Különböző típusú tranzisztorok és működésük

Mivel agyunk 100 milliárd sejtből áll, amelyeket neuronoknak neveznek, és amelyeket gondolkodni és memorizálni szoktak. Mint ahogy a számítógépnek is több milliárd apró agysejtje van, amelyeket tranzisztoroknak hívnak. Szilícium nevű homokból származó kémiai elem kivonatból áll. A tranzisztorok gyökeresen megváltoztatják az elektronika elméletét, mivel azt fél évszázaddal korábban John Bardeen, Walter Brattain és William Shockley tervezte.

Tehát elmondjuk, hogyan működnek, vagy mik is valójában?

Mik azok a tranzisztorok?

Ezek az eszközök félvezető anyagból készülnek, amelyet általában erősítésre vagy kapcsolásra használnak, és használhatók feszültség és áram szabályozására is. Arra is használják, hogy a bemenő jeleket a kiterjedésű kimenő jelekké erősítse. A tranzisztor általában félvezető anyagokból álló szilárdtest elektronikai eszköz. Az elektronikus áramforgalom elektronok hozzáadásával megváltoztatható. Ez a folyamat azt eredményezi, hogy a feszültségváltozások arányosan befolyásolják a kimeneti áram sok variációját, és ezzel erősítést eredményeznek. Nem minden, de a legtöbb elektronikus eszköz tartalmaz egy vagy több típusú tranzisztort. A tranzisztorok egy része külön-külön vagy általában integrált áramkörökben helyezkedik el, amelyek az állapotuknak megfelelően változnak.

"A tranzisztor egy háromlábú rovar típusú alkatrész, amelyet egyes készülékekben külön-külön helyeznek el, a számítógépekben azonban millió mikrochipbe csomagolva, kis mikrochipekben"

Miből áll egy tranzisztor?

A tranzisztor három félvezető rétegből áll, amelyek képesek megtartani az áramot. Az áramot vezető anyagok, például a szilícium és a germánium képesek vezetni az áramot a vezetők és a szigetelő között, amelyet műanyag huzalok zártak el. A félvezető anyagokat valamilyen kémiai eljárással kezelik, amelyet a félvezető doppingolásának neveznek. Ha a szilíciumot arzénnal, foszforral és antimonnal adalékolják, akkor extra töltéshordozókat kap, azaz elektront N-típusú vagy negatív félvezetőnek neveznek, míg ha a szilíciumot más szennyeződésekkel adják hozzá, például bórhoz, galliumhoz, alumíniumhoz, akkor kevesebb töltéshordozó, azaz furat, P-típusú vagy pozitív félvezető.

Hogyan működik a tranzisztor?

A működési koncepció a tranzisztor használatának vagy működésének megértésének fő része, a terminálon három terminál található:

• Bázis: Bázist ad a tranzisztor elektródáknak.

• Emitter: Az emittált töltőhordozók.

• Gyűjtő: Az ezzel összegyűjtött töltőhordozók.

Ha a tranzisztor NPN, meg kell alkalmazni a feszültség 0,7 V kiváltó, és a feszültséget bázis pin tranzisztor bekapcsol, amelyet az előre elfogult állapot és a jelenlegi kezdő átfolyik a kollektor-emitter (más néven telítettség vidék). Amikor a tranzisztor fordított előfeszített állapotban van, vagy ha az alapcsap földelt vagy nincs rajta feszültség, a tranzisztor kikapcsolt állapotban marad, és nem engedi, hogy a kollektorról az emitterre áramoljon (más néven cut-off régió).

Ha a tranzisztor PNP típusú, akkor általában BE állapotban van, de nem szabad tökéletesen megmondani, amíg az alapcsap tökéletesen földelődik. Az alapcsap földelése után a tranzisztor fordított előfeszített állapotban lesz, vagy azt mondják, hogy BE van kapcsolva. Az alapcsapnak biztosított tápként leállítja az áram vezetését a kollektorról az emitterre, és a tranzisztort állítólag KI állapotban vagy előre torzított állapotban.

