Принцип действия транзисторов. Принцип действия и устройство транзисторов: подробное руководство

Как работают транзисторы. Какие бывают типы транзисторов. Из чего состоит транзистор. Чем отличаются биполярные и полевые транзисторы. Как подключать и использовать транзисторы в электронных схемах.

Что такое транзистор и для чего он нужен

Транзистор — это полупроводниковый прибор, способный усиливать и переключать электрические сигналы. Это один из основных компонентов современной электроники, без которого невозможно представить работу компьютеров, смартфонов и другой техники.

Основные функции транзистора:

• Усиление слабых электрических сигналов
• Переключение электрических цепей
• Генерация электрических колебаний
• Стабилизация напряжения
• Преобразование электрических сигналов

Транзистор можно представить как управляемый резистор — его сопротивление меняется под воздействием входного сигнала, что позволяет управлять током в выходной цепи.

Устройство и принцип работы биполярного транзистора

Биполярный транзистор состоит из трех областей полупроводника с чередующимся типом проводимости — p-n-p или n-p-n. Эти области называются эмиттер, база и коллектор.

Принцип работы биполярного транзистора:

1. На переход эмиттер-база подается небольшое прямое напряжение
2. Это вызывает инжекцию носителей заряда из эмиттера в базу
3. Большая часть носителей проходит через тонкую базу в коллектор
4. Небольшое изменение тока базы вызывает значительное изменение тока коллектора

Таким образом, транзистор усиливает входной сигнал — слабый ток базы управляет сильным током коллектора.

Основные параметры биполярных транзисторов

Ключевые характеристики биполярных транзисторов:

• Коэффициент усиления по току (β) — показывает во сколько раз ток коллектора больше тока базы
• Максимально допустимый ток коллектора
• Максимальное напряжение коллектор-эмиттер
• Граничная частота усиления
• Входная и выходная емкость
• Напряжение насыщения коллектор-эмиттер

При выборе транзистора для схемы важно учитывать все эти параметры.

Схемы включения биполярных транзисторов

Существует три основные схемы включения биполярных транзисторов:

1. С общим эмиттером (ОЭ)

Самая распространенная схема. Обеспечивает усиление как по току, так и по напряжению. Имеет среднее входное сопротивление.

2. С общей базой (ОБ)

Имеет малое входное и большое выходное сопротивление. Усиливает только по напряжению. Применяется на высоких частотах.

3. С общим коллектором (ОК)

Имеет большое входное и малое выходное сопротивление. Используется как эмиттерный повторитель для согласования высокоомного источника сигнала с низкоомной нагрузкой.

Выбор схемы включения зависит от требований к входному/выходному сопротивлению, коэффициенту усиления и частотным свойствам.

Полевые транзисторы: принцип действия и особенности

Полевые транзисторы управляются электрическим полем, а не током, как биполярные. Их основные особенности:

• Очень высокое входное сопротивление
• Малый уровень шумов
• Управление напряжением, а не током
• Меньшее энергопотребление

Существует два основных типа полевых транзисторов:

1. С управляющим p-n переходом

Затвор отделен от канала обратно смещенным p-n переходом. Управляющее напряжение изменяет ширину обедненной области перехода, регулируя проводимость канала.

2. С изолированным затвором (МОП-транзисторы)

Затвор изолирован от канала слоем диэлектрика. Управляющее напряжение создает поле, которое изменяет концентрацию носителей в канале.

МОП-транзисторы широко применяются в цифровых интегральных схемах благодаря простоте изготовления и малому энергопотреблению.

Применение транзисторов в электронных устройствах

Транзисторы используются практически во всех современных электронных устройствах. Вот некоторые примеры их применения:

• Усилители звуковых и радиочастотных сигналов
• Логические элементы в цифровых схемах
• Стабилизаторы напряжения
• Генераторы электрических колебаний
• Переключатели и электронные ключи
• Схемы управления двигателями
• Датчики в различных измерительных приборах

В интегральных микросхемах на одном кристалле могут располагаться миллионы транзисторов, что позволяет создавать сложные электронные устройства.

Как правильно подключать и использовать транзисторы

При работе с транзисторами важно соблюдать несколько правил:

1. Правильно определять тип транзистора (n-p-n или p-n-p) и его выводы
2. Соблюдать полярность подключения напряжений питания
3. Не превышать максимально допустимые токи и напряжения
4. Использовать схемы температурной стабилизации режима
5. Учитывать частотные свойства транзистора
6. Применять меры защиты от статического электричества

Для надежной работы схемы на транзисторах необходимо внимательно изучить даташит конкретной модели и следовать рекомендациям производителя.

Заключение: роль транзисторов в современной электронике

Транзисторы произвели революцию в электронике, позволив создавать компактные, надежные и энергоэффективные устройства. Они лежат в основе всей современной цифровой техники.

Несмотря на появление новых технологий, транзисторы продолжают совершенствоваться и остаются ключевым компонентом электроники. Понимание принципов их работы необходимо каждому, кто хочет разбираться в современных технологиях.

