легированием.

Если мы легируем кремний химическими элементами, такими как фосфор, мышьяк или сурьма, которые имеют 5 валентных электронов, кремний получает свободные дополнительные электроны, которые могут проводить электрический ток.

Когда мы добавляем эти элементы, мы вводим электроны.Поскольку электроны отрицательны, этот тип полупроводника называется N-типа (отрицательный тип).

P-тип

С другой стороны, мы можем легировать кремний другими элементами, такими как бор или галлий. Поскольку эти элементы имеют только три внешних электрона, когда они смешиваются с кремниевой матрицей, они создают «дырки» с отсутствием электронов.

Итак, этот тип кремния имеет меньше лишних свободных электронов, поэтому его называют P-типом (положительный тип).

Рисунок адаптирован из гиперфизики

Аналогия воды

Для понимания основных понятий электроники нет ничего лучше, чем аналогия с водой.

Представьте себе кран, в котором течет вода. Вода берется откуда-то (в потоке) и вытекает из крана (в потоке). Поток воды можно контролировать с помощью ручки управления .

То же самое происходит в транзисторе , ток течет от одного вывода к другому. Ток, который течет от одного вывода к другому, зависит от небольшого напряжения/тока, подаваемого на управляющий вывод. Таким образом, контрольный вывод управляет электрическим потоком через два своих вывода.

Двумя основными семействами транзисторов являются биполярные транзисторы (BJT) и полевые транзисторы (FET).

  • Биполярные переходные транзисторы требуют входного или выходного тока на их выводах управления
  • Полевые транзисторы практически не требуют тока, только напряжение

Биполярные переходные транзисторы (BJT)

Транзисторы с биполярным переходом

состоят из трехслойного сэндвича из легированных полупроводниковых материалов. У нас может быть два типа биполярных переходных транзисторов: N-P-N и P-N-P. Каждый слой имеет булавку. На биполярных транзисторах три контакта имеют маркировку:

.
  • Коллектор (С)
  • Основание (В)
  • Излучатель (E)

На рисунке ниже вы можете видеть символы транзисторов NPN и PNP соответственно.

NPN-транзистор

В транзисторе NPN ток течет от коллектора к эмиттеру. Чтобы ток протекал, база NPN-транзистора должна быть подключена к положительному напряжению.

С увеличением тока на базе транзистор все больше открывается до тех пор, пока полностью не переведет ток с коллектора на эмиттер.

ПНП-транзистор

В транзисторе PNP ток течет от эмиттера к коллектору, для этого база должна быть соединена с землей.

Можно сказать, что транзистор PNP нормально выключен. Однако при небольшом выходном токе и отрицательном напряжении на базе по отношению к эмиттеру транзистор включится, и от эмиттера к коллектору потечет больший ток.

В принципе, PNP-транзистор будет проводить ток от эмиттера к коллектору, если база и коллектор отрицательны по отношению к эмиттеру.

Мини-проект – автоматический светодиодный светильник

В этом разделе я собираюсь поделиться с вами простым применением транзистора.

Мы будем использовать LDR (светозависимый резистор) для включения транзистора NPN, питающего светодиод.

Когда темно, светодиод включается, а когда светит, светодиод гаснет.

Необходимые детали

Вот компоненты, которые вам понадобятся:

Вы можете использовать предыдущие ссылки или перейти непосредственно на MakerAdvisor.com/tools, чтобы найти все детали для своих проектов по лучшей цене!

Цепь

Вот принципиальная схема для этого проекта:

Поместите все компоненты на макетную плату и проверьте свою схему.Вот схемы:

Проверка автоматического светодиода

Когда свет выключается, LDR активирует транзистор, который в конечном итоге включает светодиод. Вот окончательный результат:

Вы можете измерить сопротивление вашего LDR с помощью мультиметра с различной интенсивностью света (от темного до светлого), чтобы видеть, что происходит.

Возможно, вам потребуется изменить значение резистора 47 кОм на другое значение в зависимости от интенсивности окружающего освещения.Для этого может быть полезнее заменить резистор 47 кОм потенциометром.

Не стесняйтесь припаивать все части этой крошечной схемы и применять ее в любых целях.

Надеюсь, вы нашли этот пост и проект полезными.

Поделитесь этим постом с другом, который тоже любит электронику!