A tranzisztor védelme érdekében sorba kötünk egy ellenállást, az ellenállás értékének megállapításához az alábbi képletet használjuk:

R _B = V _BE / I _B

Különböző típusú tranzisztorok:

Főleg a tranzisztort két kategóriába oszthatjuk: Bipolar Junction Transistor (BJT) és Field Effect Transistor (FET). Tovább oszthatjuk fel az alábbiak szerint:

Bipoláris csomópontú tranzisztor (BJT)

A bipoláris kereszteződésű tranzisztor adalékolt félvezetőből áll, három terminállal, azaz bázissal, emitterrel és kollektorral. Ebben az eljárásban lyukak és elektronok vesznek részt. A kollektorból az emitterbe áramló nagy mennyiségű áram a bázisról az emitter terminálokra történő kis áram módosításával kapcsol fel. Ezeket áramvezérelt eszközöknek is nevezzük. Az NPN és a PNP a BJT-k két fő része, amint azt korábban tárgyaltuk. A BJT bekapcsolta azáltal, hogy bemenetet adott a bázisnak, mert az összes tranzisztor impedanciája a legkisebb. Az amplifikáció az összes tranzisztor esetében is a legnagyobb.

A BJT típusai a következők:

1. NPN tranzisztor:

Az NPN tranzisztor középső régiójában, azaz az alap p-típusú, a két külső régió, azaz az emitter és a kollektor pedig n-típusú.

Előre aktív módban az NPN tranzisztor torzított. A Vbb egyenáramú forrás által az emitter és az emitter közötti csomópont előre lesz torzítva. Ezért ezen a csomóponton a kimerülési régió csökken. A kollektor-bázis kereszteződés fordított torzítású, a kollektor-bázis kereszteződés kimerülési régiója megnő. A legtöbb töltéshordozó az n-típusú emitter elektronja. A báziskibocsátó elágazása előre torzított, így az elektronok az alaprész felé mozognak. Ezért ez az emitter áramot okozza. Az alaprész vékony, és lyukakkal enyhén adalékolt, elektron-lyuk kombináció képződik, és néhány elektron az alaprészben marad. Ez nagyon kicsi Ib alapáramot okoz. Az alapkollektor csomópontja meg van fordítva előfeszítve az alaprégióban lévő lyukakra és az elektronokra a kollektorterületen, de előre van előfeszítve az alaprész elektronjaira. A kollektor terminálja által vonzott bázisterület többi elektronja az Ic kollektoráramot okozza . Az NPN tranzisztorról itt talál további információt.

2. PNP tranzisztor:

A PNP tranzisztor középső régiójában, azaz az alap n típusú, a két külső régió, azaz a kollektor és az emitter pedig p típusú.

Amint fentebb tárgyaltuk az NPN tranzisztoron, aktív módban is működik. A legtöbb töltéshordozó furat a p típusú sugárzó számára. Ezeknél a furatoknál az alap sugárzási csomópont előre lesz torzítva, és az alaprész felé halad. Ez okozza a sugárzó áramot azaz. Az alapréteg vékony és elektronok által enyhén adalékolt, elektron-lyuk kombináció képződött, és néhány lyuk megmaradt az alaprészben. Ez nagyon kicsi Ib alapáramot okoz. Az alap kollektor csomópontja meg van fordítva előfeszítve az alaprészben lévő lyukakra és a kollektorterület lyukaira, de előre előfeszítve az alaprész lyukaira. Az alaprész fennmaradó furatai, amelyeket a kollektor kapcsa vonz, az Ic kollektoráramot okozza. A PNP tranzisztorról itt talál további információt.

Mik azok a tranzisztor konfigurációk?

Általában háromféle konfiguráció létezik, és ezek leírása a nyereség tekintetében a következő:

Közös alap (CB) konfiguráció: Nincs áramerősítés, de feszültségerősítéssel rendelkezik.

Közös kollektor (CC) konfiguráció: áramerősítéssel rendelkezik, de nincs feszültségerősítés.

Közös kibocsátó (CE) konfiguráció: áramerősítéssel és feszültségerősítéssel rendelkezik.

Tranzisztor Common Base (CB) konfiguráció:

Ebben az áramkörben az alap a bemeneten és a kimeneten egyaránt közös. Alacsony bemeneti impedanciája van (50-500 ohm). Nagy kimeneti impedanciája van (1-10 mega ohm). Az alapsorkapcsokhoz mért feszültségek. Tehát a bemeneti feszültség és az áram Vbe & Ie, a kimeneti feszültség és az áram pedig Vcb & Ic lesz.