Принцип действия транзистора, внутреннее устройство и основные характеристики транзисторов

Транзистором называется полупроводниковый прибор, предназначенный для усиления и генерирования электрических колебаний. Так что же такое транзистор? — Он представляет собой кристалл, помещенный в корпус, снабженный выводами. Кристалл изготовляют из полупроводникового материала. По своим электрическим свойствам полупроводники занимают некоторое промежуточное положение между проводниками и непроводниками тока (изоляторами).

Небольшой кристалл полупроводникового материала (полупроводника) после соответствующей технологической обработки становится способным менять свою электропроводность в очень широких пределах при подведении к нему слабых электрических колебаний и постоянного напряжения смещения.

Кристалл помещают в металлический или пластмассовый корпус и снабжают тремя выводами, жесткими или мягкими, присоединенными к соответствующим зонам кристалла. Металлический корпус иногда имеет собственный вывод, но чаща с корпусом соединяют один из трех электродов транзистора.

В настоящее время находят применение транзисторы двух видов — биполярные и полевые. Биполярные транзисторы появились первыми и получили наибольшее распространение. Поэтому обычно их называют просто транзисторами. Полевые транзисторы появились позже и пока используются реже биполярных.

Быполярные транзисторы

Биполярными транзисторы называют потому, что электрический ток в них образуют электрические заряды положительной и отрицательной полярности. Носители положительных зарядов принято называть дырками, отрицательные заряды переносятся электронами. В биполярном транзисторе используют кристалл из германия или кремния — основных полупроводниковых материалов, применяемых для изготовления транзисторов и диодов.

Поэтому и транзисторы называют одни кремниевыми, другие — германиевыми. Для обоих разновидностей биполярных транзисторов характерны свои особенности, которые обычно учитывают при проектировании устройств.

Для изготовления кристалла используют сверхчистый материал, в который добавляют специальные строго дозированные; примеси. Они и определяют появление в кристалле проводимости, обусловленной дырками (р-проводимость) или электронами (n-проводимость). Таким образом формируют один из электродов транзистора, называемый базой.

Если теперь в поверхность кристалла базы ввести тем или иным технологическим способом специальные примеси, изменяющие тип проводимости базы на обратную так, чтобы образовались близколежащие зоны n-р-n или р-n-р, и к каждой зоне подключить выводы, образуется транзистор.

Одну из крайних зон называют эмиттером, т. е. источником носителей заряда, а вторую — коллектором, собирателем этих носителей. Зона между эмиттером и коллектором называется базой. Выводам транзистора обычно присваивают названия, аналогичные его электродам.

Усилительные свойства транзистора проявляются в том, что если теперь к эмиттеру и базе приложить малое электрическое напряжение — входной сигнал, то в цепи коллектор — эмиттер потечет ток, по форме повторяющий входной ток входного сигнала между базой и эмиттером, но во много раз больший по значению.

Для нормальной работы транзистора в первую очередь необходимо подать на его электроды напряжение питания. При этом напряжение на базе относительно эмиттера (это напряжение часто называют напряжением смещения) должно быть равно нескольким десятым долям вольта, а на коллекторе относительно эмиттера — несколько вольт.

Включение в цепь n-р-n и р-n-р транзисторов отличается только полярностью напряжения на коллекторе и смещения. Кремниевые и германиевые транзисторы одной и той же структуры отличаются между собой лишь значением напряжения смещения. У кремниевых оно примерно на 0,45 В больше, чем у герма ниевых.

Рис. 1. Напряжения смещения базы для кремниевых и германиевых транзисторов.

На рис. 1 показаны условные графические обозначения транзисторов той и другой структуры, выполненных на основе германия и кремния, и типовое напряжение смещения. Электроды транзисторов обозначены первыми буквами слов: эмиттер — Э, база — Б, коллектор — К.

Напряжение смещения (или, как принято говорить, режим) показано относительно эмиттера, но на практике напряжение на электродах транзистора указывают относительно общего провода устройства. Общим проводом в устройстве и на схеме называют провод, гальванически соединенный с входом, выходом и часто с источником питания, т. е. общий для входа, выхода и источника питания.

Усилительные и другие свойства транзисторов характеризуются рядом электрических параметров, наиболее важные из которых рассмотрены ниже.

Статический коэффициент передачи тока базы h_21Э показывает, во сколько раз ток коллектора биполярного транзистора больше тока его базы, вызвавшего этот ток. У большинства типов транзисторов численное значение этого коэффициента от экземпляра к экземпляру может изменяться от 20 до 200. Есть транзисторы и с меньшим значением — 10…15, и с большим — до 50…800 (такие называют транзисторами со сверхусилением).

Нередко считают, что хорошие результаты можно получить только с транзисторами, имеющими большое значение h_21э. Однако практика показывает, что при умелом конструировании аппаратуры вполне можно обойтись транзисторами, имеющими h_2lЭ, равный всего 12. ..20. Примером этого может служить большинство конструкций, описанных в этой книге.

Частотными свойствами транзистора учитывается тот факт, что транзистор способен усиливать электрические сигналы с частотой, не превышающей определенного для каждого транзистора предела. Частоту, на которой транзистор теряет свои усилительные свойства, называют предельной частотой усиления транзистора.