Спасибо за внимание,

-Руи Сантос

Как работает транзистор – Kitronik Ltd

Функциональность

Транзистор в своей простейшей форме представляет собой электронный переключатель.Это позволяет небольшому количеству тока включать или выключать гораздо большее количество тока. Существует два типа транзисторов NPN и PNP, разный порядок букв относится к порядку материала типа N и P, используемого для изготовления транзистора. Оба типа доступны с различной номинальной мощностью от сигнальных транзисторов до силовых транзисторов. Транзистор NPN является наиболее распространенным из двух и рассматривается в этой статье. Транзистор имеет три ножки, это база, коллектор и эмиттер.Эмиттер всегда подключен к 0 В, а электроника, которая должна быть включена, подключается между коллектором и положительным источником питания. База транзистора используется для переключения тока через коллектор и эмиттер. Когда база находится между 0 В и 0,7 В, он выключается, а выше 0,7 В он включается, позволяя току течь от коллектора к эмиттеру. Резистор обычно помещается между выходом интегральной схемы (ИС) и базой транзистора для ограничения тока, проходящего через выходной контакт ИС.

Схематическое обозначение

Символ транзистора типа NPN показан ниже вместе с маркировкой контактов.

Значения

Транзисторы не имеют номиналов, но имеют разные значения тока. Стиль упаковки также меняется по мере повышения текущего рейтинга. Слаботочные транзисторы поставляются в пластиковом корпусе D-образной формы, в то время как сильноточные транзисторы производятся в металлических банках, которые можно прикрепить болтами к радиаторам, чтобы они не перегревались.Форма D или метка на металлической банке используются для определения того, какой штифт за что отвечает. Все транзисторы подключены по-разному, поэтому их нужно искать в каталоге или таблице данных, чтобы узнать, какой контакт куда подключается.

Скачать pdf версию этой страницы здесь Узнать больше об авторе подробнее »

©Kitronik Ltd. Вы можете распечатать эту страницу и дать ссылку на нее, но не должны копировать страницу или ее часть без предварительного письменного согласия компании Kitronik.

Что такое транзистор и как он работает

 

Изобретение
   Этот беспрецедентный поток инноваций начался в середине 40-х годов, когда группа ученых из Bell Labs решила найти решение, которое заменило бы вакуумную лампу и механические реле чем-то лучшим, чем-то более надежным, более эффективен, менее затратен в обслуживании.16 декабря 1947 года Уолтер Браттейн при поддержке своей команды и всего научного сообщества Bell Labs внес еще одну корректировку в свое странное приспособление, состоящее из германия, золотых полосок, изоляторов и провода и впервые наблюдал усиление входного сигнала. Транзистор родился и неосознанно, информационный век. Лауреаты Нобелевской премии Джон Бардин, Уолтер Браттейн и Уильям Шокли впоследствии разработали методы, позволяющие сделать эту технологию практичной, эффективно обучая промышленное сообщество тому, как использовать ее для создания приложений от слуховых аппаратов до телефонных коммутаторов, от портативные радиоприемники к телевизорам.
    Транзистор, изобретенный в Bell Laboratories в 1947 году, стал результатом усилий по поиску лучшего усилителя и замены механических реле. Вакуумная лампа усилила музыку и голос в первой половине 20-го века и сделала междугородние звонки практичными. Но он потреблял много энергии, работал горячим и быстро сгорал. Телефонная сеть требовала сотен тысяч реле для соединения цепей для совершения звонков. Сетевые реле были механические устройства, требующие регулярного обслуживания для очистки и регулировки.
Более дешевый в изготовлении, чем вакуумная лампа, и гораздо более надежный, транзистор сократил стоимость и улучшил качество телефонных услуг и, казалось бы, в одночасье породил бесчисленное количество новых продуктов и целых новых отраслей.