Az aktuális nyereség kisebb lesz, mint az egység, azaz alfa (dc) = Ic / Ie
A feszültségnövekedés nagy lesz.
Az teljesítménynövekedés átlagos lesz.

Tranzisztor közös kibocsátó (CE) konfiguráció:

Ebben az áramkörben az emitter közös a bemeneten és a kimeneten egyaránt. A bemeneti jel a bázis és az emitter között, a kimeneti jel pedig a kollektor és az emitter között történik. A Vbb és a Vcc a feszültség. Nagy a bemeneti impedanciája, azaz (500-5000 ohm). Alacsony kimeneti impedanciája van, azaz (50-500 kg ohm).

Az aktuális erősítés magas lesz (98), azaz béta (dc) = Ic / Ie
Teljesítménynövekedés akár 37db.
A kimenet fázison kívüli 180 fokos lesz.

Tranzisztor közös gyűjtőkonfiguráció:

Ebben az áramkörben a kollektor mind a bemenet, mind a kimenet számára közös. Ezt emitter-követőnek is nevezik. Magas bemeneti impedanciája van (150-600 kg ohm). Alacsony kimeneti impedanciája van (100-1000 ohm).

Az aktuális nyereség magas lesz (99).
A feszültségnövekedés kisebb lesz, mint az egység.
Az teljesítménynövekedés átlagos lesz.

Terepi effektus tranzisztor (FET):

A Field Effect tranzisztor tartalmazza a három régiót, például egy forrást, egy kaput, egy lefolyót. Feszültségvezérelt eszközöknek nevezik őket, mivel szabályozzák a feszültség szintjét. Az elektromos viselkedés szabályozásához a külsőleg alkalmazott elektromos mező választható, ezért hívják térhatású tranzisztorként. Ebben az áram a többségi töltéshordozók, azaz elektronok miatt áramlik, ezért más néven egypólusú tranzisztor. Főleg nagy bemeneti impedanciája van mega ohmokban, alacsony frekvenciájú vezetőképességgel a lefolyó és az elektromos mező által vezérelt forrás között. A FET-ek rendkívül hatékonyak, erőteljesek és alacsonyabb költségűek.

A terepi hatású tranzisztorok kétféle típusúak: Junction Field Transistor (JFET) és Metal Oxide Field Transistor (MOSFET). Az áram áthalad a két n-csatornás és p-csatornás csatornának.

Junction Field Effect tranzisztor (JFET)

Az elágazási térhatású tranzisztornak nincs PN csatlakozása, de a nagy ellenállású félvezető anyagok helyett n & p típusú szilíciumcsatornákat képeznek a többségi töltéshordozók áramlásához, két kivezetéssel, akár lefolyóval, akár forráskimenettel. N csatornában az áramlás negatív, míg a p csatornában az áramlás pozitív.

A JFET működése:

Kétféle csatorna létezik a JFET-ben: n-csatornás JFET és p-csatornás JFET

N-csatornás JFET:

Itt meg kell vitatnunk az n-csatornás JFET elsődleges működését két feltétel esetén, az alábbiak szerint:

Először, ha Vgs = 0, Helyezzen kis pozitív feszültséget a leeresztő terminálra, ahol a Vds pozitív. Ennek az alkalmazott Vds feszültségnek köszönhetően az elektronok a forrásból a lefolyóba áramlanak, ami Id lefolyási áramot okoz. A lefolyó és a forrás közötti csatorna ellenállásként működik. Legyen az n-csatorna egyenletes. Különböző feszültségszintek, amelyeket az Id lefolyó áram állít be, és a forrástól a lefolyóig mozog. A feszültségek a legmagasabbak a leeresztő terminálon és a legkisebbek a forrás terminálján. A lefolyó fordított torzítású, így a kimerülési réteg itt szélesebb.

Vds növekszik, Vgs = 0 V

A kimerülési réteg növekszik, a csatorna szélessége csökken. A Vds azon a szinten növekszik, ahol két kimerülési régió érinti ezt az állapotot, amelyet csípési folyamatnak neveznek, és a Vp kicsúszik a feszültség .

Itt az Id becsípett – off 0-ra esik, és az Id telítettségi szintre ér. Id a VGS = 0 néven lefolyó forrás telítési áram (Idss). A Vds nőtt Vp-nél, ahol az aktuális Id ugyanaz marad, és a JFET állandó áramforrásként működik.