Для того, чтобы транзистор мог обеспечить значительное усиление сигнала, необходимо, чтобы максимальная рабочая частота сигнала была по крайней мере в 10…20 раз меньше предельной частоты f_т транзистора. Например, для эффективного усиления сигналов низкой частоты (до 20 кГц) применяют низкочастотные транзисторы, предельная частота которых не менее 0,2…0,4 МГц.

Для усиления сигналов радиостанций длинноволнового и средневолнового диапазонов волн (частота сигнала не выше 1,6 МГц) пригодны лишь высокочастотные транзисторы с предельной частотой не ниже 16…30 МГц.

Максимальная допустимая рассеиваемая мощность — это наибольшая мощность, которую может рассеивать транзистор в течение длительного времени без опасности выхода из строя. В справочниках по транзисторам обычно указывают максимальную допустимую мощность коллектора Яктах, поскольку именно в цепи коллектор — эмиттер выделяется наибольшая мощность и действуют наибольшие ток и напряжение.

Базовый и коллекторный токи, протекая по кристаллу транзистора, разогревают его. Германиевый кристалл может нормально работать при температуре не более 80, а кремниевый — не более 120°С. Тепло, которое выделяется в кристалле, отводится в окружающую, среду через корпус транзистора, а также и через дополнительный теплоотвод (радиатор), которым дополнительно снабжают транзисторы большой мощности.

В зависимости от назначения выпускают транзисторы малой, средней и большой мощности. Маломощные используют главным образом для усиления и преобразования слабых сигналов низкой и высокой частот, мощные — в оконечных ступенях усиления и генерации электрических колебаний низкой и высокой частот.

Усилительные возможности ступени на биполярном транзисторе зависят не только от того, какой он мощности, а сколько от того, какой конкретно выбран транзистор, в каком режиме работы по переменному и постоянному току он работает (в частности, каковы ток коллектора и напряжение между коллектором и эмиттером), каково соотношение рабочей частоты сигнала и предельной частоты транзистора.

Что такое полевой транзистор

Полевой транзистор представляет собой полупроводниковый прибор, в котором управление током между двумя электродами, образованным направленным движением носителей заряда дырок или электронов, осуществляется электрическим полем, создаваемым напряжением на третьем электроде.

Электроды, между Которыми протекает управляемый ток, иоСят название истока и стока, причем истоком считают тот электрод, из которого выходят (истекают) носители заряда.

Третий, управляющий, электрод называют затвором. Токопроводящий участок полупроводникового материала между истоком и стоком принято называть каналом, отсюда еще одно название этих транзисторов — канальные. Под действием напряжения на затворе» относительно истока меняется сопротивление канала» а значит, и ток через него.

В зависимости от типа носителей заряда различают транзисторы с n-каналом или р-каналом. В n-канальных ток канала обусловлен направленным движением электронов, а р-канальных — дырок. В связи с этой особенностью полевых транзисторов их иногда называют также униполярными. Это название подчеркивает, что ток в них образуют носители только одного знака, что и отличает полевые транзисторы от биполярных.

Для изготовления полевых транзисторов используют главным образом кремний, что связано с особенностями технологии их производства.

Основные параметры полевых транзисторов

Крутизна входной характеристики S или проводимость прямой передачи тока Y₂₁ указывает, на сколько миллиампер изменяется ток канала при изменении входного напряжения между затвором и истоком на 1 В. Поэтому значение крутизны входной характеристики определяется в мА/В, так же как и крутизна характеристики радиоламп.

Современные полевые транзисторы имеют крутизну от десятых долей до десятков и даже сотен миллиампер на вольт. Очевидно, что чем больше крутизна, тем большее усиление может дать полевой транзистор. Но большим значениям крутизны соответствует большой ток канала.

Поэтому-на практике обычно выбирают такой ток канала, при котором, о одной стороны, достигается требуемое усиление, а с другой — обеспечивается необходимая экономичность в расходе тока.

Частотные свойства полевого транзистора, так же как и биполярного, характеризуются значением предельной частоты. Полевые транзисторы тоже делят на низкочастотные, среднечастотные и высокочастотные, и также для получения большого усиления максимальная частота сигнала должна быть по крайней мере в 10…20 раз меньше предельной частоты транзистора.

Максимальная допустимая постоянная рассеиваемая мощность полевого транзистора определяется точно так же, как и для биполярного. Промышленность выпускает полевые транзисторы малой, средней и большой мощности.

Для нормальной работы полевого транзистора на его электродах должно действовать постоянное напряжение начального смещения. Полярность напряжения смещения определяется типом канала (n или р), а значение этого напряжения — конкретным типом транзистора.

Здесь следует указать, что среди полевых транзисторов значительно больше разнообразие конструкций кристалла, чем среди биполярных. Наибольшее распространение в любительских конструкциях и в изделиях промышленного производства получили полевые транзисторы с так называемым встроенным каналом и р-n переходом.

Они неприхотливы в эксплуатации, работают в широких частотных пределах, обладают высоким входным сопротивлением, достигающим на низкой частоте нескольких мегаом, а на средней и высокой частотах — нескольких десятков или сотен килоом в зависимости от серии.