Как работает транзистор
    Транзистор имеет множество применений, но только две основные функции: переключение и модуляция — последняя часто используется для усиления. Проще говоря, транзистор работает как диммер в вашей гостиной.Нажмите на ручку диммера, загорится свет; нажмите еще раз, свет погаснет. Вуаля! Переключатель. Вращайте ручку вперед и назад, и свет становится ярче, тусклее, ярче, тусклее. Вуаля! Модулятор. Чтобы понять усиление, подумайте о это: относительно легкое действие с вашей стороны, чтобы повернуть ручку от низкого до высокого значения, превращается в гораздо более впечатляющую реакцию на свет — вся комната сияет светом! Вуаля! Усилитель. И диммер, и транзистор управляют протеканием тока, будь то через лампу или устройство, которое нужно активировать.Оба действуют как переключатель — вкл/выкл — и как модулятор/усилитель — высокий/низкий. Важное отличие состоит в том, что «рука» управляет транзистором в миллионы раз быстрее. А также он подключен к другому электрическому источнику — радиосигналу в антенне, например, голосу в микрофоне, или сигналу данных в компьютерной системе, или даже другому транзистору.
    Транзисторы изготовлены из полупроводников, таких как кремний и арсенид галлия. Эти материалы проводят электричество умеренно хорошо — недостаточно хорошо, чтобы называться проводником, как медные провода; не настолько плохо, чтобы называться изолятором, как кусок стекла.Отсюда и их название: полупроводниковые.
    «Волшебство» транзистора заключается в его способности управлять собственной полупроводимостью, а именно действовать как проводник, когда это необходимо, или как изолятор (непроводник), когда это необходимо.
Полупроводники различаются по тому, как они действуют электрически. Помещение тонкого куска полупроводника одного типа между двумя слоями другого типа приводит к поразительным результатам: небольшой ток в центральном слое может управлять потоком тока между двумя другими.Этот небольшой ток в среднем срезе — это сок, который подается, например, от антенны или другого транзистора. Даже когда входной ток слабый, например, от радиосигнала, прошедшего большое расстояние, Транзистор может управлять сильным током из другой цепи через себя. По сути, ток через «выходную сторону» транзистора имитирует поведение тока через «входную сторону». В результате получается сильная, усиленная версия слабого радиосигнала.

Что делают транзисторы
В современных микросхемах, которые содержат миллионы транзисторов, «объединенных» вместе по определенной схеме или «конструкции», усиленный выходной сигнал одного транзистора приводит в действие другие транзисторы, которые, в свою очередь, управляют другими и т. д. .Постройте последовательность в одном направлении, и микросхема может усиливать слабые сигналы антенны в насыщенный квадрофонический высококачественный звук. Соберите чип по-другому, и транзисторы взаимодействуют, создавая таймеры для управления часами или микроволновой печью, или датчики для контроля. температуры, обнаруживать злоумышленников или предотвращать блокировку колес автомобиля (системы ABS). Расположите транзисторы в другом массиве и создайте арифметические и логические процессоры, которые заставят калькуляторы выполнять вычисления, компьютеры — вычислять, «обрабатывать» слова, искать информацию в сложных базах данных, сети — для «общения» друг с другом или системы, передающие голос. данные, графика и видео для создания наших коммуникационных сетей.
    Может потребоваться множество транзисторов, соединенных в команды, называемые логическими вентилями, чтобы выполнить такую ​​простую задачу, как сложение одного и одного. Но соедините достаточное количество транзисторов по соответствующим шаблонам, и транзисторы в конечном итоге выполнят большую работу, работая быстро, включая и выключая 100 миллионов раз в секунду или больше, и работая в огромных командах.
В качестве дискретных компонентов, как и в старые времена, тысяча транзисторов заняла бы десятки печатных плат размером с открытку. Но благодаря таким технологиям, как фотолитография и автоматизированное проектирование, миллионы транзисторов и других электронных компонентов вместе с проводкой можно компактно разместить на интегральной схеме размером меньше кукурузной хлопья.
 

   

Как работает транзистор?

Мир был бы совсем другим, если бы не был изобретен транзистор. Они повсюду. Они лежат в основе всех цифровых технологий, являются рабочими лошадками бытовой электроники и могут быть поразительно маленькими. Например, новейшие микрочипы Core i7 от Intel содержат более двух миллиардов транзисторов.

Но что это такое и как они работают?

Слева: транзистор старой школы с тремя «ногами».Справа: Электронно-микроскопическое изображение одного транзистора на микросхеме.

В некотором смысле они обманчиво просты. Транзисторы — это крошечные переключатели: они могут быть включены или выключены. Когда они включены, через них может течь электрический ток, а когда они выключены – нет.

Чаще всего это достигается с помощью устройства, называемого «полевым транзистором» или полевым транзистором. Он получил такое название, потому что небольшое электрическое поле используется для перевода устройства из проводящего состояния «включено» в непроводящее состояние «выключено».