Másodszor, ha a Vgs nem egyenlő 0-val, A negatív Vgs alkalmazása és a Vds változó. A kimerülési régió szélessége növekszik, a csatorna keskeny lesz és az ellenállás nő. Kisebb lefolyó áram folyik és eléri a telítettségi szintet. A negatív Vgs miatt a telítettségi szint csökken, az Id csökken. A csipet-feszültség folyamatosan csökken. Ezért feszültségvezérelt eszköznek hívják.

A JFET jellemzői:

A különböző régiók jellemzői a következők:

Ohmikus régió: Vgs = 0, a kimerülési réteg kicsi.

Levágási régió: Más néven lehúzási régió, mivel a csatorna ellenállása maximális.

Telítettség vagy aktív régió: Kapu forrásfeszültség vezérli, ahol a lefolyó forrás feszültsége kisebb.

Lebomlási régió: A lefolyó és a forrás közötti feszültség magas okot okoz az ellenállási csatorna meghibásodásában.

P-csatornás JFET:

A p-csatornás JFET ugyanúgy működik, mint az n-csatornás JFET, de előfordult néhány kivétel, azaz: A furatok miatt a csatornaáram pozitív, és az előfeszítő feszültség polaritását meg kell fordítani.

Leeresztő áram az aktív régióban:

Id = Idss

Drain forrás csatorna ellenállás: Rds = delta Vds / delta Id

Fém-oxid terepi tranzisztor (MOSFET):

A fém-oxid terepi tranzisztor feszültségvezérelt terepi tranzisztor néven is ismert. Itt a fém-oxid kapuelektronikákat n-csatornás és p-csatornáktól vékony szilícium-dioxid-réteg, amelyet üvegnek nevezzük.

A lefolyó és a forrás közötti áram egyenesen arányos a bemeneti feszültséggel.

Ez egy három terminálos eszköz, azaz kapu, lefolyó és forrás. Kétféle MOSFET létezik a csatornák működésével, azaz p-csatornás MOSFET és n-csatornás MOSFET.

A fém-oxid térhatású tranzisztornak két formája létezik, azaz a kimerülés és a fokozás típusa.

Kimerülés típusa: Vgs-re van szükség, azaz a kapu-forrás feszültségének kikapcsolására és a kimerítési mód megegyezik a normálisan zárt kapcsolóval.

Vgs = 0, Ha a Vgs pozitív, az elektronok többek, és ha a Vgs negatívak, az elektronok kevesebbek.

Fejlesztés típusa: Vgs-re van szükség, azaz a kapuforrás feszültsége a bekapcsoláshoz és a javítási mód megegyezik a normálisan nyitott kapcsolóval.

Itt a kiegészítő terminál a földelés során használt szubsztrátum.

A kapu forrásfeszültsége (Vgs) nagyobb, mint a küszöbfeszültség (Vth)

A tranzisztorok előfeszítésének módjai:

Az előfeszítést a két módszerrel lehet elvégezni, azaz előre és vissza fordított előfeszítéssel, míg az előfeszítéstől függően az előfeszítésnek négy különböző áramköre van az alábbiak szerint:

Rögzített alap torzítás és fix ellenállás torzítás:

Az ábrán az Rb alapellenállás csatlakozik az alap és a Vcc közé. Az alap emitter csomópont előre van előfeszítve az Rb feszültségesés miatt, amely Ib áramláshoz vezet rajta keresztül. Itt Ib származik:

Ib = (Vcc-Vbe) / Rb

Ez stabilitási tényezőt (béta +1) eredményez, amely alacsony hőstabilitáshoz vezet. Itt a feszültségek és áramok kifejezése, azaz

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

Gyűjtői visszajelzések elfogultsága:

Ezen az ábrán az Rb bázisellenállás csatlakozik a kollektoron és a tranzisztor bázis kapcsán. Ezért a Vb alapfeszültség és a Vc kollektorfeszültség ebben hasonló

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

Ezekkel az egyenletekkel az Ic csökkenti a Vc értéket, amely csökkenti az Ib értéket, és automatikusan csökkenti az Ic értéket.

Itt a (béta +1) faktor kevesebb lesz, mint egy, és az Ib csökkenti az erősítő erősítését.