Для сравнения укажем, что биполярные транзисторы имеют значительно меньшее входное сопротивление, обычно близкое к 1…2 кОм, и лишь ступени на составном транзисторе могут иметь большее входное сопротивление. В этом со-состоит большое преимущество полевых транзисторов перед биполярными.

Рис. 2. Напряжения питания для полевых транзисторов.

На рис. 2 показаны условные обозначения полевых транзисторов со встроенным каналом и р-n переходом, а также указаны и типовые значения напряжения смещения. Выводы обозначены в соответствии с первыми буквами названий электродов.

Характерно, что для транзисторов с р-каналом напряжение на стоке относительно истока должно быть отрицательным, а на затворе относительно истока — положительным, а для транзистора с n-каналом — наоборот.

В промышленной аппаратуре и реже в радиолюбительской находят также применение полевые транзисторы с изолированным затвором. Такие транзисторы имеют еще более высокое входное сопротивление, могут работать на очень высоких частотах. Но у них есть существенный недостаток — низкая электрическая прочность изолированного затвора.

Для его пробоя и выхода транзистора из строя вполне достаточно даже слабого заряда статического электричества, который всегда есть на теле человека, на одежде, на инструменте.

По этой причине выводы полевых транзисторов с изолированным затвором при хранении следует связывать вместе мягкой голой проволокой, при монтаже транзисторов руки и инструменты нужно «заземлять», используют и другие защитные мероприятия.

Литература: Васильев В.А. Приемники начинающего радиолюбителя (МРБ 1072).

Транзисторы. Принцип действия, классификация, области применения

Похожие презентации:

3D печать и 3D принтер

Видеокарта. Виды видеокарт

Анализ компании Apple

Трансформаторы тока и напряжения

Транзисторы

Устройство стиральной машины LG. Электрика

Конструкции распределительных устройств. (Лекция 15)

Электробезопасность. Правила технической эксплуатации электроустановок

Магнитные пускатели и контакторы

Работа на радиостанциях КВ и УКВ диапазонов. Антенны военных радиостанций. (Тема 5.1)

1. ТРАНЗИСТОРЫ

Принцип действия, классификация,
области применения
Транзи́ стор — радиоэлектронный компонент из полупроводникового материала, обычно с
тремя выводами, способный от небольшого входного сигнала управлять значительным
током в выходной цепи, что позволяет его использовать для усиления, генерирования,
коммутации и преобразования электрических сигналов.
Транзисторы по структуре, принципу действия и параметрам делятся на два класса —
биполярные и полевые (униполярные).
В биполярном транзисторе используются полупроводники с обоими типами проводимости,
он работает за счет взаимодействия двух, близко расположенных на кристалле, p-n
переходов и управляется изменением тока через база-эмиттерный переход, при этом
вывод эмиттера всегда является общим для управляющего и выходного токов.
В полевом транзисторе используется полупроводник только одного типа проводимости,
расположенный в виде тонкого канала, на который воздействует электрическое поле
изолированного от канала затвора, управление осуществляется изменением напряжения
между затвором и истоком. Полевой транзистор, в отличие от биполярного, управляется
напряжением, а не током.

3. Биполярные транзисторы

Трехслойная полупроводниковая структура, состоящая из двух слоев полупроводника с
одинаковым типом проводимости, разделенных тонким слоем полупроводника с другим
типом проводимости, называется биполярным транзистором.
Биполярный транзистор состоит из трех слоев полупроводника, называемых «база» (Б),
«коллектор» (К), «эмиттер» (Э). Ток, протекающий через переход база — эмиттер (Iб) вызывает
изменения сопротивления зоны эмиттер — коллектор, соответственно изменяется ток
коллектора Iк, причем его значения больше нежели базового. Это основной принцип работы
биполярного транзистора. Поскольку материал транзистора полупроводник, то ток может
протекать только в одном направлении, определяемом типом перехода. Соответственно этим
определяется полярность подключения (тип проводимости) транзистора (прямая — p-n-p,
обратная — n-p-n.
n(+) – повышенная концентрация носителей => сильное легирование эмиттера
Транзисторы n-p-n типа распространены Существенно больше. Инжектируемыми
носителями в этом случае являются электроны, подвижность которых в несколько выше,
чем у дырок, что обусловливает большее быстродействие.

5. Принцип работы биполярного транзистора

6.