В нижней части транзистора находится полупроводниковая подложка, которая обычно изготавливается из кремния. (Вот почему кремний так важен в вычислительной технике.) Кремний — фантастический кристалл, потому что, добавляя к его кристаллу несколько атомов элемента другого типа, он может приобретать положительный или отрицательный заряд. Чтобы объяснить почему, нам нужно обратиться к химии! Атом кремния имеет 14 электронов, но десять из них тесно связаны с атомным ядром, и их очень трудно перемещать. Остальные четыре гораздо более слабо связаны и именно они определяют, как он связывается с другими атомами.

Когда формируется кристалл кремния, четыре свободных электрона от каждого атома образуют связи с электронами от соседних атомов, и геометрия этих связей создает правильную кристаллическую структуру. Однако можно удалить небольшое количество атомов кремния и заменить их атомами другого типа. Если это сделать с атомом, подобным фосфору или азоту, который имеет пять свободных электронов, то четыре из них используются для создания химических связей, а один остается лишним. Этот оставшийся электрон может свободно перемещаться по кристаллу и придает кристаллу общий отрицательный заряд.Говоря языком физики, кремний стал «n-легированным».

Но если некоторые атомы кремния заменить чем-то вроде бора или алюминия, которые имеют только три свободных электрона, атом должен «позаимствовать» лишний электрон у остальной части кристалла, а это означает, что этот электрон «потерян», и кристалл становится положительно заряженным. Это называется «p-допинг».

Эскизы полевого транзистора в выключенном состоянии (слева) и во включенном состоянии (справа) при подаче напряжения на затвор.

Ладно, хватит химии, теперь вернемся к самому транзистору.Транзисторы имеют три соединения с внешним миром, которые обычно называются истоком, стоком и затвором. Источник — это вход для электрического тока, сток — это выход, а затвор — это элемент управления, который определяет, может ли ток течь или нет.

И исток, и сток соединяются с небольшой областью n-легированного кремния (т. е. у них есть дополнительные электроны), которые могут обеспечивать или собирать электрический ток, протекающий через переключатель. Центральная часть устройства, называемая «каналом», легирована p-типом, что означает, что в ней недостаточно электронов.

А вот и квантовая механика!

Некоторое время назад я описал лентовидную структуру материала. По сути, это карта квантово-механических состояний материала. Если в той или иной области нет состояний, то электроны не могут туда попасть. «Энергия Ферми» — это энергия, при которой состояния перестают заполняться. Я нарисовал приблизительную версию структуры полос трех регионов на диаграмме ниже. В n-легированных областях состояния, образованные дополнительными электронами, находятся ниже поверхности Ферми и поэтому заполнены.Но в р-канале незаполненные дополнительные состояния выше энергии Ферми. Это создает барьер между истоком и стоком и препятствует движению электронов между ними.

Диапазонные диаграммы для полевого транзистора. Во включенном состоянии отсутствующие электронные уровни опускаются ниже поверхности Ферми и образуют проводящий канал.

А теперь большая хитрость. Когда на затвор подается напряжение, оно создает электрическое поле в области канала. Эта дополнительная энергия, которую получают электроны, потому что они находятся в этом поле, приводит к перемещению энергии квантовых состояний в области канала к другой энергии.Это показано в правой части диаграммы диапазонов. Теперь дополнительные состояния перемещаются ниже энергии Ферми, но кремний не может создавать больше электронов, поэтому эти незаполненные состояния образуют путь, по которому дополнительные электроны в источнике могут двигаться к стоку. Это устраняет барьер, означающий, что приложение электрического поля к области канала открывает устройство для переноса тока.

На приведенной выше схеме устройства левый рисунок показывает транзистор в выключенном состоянии без проводящего канала в p-легированной области.На рисунке справа показано открытое состояние, когда напряжение затвора индуцирует проводящий канал рядом с затвором.

Итак, вот как транзистор может включаться и выключаться. Но оттуда далеко до интегральных схем, питающих ваш телефон или ноутбук. Как именно работают эти микросхемы, это другой вопрос, но вкратце: выход стока одного транзистора может быть связан с истоком или затвором другого. Это означает, что состояние одного транзистора можно использовать для управления состоянием другого транзистора.Если они собраны правильно, они могут обрабатывать информацию.

Нравится:

Нравится Загрузка…

Родственные

Как работает транзистор в качестве переключателя. Транзистор NPN и PNP работает

 Как работает транзистор

Простой рабочий транзистор

Транзистор представляет собой трехконтактный электронный полупроводниковый компонент/устройство.