Tehát a feszültségek és áramok megadhatók

Vb = Vbe Ic = béta Ib Ie Ie majdnem megegyezik Ib-vel

Kettős visszajelzés elfogultsága:

Ezen az ábrán a kollektor visszacsatolás alapú áramkörének módosított formája. Mivel további R1 áramköre van, amely növeli a stabilitást. Ezért az alaprezisztencia növekedése a béta, azaz a nyereség változásához vezet.

Most, I1 = 0,1 Ic Vc = Vcc- (Ic + I (Rb) Rc Vb = Vbe = I1R1 = Vc- (I1 + Ib) Rb Ic = béta Ib Ie majdnem megegyezik Ic-vel

Javított torzítás emitteres ellenállással:

Ezen az ábrán megegyezik a rögzített előfeszítő áramkörrel, de van egy további Re emitter ellenállása csatlakoztatva. Az Ic a hőmérséklet hatására növekszik, azaz növekszik, ami ismét növeli a Re feszültségesését. Ennek eredményeként csökken a Vc, csökken az Ib, ami visszaállítja az iC normál értékét. A feszültségnövekedés csökken Re jelenlétével.

Most, Ve = Ie Re Vc = Vcc - Ic Rc Vb = Vbe + Ve Ic = béta Ib Ie majdnem egyenlő Ic

Emitter Bias:

Ezen az ábrán két tápfeszültség van, a Vcc és a Vee egyenlő, de ellentétes a polaritással. Itt a Vee előre van előfeszítve a báziskibocsátó csomópontjára, a Re & Vcc fordított előfeszítéssel rendelkezik a kollektor alapcsomópontjához.

Most, Ve = -Vee + Ie Re Vc = Vcc- Ic Rc Vb = Vbe + Ve Ic = béta Ib Ie majdnem egyenlő Ib Hol, Re >> Rb / béta Vee >> Vbe

Ami stabil működési pontot ad.

Emitter visszajelzés elfogultsága:

Ezen az ábrán mind a gyűjtőt visszacsatolásként, mind emitter-visszacsatolásként használja a nagyobb stabilitás érdekében. Az Ie emitteráram áramlásának köszönhetően a feszültségesés a Re emitterellenálláson megy végbe, ezért az emitteralap csatlakozása előre torzított lesz. Itt nő a hőmérséklet, nő az Ic, vagyis nő is. Ez feszültségeséshez vezet a Re-nél, a Vc kollektorfeszültség csökken és az Ib is csökken. Ez azt eredményezi, hogy a kimeneti nyereség csökken. A kifejezések a következőképpen adhatók meg:

Irb = 0,1 Ic = Ib + I1 Ve = IeRe = 0,1 Vcc Vc = Vcc- (Ic + Irb) Rc Vb = Vbe + Ve = I ₁ R1 = Vc- (I ₁ + Ib0Rb) Ic = béta Ib Ie majdnem egyenlő hogy én c

Feszültségosztó torzítás:

Ezen az ábrán az R1 és R2 ellenállás feszültségosztó formáját használja a tranzisztor torzításához. Az R2-nél kialakuló feszültség alapfeszültség lesz, mivel az előre torzítja az alap-emitter csatlakozást. Itt I2 = 10Ib.

Ez a feszültségosztó áram elhanyagolása és a béta értékében bekövetkező változások történnek.

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

Az Ic ellenáll mind a béta, mind a Vbe változásainak, amelyek 1 stabilitási tényezőt eredményeznek. Ebben az Ic a hőmérséklet növekedésével nő, azaz a Ve emitter feszültség növekedésével nő, ami csökkenti a Vbe alapfeszültséget. Ennek eredményeként csökken az ib és ic alapáram a tényleges értékeire.

Tranzisztorok alkalmazásai

A legtöbb alkatrész tranzisztorát elektronikus alkalmazásokban használják, például feszültség- és teljesítményerősítőkben.
Kapcsolóként használják sok áramkörben.
Digitális logikai áramkörök készítéséhez használatos, azaz ÉS, NEM stb.
A tranzisztorokat mindenbe beillesztik, azaz a számítógép tetejébe.
A mikroprocesszorban chipként használják, amelyekbe tranzisztorok milliárdjai vannak integrálva.
A korábbi napokban rádióban, telefonkészülékekben, hallófejekben stb. Használják őket.
Ezeket korábban vákuumcsövekben is használják, nagy méretben.
A mikrofonokban a hangjeleket elektromos jelekké is átalakítják.