Виды биполярных транзисторовСтрелочка всегда направлена от дырок электронам и показывает направление
протекающего тока

7. Режимы работы и схемы включения БП транзисторов

Каждый из p-n переходов может быть включен как в прямом, так и в обратном
направлении. В связи с этим различают три режима работы.
Нормальный активный режим
Переход эмиттер-база включен в прямом направлении (открыт), а переход коллектор-база —
в обратном (закрыт) UЭБ>0; UКБ<0 (для транзистора p-n-pтипа), для транзистора n-p-n типа
условие будет иметь вид UЭБ<0;UКБ>0.
Инверсный активный режим
Эмиттерный переход имеет обратное включение, а коллекторный переход — прямое.
Режим насыщения
Оба p-n перехода смещены в прямом направлении (оба открыты). Если эмиттерный и
коллекторный р-n-переходы подключить к внешним источникам в прямом направлении,
транзистор будет находиться в режиме насыщения. Диффузионное электрическое поле
эмиттерного и коллекторного переходов будет частично ослабляться электрическим полем,
создаваемым внешними источниками Uэб и Uкб. В результате уменьшится потенциальный
барьер, ограничивавший диффузию основных носителей заряда, и начнется проникновение
(инжекция) дырок из эмиттера и коллектора в базу, то есть через эмиттер и коллектор
транзистора потекут токи, называемые токами насыщения эмиттера (IЭ.нас) и коллектора (IК.нас).
Напряжение насыщения коллектор-эмиттер (UКЭ.нас) — это падение напряжения на открытом
транзисторе (смысловой аналог RСИ.отк у полевых транзисторов). Аналогично напряжение
насыщения база-эмиттер (UБЭ.нас) — это падение напряжение между базой и эмиттером на
открытом транзисторе.
Режим отсечки
В данном режиме коллекторный p-n переход смещён в обратном направлении, а на эмиттерный
переход может быть подано как обратное, так и прямое смещение, не превышающее порогового
значения, при котором начинается эмиссия неосновных носителей заряда в область базы из
эмиттера (для кремниевых транзисторов приблизительно 0,6—0,7 В). Режим отсечки
соответствует условию UЭБ<0,7 В, или IБ=0.
Барьерный режим
В данном режиме база транзистора по постоянному току соединена накоротко или через
небольшой резистор с его коллектором, а в коллекторнуюили в эмиттерную цепь транзистора
включается резистор, задающий ток через транзистор. В таком включении транзистор
представляет из себя своеобразный диод, включенный последовательно с токозадающим
резистором. Подобные схемы каскадов отличаются малым количеством комплектующих,
хорошей развязкой по высокой частоте, большим рабочим диапазоном температур,
нечувствительностью к параметрам транзисторов
Любая схема включения транзистора характеризуется двумя основными показателями:
• Коэффициент усиления по току Iвых/Iвх.
• Входное сопротивление Rвх = Uвх/Iвх.
Схема включения с общей базой
Среди всех трех конфигураций обладает наименьшим
входным и наибольшим выходным сопротивлением. Имеет
коэффициент усиления по току, близкий к единице, и большой
коэффициент усиления по напряжению. Фаза сигнала не
инвертируется.
Коэффициент усиления по току: Iвых/Iвх = Iк/Iэ = α [α<1].
Входное сопротивление Rвх = Uвх/Iвх = Uбэ/Iэ.
Входное сопротивление для схемы с общей базой мало и не
превышает 100 Ом для маломощных транзисторов, так как
входная цепь транзистора при этом представляет собой
открытый эмиттерный переход транзистора.
Достоинства
• Хорошие температурные и частотные свойства.
• Высокое допустимое напряжение
Недостатки схемы с общей базой
• Малое усиление по току, так как α < 1
• Малое входное сопротивление
• Два разных источника напряжения для питания.
Любая схема включения транзистора характеризуется двумя основными показателями:
• Коэффициент усиления по току Iвых/Iвх.
• Входное сопротивление Rвх = Uвх/Iвх.
Схема включения с общим эмиттером
Iвых = Iк Iвх = Iб Uвх = Uбэ Uвых = Uкэ
Коэффициент усиления по току: Iвых/Iвх = Iк/Iб = Iк/(Iэ-Iк) = α/(1-α)
= β [β>>1].
Входное сопротивление: Rвх = Uвх/Iвх = Uбэ/Iб.
Достоинства
• Большой коэффициент усиления по току.
• Большой коэффициент усиления по напряжению.
• Наибольшее усиление мощности.
• Можно обойтись одним источником питания.
• Выходное
переменное
напряжение
инвертируется
относительно входного.
Недостатки
• Худшие температурные и частотные свойства по сравнению
со схемой с общей базой.
Любая схема включения транзистора характеризуется двумя основными показателями:
• Коэффициент усиления по току Iвых/Iвх.
• Входное сопротивление Rвх = Uвх/Iвх.
Схема включения с общим эмиттером
Iвых = Iэ Iвх = Iб Uвх = Uбк Uвых = Uкэ
Коэффициент усиления по току: Iвых/Iвх = Iэ/Iб = Iэ/(Iэ-Iк) = 1/(1-α)
= β [β>>1].
Входное сопротивление: Rвх = Uвх/Iвх = (Uбэ + Uкэ)/Iб.
Достоинства
• Большое входное сопротивление.
• Малое выходное сопротивление.
Недостатки
• Коэффициент усиления по напряжению меньше 1.
Схему с таким включением называют «эмиттерным
повторителем».