Он имеет три терминала, называемых BASE, Emitter и Collector.

Значение названия транзистора

заключается в его собственной работе.
Транзистор + истор = Транзистор
Приставка транс говорит о передаче сигнала от низкоомной части к высокоомной, а истор означает твердую физическую структуру, обладающую свойством сопротивления.

Транзистор состоит из трех многослойных слоев легированных полупроводников.

В основном транзисторы бывают 2-х типов.

1 . НПН-транзистор

2. Транзистор PNP

Транзистор является очень важным компонентом электронной системы.Это основной электронный компонент, который широко используется при изготовлении электронных схем.

В основном для коммутации используются транзисторы. другое использование транзистора в качестве усилителя.

Транзистор

изготовлен с использованием диода с 2 pn-переходом.

NPN= отрицательный-положительный-отрицательный.

Транзистор NPN имеет материал обеих сторон n-типа, а между ними материал положительного (отверстия) типа. Электроны являются основными носителями, а дырки — неосновными носителями.

База NPN-транзистора относится к P-типу, а эмиттер — к N-типу и должен быть подключен к отрицательному источнику питания.

Небольшой положительный ток, необходимый на клемме Base для включения транзистора. Посылая различные уровни тока на базу, можно регулировать величину тока, протекающего через коллектор к эмиттеру.

Когда мы подаем небольшое положительное питание на базу, тогда будет проходить ток между эмиттером и коллектором, и мы говорим, что транзистор включен.Очень небольшое количество тока может использоваться для управления большим током, это свойство известно как усилитель.

 

База транзистора используется для переключения тока через коллектор и эмиттер. Когда база находится между 0 В и 0,7 В, он выключается, а когда выше 0,7 В, он включается и позволяет току течь от коллектора к эмиттеру.

В транзисторе PNP типа нам нужно отрицательное напряжение на клемме базы для включения транзистора.В случае pnp единственная разница связана с эмиттером p-типа и базой n-типа, дырки являются основными носителями, а электроны — неосновными носителями.

Когда мы применяем небольшой отрицательный источник питания к базе PNP, ток между коллектором и эмиттером будет проводить.

PNP= положительный-отрицательный-положительный

Следующая анимация показывает базовую функцию переключения с использованием реле для переключения больших токов. Если вам нужно коммутировать небольшой ток, то без реле вы можете напрямую подключить нагрузку к коллектору.

.

 

 

Примечание. Если в какой-либо цепи используется реле, то диод (называемый обратным диодом) должен подключаться параллельно входу реле. Это необходимо для защиты. Как с транзистором PNP, так и с транзистором NPN, диод обратного хода должен иметь обратное смещение.

Подача тока между коллектором и эмиттером, управляемая сигналом питания клеммы Base. Если сигнал на базе увеличивается, то увеличивается и проводимость тока между эмиттером и коллектором. Базовая клемма транзистора работает как регулируемая ручка любого водяного наконечника/чаши. Это контролирует количество воды, проходящей через него.

Токопроводимость в обычном транзисторе (NPN и PNP) обеспечивается обеими полярностями, отрицательным питанием, а также положительным питанием из-за как неосновной, так и основной несущей. Так это называется биполярный переходной транзистор (BJT).

 Транзисторы с биполярным соединением работают в трех разных регионах

  • Активная область   –   транзистор работает как усилитель 
  • Насыщение   –   транзистор полностью включен и работает как переключатель, а 
  • Отсечка   –   транзистор «полностью ВЫКЛ», работающий как переключатель 

 

BJT УПРАВЛЯЕТСЯ В НАСТОЯЩЕЕ ВРЕМЯ

BJT является устройством с управлением по току, поскольку его выходные характеристики определяются входным током.

, если колебания выходного сигнала вызваны колебаниями входного тока, то это устройство управляется током, а если колебания выходного сигнала вызваны колебаниями входного напряжения, то устройство управляется напряжением.

BJT — это устройство с управлением по току, а MOSFET — это устройство с управлением по напряжению.

В электронике транзистор широко используется для целей переключения.

В конструкции логических элементов в цифровых схемах также используются транзисторы.

 

Читайте также

Как сделать схему мигающего светодиода с помощью 555

Световой выключатель на транзисторе

Автоматическая ночная лампа с использованием LDR

Схема таймера задержки включения с использованием транзистора

.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.