12. Полевые транзисторы

Полевой транзистор – это полупроводниковый полностью
управляемый ключ, управляемый электрическим полем. Это
главное отличие с точки зрения практики от биполярных
транзисторов, которые управляются током. Электрическое поле
создается напряжением, приложенным к затвору относительно
истока. Полярность управляющего напряжения зависит от типа
канала транзистора.
В полевых транзисторах в зависимости от типа канала ток
осуществляется только одним типом носителей дырками или
электронами. В биполярных транзисторах ток формировался из двух
типов носителей зарядов – электронов и дырок, независимо от типа
приборов. Полевые транзисторы в общем случае можно разделить
на:
• транзисторы с управляющим p-n-переходом;
• транзисторы с изолированным затвором.
И те и другие могут быть n-канальными и p-канальными, к затвору

первых нужно прикладывать положительное управляющее
напряжение для открытия ключа, а для вторых – отрицательное
относительно истока.
У всех типов полевых транзисторов есть три вывода:
1. Исток (источник носителей заряда, аналог эмиттера на
биполярном).
2. Сток (приемник носителей заряда от истока, аналог коллектора
биполярного транзистора).
3. Затвор (управляющий электрод, аналог сетки на лампах и базы
на биполярных транзисторах).
Металл-оксид-полупроводник (МОП)
МДП-транзистор со встроенным каналом
МДП-транзистор с индуцированным каналом

English     Русский Правила

Что такое транзистор? | Принципы работы транзисторов

В этой статье мы познакомим вас с электронным компонентом под названием транзистор.

Хотите верьте, хотите нет, но в вашем телефоне сотни тысяч транзисторов. Ваш компьютер имеет миллионы! Не будет преувеличением сказать, что жизнь сегодня была бы совсем другой, если бы не был изобретен транзистор.

Название происходит от слияния двух слов передача и резистор , чтобы стать переходным резистором .

Сократите 2 слова, и вы получите транзистор .

Итак, из названия следует, что транзистор каким-то образом выполняет какую-то передачу сопротивления. Позже мы подробнее рассмотрим эту концепцию.

Транзистор — это электронный компонент, используемый в различных схемах и используемый для усиления или переключения электронных сигналов и электроэнергии.

Типы транзисторов

Существует множество различных типов транзисторов, каждый из которых имеет свой электронный символ.

Вот лишь некоторые из них:

— BJT или биполярный переходной транзистор

— другой распространенный транзистор — FET или полевой транзистор

— также UJ T или однопереходный транзистор

Что такое полупроводник?

Транзистор — это полупроводниковый прибор.

ОК… так что же такое полупроводник?

Проще говоря, полупроводник не является хорошим проводником, но и не является хорошим изолятором. Это где-то посередине.

Все слышали о Кремниевой долине .

Итак, Silicon — это полупроводник, а Силиконовая долина является домом для большого количества изобретателей и производителей, специализирующихся на кремниевых транзисторах и интегральных схемах.

Большинство транзисторов сделаны из кремния. Небольшой процент транзисторов изготовлен из германия, который является еще одним полупроводниковым материалом.

Что означают буквы N и P ?

Базовый транзистор состоит из 3 кусков кремния, соединенных между собой.

Как упоминалось ранее, существует множество различных типов транзисторов.

В этой статье мы сосредоточимся на транзисторе с биполярным переходом, который, вероятно, является наиболее распространенным.

Теперь хороший вопрос: что означают буквы N и P?

Первым этапом изготовления транзистора является процесс изменения проводящих свойств полупроводника путем введения в его структуру примесей. Этот процесс изменения проводимости называется Допинг .

Проще говоря, кусочек сэндвича P  более положительный, а кусочек сэндвича N  более отрицательный из-за легирования.

Транзистор с биполярным соединением

Хорошо… теперь мы знаем, что транзистор — это, по сути, сэндвич, состоящий из 3 кусков полупроводникового материала, легированного для того, чтобы сделать P фрагментов более положительными, а N фрагментов — более отрицательными.

Давайте поближе познакомимся с BJT.

Существует 2 типа BJT. Им даются имена, основанные на содержании легирующих элементов полупроводниковых элементов в каждом из них.

Один называется NPN , а другой называется PNP . Каждый имеет свой электронный символ.

К каждому куску бутерброда подключен терминал, и каждому терминалу дано имя. Названия: Излучатель, База и Коллектор.

Мы намеренно избегаем теории транзисторов, включая концепции ковалентной связи, зоны истощения и смещения, поскольку существует бесконечное количество веб-сайтов, где вы можете получить эту информацию, если вам это интересно.

Вот вам пара советов….

Стрелка всегда является частью соединения Emitter/Base.

Типы можно определить по направлению стрелки.

Применение транзисторов

Транзистор в качестве усилителя

Если мы посмотрим на управление большим напряжением с помощью малого напряжения, мы можем сказать, что выполняем усиление. Транзистор может это сделать.

Транзистор в качестве переключателя

Способность транзистора действовать как переключатель или выполнять передачу сопротивления делает его очень полезным компонентом в промышленных приложениях.

Давайте посмотрим, как работает транзистор в качестве переключателя.

Переключающая часть транзистора находится между коллектором и эмиттером.

Переключатель управляется изменением напряжения между Базой и Эмиттером.

Если входное напряжение равно 0 вольт, переключатель разомкнут, сопротивление бесконечно, а выходное напряжение равно +10 вольт.

Если входное напряжение равно +10 вольт, переключатель замкнут, сопротивление равно нулю, а выходное напряжение равно 0 вольт.

Транзисторный радиоприемник

Существует бесчисленное множество применений транзисторов.

Одним из применений, оказавших огромное влияние, было изобретение транзисторного радиоприемника.

До появления транзисторов радиоприемники представляли собой громоздкие предметы мебели, заполненные электронными лампами, обеспечивающими необходимое усиление звука.

После изобретения транзистора звуковые сигналы теперь могли воспроизводиться крошечными транзисторами.

Итак, транзисторный радиоприемник стал портативным и совсем маленьким.

Применение транзисторов в промышленности

Бесконтактный переключатель

Транзисторы также используются в промышленности.

Например, традиционные концевые выключатели заменяются активными датчиками приближения.

Выход активного датчика приближения представляет собой транзисторный переключатель. Активный бесконтактный переключатель не имеет движущихся частей и не подвержен износу или поломке.

Модули вывода ПЛК

Включение транзисторов в модули вывода ПЛК — еще один пример применения транзисторов в промышленности.

Выходные модули ПЛК теперь имеют транзисторные выходные схемы.

Ранние ПЛК использовали релейное переключение для управления нагрузками.

Вместо управления реле модуль ПЛК может управлять устройством вывода с помощью транзисторного переключателя. Опять же… нет движущихся частей… повышенная надежность и явное преимущество в скорости переключения!

Резюме

Хорошо, … давайте рассмотрим то, что мы рассмотрели в этой статье

— Транзисторы — это электронные компоненты, используемые в цепи для управления большим током или напряжением с помощью небольшого напряжения или тока.

— Слово «транзистор» происходит от сочетания двух слов «передача» и «резистор».

– Транзисторы изготовлены из кремния или германия, которые являются полупроводниковыми материалами.

– Полупроводник не является ни проводником, ни изолятором, а чем-то средним.

— Наиболее распространены транзисторы BJT.

– BJT двух типов: NPN и PNP.

– BJT используются для усиления звука и в качестве электронных коммутационных устройств.

Возможно, вы захотите ознакомиться с другими нашими статьями:

Если у вас есть какие-либо вопросы о транзисторах и применении транзисторов в промышленности, добавьте их в комментарии ниже, и мы свяжемся с вами менее чем через 24 часа. часы.

У вас есть друг, клиент или коллега, которым может пригодиться эта информация? Пожалуйста, поделитесь этой статьей.

Команда RealPars

Поиск:

Инженер по автоматизации

Опубликовано 21 декабря 2020 г.

Автор Ted Mortenson 21 января 2020 г.

Основы транзисторов — типы, принцип работы и Приложения

Транзисторы также относятся к категории полупроводников. Они ответственны за революционные изменения в области электроники. Первый практический транзистор был представлен в 19 году.27 известен как транзистор с точечным контактом Джоном Бардином, Уолтером Браттейном и Уильямом Шокли.

Уменьшение размеров электронных устройств произошло только из-за изобретения транзисторов. Слово транзистор можно разделить на два основных слова. Самый первый «транс» называется передачей сигналов. Вторая часть слова «истор» относится к свойству сопротивления, которое предлагается на соответствующих соединениях.

Обладает характеристиками выключателя. Он имеет возможность участвовать в процессе усиления, а также выпрямления сигналов, будь то сигналы напряжения или токовые сигналы.

Что такое транзистор?

Цепь с низким сопротивлением участвует в передаче слабых сигналов в цепь с большим сопротивлением. Этот тип схемы определяется как транзистор.

Конструкция транзистора

Транзистор состоит из двух диодов с p-n переходом, которые можно соединить таким образом, чтобы оба конца соединились вместе. В середине связанная область очень тонкая, называется основанием.

Одна сторона называется эмиттером, а другая — коллектором. Так устроены транзисторы. Эмиттер присутствует справа от транзистора, тогда как наличие коллектора можно наблюдать слева.

Типы транзисторов

Основные транзисторы можно разделить на два типа в зависимости от типа их конструкции. Один называется p-n-p, а другой — n-p-n. Конструкция этих p-n-p и n-p-n очень проста.

Транзистор с центром как n-типа, так и обоих p-типов приводит к образованию p-n-p. Транзистор, сформированный с центром p-типа и обоими n-типами с обеих сторон, приводит к образованию n-p-n.

Существуют обозначения, представленные стрелками, которые показывают обычное течение тока в этом конкретном направлении. Это можно назвать единственным различием между транзисторами n-p-n и p-n-p. Каждый транзистор имеет три основных вывода.

Эти три терминала называются

1. Базовый
2. Излучатель
3. Коллектор

Основные символы транзистора вместе с его выводами

(1) База

Находится в центре транзистора. Он взаимодействует с двумя цепями, одна из которых называется входной схемой, а другая — выходной. Входной формируется за счет взаимодействия эмиттера и базы, а выходной – за счет коллектора и базы.

Меньшее сопротивление видно на входной цепи со стороны помех базы эмиттера. Более высокое сопротивление предлагается на выходной цепи базы и коллектора. Концентрация легирования в основе мала. Размер основания тонкий.

(2) Эмиттер

Чтобы всегда питать большинство носителей заряда, соответствующий переход эмиттерной базы должен питаться прямым смещением. Он имеет тяжелую легированную консистенцию, так что большинство носителей можно ввести в основу. Размер излучателя будет умеренным.

(3) Коллектор

Как следует из названия, действует как коллектор большинства перевозчиков. Следовательно, это считается для сбора выходов, по этой причине взаимодействующая часть коллектора и базы остается в обратном смещении.

Консистенция легирования коллектора умеренная, но его размер велик по сравнению с базой и эмиттером. Выше показаны клеммы базового транзистора.

Принцип работы транзистора

Элемент, названный кремнием, обычно предпочтительнее для конструкции транзистора. Кремний менее чувствителен к температуре. Он способен выдерживать высокие значения напряжения и большие диапазоны токов.

Как известно, эмиттерно-базовый переход должен находиться в прямом смещении, а коллекторно-базовый переход должен оставаться в обратном смещении. Из-за условия прямого смещения на эмиттерно-базовом переходе большинство носителей проникает в базу.

Это является причиной образования базового тока, который имеет тенденцию течь через область базы. Этот ток стремится течь к коллектору, и в ответ на это наблюдается движение электронов в области коллектора от базы.

Ток базы также отвечает за образование вакансии на коллекторе. Но имеет малую величину. Как мы уже знаем, база, присутствующая в транзисторе, всегда слегка легирована.

Это причина того, что будет меньшее количество носителей заряда, например, электронов меньше по сравнению с количеством эмиттера. Это небольшое количество электронов взаимодействует с отверстиями в основании, тогда как оставшееся количество электронов можно увидеть движущимся к коллектору.

Это проложило путь к генерации коллекторного тока. Следовательно, колебания на базе могут составлять большую величину тока на коллекторе.

Режимы работы транзистора

Условия, которые приводят к различным режимам работы, определяются соединениями, образованными на базе эмиттера и базе коллектора. Эмиттерно-базовый переход смещен в прямом направлении, а коллекторно-базовый переход смещен в обратном направлении, что приводит к активной области этого конкретного транзистора, таким образом, на основе дополнительных условий смещения в переходе можно анализировать различные режимы работы.

(1) FR

При рассмотрении переходов база-эмиттер и база-коллектор в этом случае переход базы-эмиттера смещен в прямом направлении, тогда как переход база-коллектор смещен в обратном направлении. Следовательно, эти условия приводят к тому, что транзистор работает в активной области. Когда он находится в активной области, токи на коллекторе зависят от тока на эмиттере.

(2) FF

В этом случае соединение базы эмиттера и базы коллектора находится под прямым смещением. Этот тип условий приводит к тому, что транзистор находится в области насыщения. Эта область отвечает за то, чтобы ток на коллекторе не зависел от тока, генерируемого на эмиттере.

(3) RR

Следовательно, этот случай имеет дело с состоянием, когда оба перехода транзистора работают при обратном смещении. Если рассматривать при обратном смещении, то в схеме не наблюдается проводимости. Этот тип области известен как область отсечки.

Эмиттер на данном этапе не может поставлять большинство носителей заряда, и сбор этих носителей не может быть очевиден на коллекторе. Ситуация такого типа приводит к тому, что транзистор действует как замкнутый переключатель.

(4) RF

Эмиттерно-базовый переход транзистора смещен в обратном направлении, тогда как коллекторно-базовый переход в этом состоянии смещен в прямом направлении. Поскольку коллектор легирован легкой консистенцией, он не способен подавать основные носители заряда на соответствующую базу этого транзистора. Следовательно, действие транзистора в этом случае плохое.

Таким образом, в зависимости от типа смещения на переходе определяются различные типы рабочих областей. Смещение транзистора основано на принципе необходимости.

Пожалуйста, перейдите по этой ссылке, чтобы узнать больше о MCQ на транзисторах

Применение и использование транзисторов

В современном мире электроники все так или иначе зависит от электроники. Либо это может быть схема усиления, либо схема переключения. Существуют различные типы транзисторов, которые можно использовать для различных целей.

(1) Транзистор в основном используется в качестве усилителя в различных типах генераторов, модуляторов и т. д., кроме того, в области цифровой схемотехники эти транзисторы могут использоваться для механизма переключения.

(2) В случае транзистора, когда на него падает количество света, наблюдается генерация тока, они относятся к категории фототранзисторов.

(3) В соответствии с требованием, когда требуется протекание большого количества тока от эмиттера к коллектору при поддержании тока базы на минимальном уровне, требуется транзистор с именем BJT.

(4) В устройствах, где требуется контроль напряжения, используются полевые транзисторы (FET). Это связано с тем, что он состоит из входного импеданса с более высоким значением, что приводит к минимизации текущего значения.

(5) В тех случаях, когда коэффициент усиления по току должен быть высоким, используются транзисторы специального типа, называемые парой транзисторов Дарлингтона. Основное его применение — уведомления при создании чувствительных сенсорных кнопок, потому что они способны выбирать значение токов на коже человека.