Режимы работы биполярного транзистора | Основы электроакустики
Биполярный транзистор – полупроводниковый элемент с двумя p-n переходами и тремя выводами, который служит для усиления или переключения сигналов. Они бывают p-n-p и n-p-n типа. На рис.7.1, а и б показаны их условные обозначения.
Рис.7.1. Биполярные транзисторы и их диодные эквивалентные схемы: а) p-n-p, б) n-p-n транзистор
Транзистор состоит из двух противоположно включенных диодов, которые обладают одним общим p- или n- слоем. Электрод, связанный с ним, называется базой Б. Два других электрода называются эмиттером Э и коллектором К. Диодная эквивалентная схема, приведенная рядом с условным обозначением, поясняет структуру включения переходов транзистора. Хотя эта схема не характеризует полностью функции транзистора, она дает возможность представить действующие в нем обратные и прямые напряжения. Обычно переход эмиттер – база смещен в прямом направлении (открыт), а переход база – коллектор – в обратном (заперт).
Рис.7.2. Полярность включения: а) n-p-n, б) p-n-p транзистора
Транзисторы n-p-n типа подчиняются следующим правилам (для транзисторов p-n-p типа правила сохраняются, но следует учесть, что полярности напряжений должны быть изменены на противоположные):
1. Коллектор имеет более положительный потенциал, чем эмиттер.
2. Цепи база-эмиттер и база-коллектор работают как диоды (рис.7.1). Обычно переход база-эмиттер открыт, а переход база-коллектор смещен в обратном направлении, т.е. приложенное напряжение препятствует протеканию тока через него. Из этого правила следует, что напряжение между базой и эмиттером нельзя увеличивать неограниченно, так как потенциал базы будет превышать потенциал эмиттера более чем на 0,6 – 0,8 В (прямое напряжение диода), при этом возникает очень большой ток. Следовательно, в работающем транзисторе напряжение на базе и эмиттере связаны следующим соотношением: UБ ≈ UЭ+0,6В; (UБ = UЭ + UБЭ).
3. Каждый транзистор характеризуется максимальными значениями IК, IБ, UКЭ. В случае превышения этих параметров необходимо использовать еще один транзистор. Следует помнить и о предельных значениях других параметров, например рассеиваемой мощности РК, температуры, UБЭ и др.
4. Если правила 1-3 соблюдены, то ток коллектора прямо пропорционален току базы. Соотношение токов коллектора и эмиттера приблизительно равно
IК = αIЭ, где α=0,95…0,99 – коэффициент передачи тока эмиттера. Разность между эмиттерным и коллекторным токами в соответствии с первым законом Кирхгофа (и как видно из рис. 7.2, а) представляет собой базовый ток IБ = IЭ – IК. Ток коллектора зависит от тока базы в соответствии с выражением: IК = βIБ, где β=α/(1-α) – коэффициент передачи тока базы, β >>1.
Правило 4 определяет основное свойство транзистора: небольшой ток базы управляет большим током коллектора.
Режимы работы транзистора. Каждый переход биполярного транзистора можно включить либо в прямом, либо в обратном направлении.
В зависимости от этого различают следующие четыре режима работы транзистора.
Усилительный или активный режим – на эмиттерный переход подано прямое напряжение, а на коллекторный – обратное. Именно этот режим работы транзистора соответствует максимальному значению коэффициента передачи тока эмиттера. Ток коллектора пропорционален току базы, обеспечиваются минимальные искажения усиливаемого сигнала.
Инверсный режим – к коллекторному переходу подведено прямое напряжение, а к эмиттерному – обратное. Инверсный режим приводит к значительному уменьшению коэффициента передачи тока базы транзистора по сравнению с работой транзистора в активном режиме и поэтому на практике используется только в ключевых схемах.
Режим насыщения – оба перехода (эмиттерный и коллекторный) находятся под прямым напряжением. Выходной ток в этом случае не зависит от входного и определяется только параметрами нагрузки. Из-за малого напряжения между выводами коллектора и эмиттера режим насыщения используется для замыкания цепей передачи сигнала.
Режим отсечки – к обоим переходам подведены обратные напряжения. Так как выходной ток транзистора в режиме отсечки практически равен нулю, этот режим используется для размыкания цепей передачи сигналов.
Основным режимом работы биполярных транзисторов в аналоговых устройствах является активный режим. В цифровых схемах транзистор работает в ключевом режиме, т.е. он находится только в режиме отсечки или насыщения, минуя активный режим.
КТ816 транзистор: характеристики, цоколевка, аналоги, параметры
Транзистор КТ816 – кремниевый эпитаксиально-планарный, низкочастотный, мощный транзистор p-n-p структуры. Применяется в ключевых и линейных схемах, блоках и узлах радиоэлектронной аппаратуры широкого применения. Выпускается в пластмассовом корпусе с гибкими выводами весом около 0,7 г.
Цоколевка транзистора КТ816
Маркировка транзистора КТ816
Есть 2 типа маркировки транзистора:
1. Не кодированная – указывается в 2 строчки.
В верхней написан месяц и год выпуска. В нижней – полное название транзистора.
2. Кодированная – указывается в одну строчку. Первый символ число 6 для КТ816, второй символ буква означающая группу и 2 последних символа указывают на месяц и год выпуска.
6А – КТ816А
6Б – КТ816Б
6В – КТ816В
6Г – КТ816Г
Характеристики транзистора КТ816
| Транзистор | Uкбо(и),В | Uкэо(и), В | Iкmax(и), А | Pкmax(т), Вт | h31э | fгр., МГц |
| КТ816А | 25 | 3 (6) | 1 (25) | 25-275 | 3 | |
| КТ816Б | 45 | 3 (6) | 1 (25) | 25-275 | 3 | |
| КТ816В | 60 | 3 (6) | 1 (25) | 25-275 | 3 | |
| КТ816Г | 80 | 3 (6) | 25-275 | 3 |
Uкбо(и) – Максимально допустимое напряжение (импульсное) коллектор-база
Uкэо(и) – Максимально допустимое напряжение (импульсное) коллектор-эмиттер
Iкmax(и) – Максимально допустимый постоянный (импульсный) ток коллектора
Pкmax(т) – Максимально допустимая постоянная рассеиваемая мощность коллектора без теплоотвода (с теплоотводом)
h31э – Статический коэффициент передачи тока биполярного транзистора в схеме с общим эмиттером
fгр – граничная частота коэффициента передачи тока в схеме с общим эмиттером
Аналоги транзистора КТ815
КТ816А: TIP32
КТ816Б: BD234
КТ816Г: BD238
| Максимальная Рабочая Температура | 150 |
| Количество Выводов | 3 |
| Уровень Чувствительности к Влажности (MSL) | MSL 1 – Безлимитный |
| Напряжение Коллектор-Эмиттер | 32 |
| Стиль Корпуса Транзистора | sot-23 |
| Рассеиваемая Мощность | 250 |
| Полярность Транзистора | npn |
| DC Ток Коллектора | 100 |
| DC Усиление Тока hFE | 330 |
| MSL | MSL 1 – Unlimited |
No. of Pins |
3 |
| Operating Temperature Max | 150 |
| Power Dissipation Pd | 250 |
| Transistor Case Style | sot-23 |
| Transistor Polarity | npn |
| Collector Emitter Voltage V(br)ceo | 32 |
| DC Collector Current | 100 |
| DC Current Gain hFE | 330 |
| Transistor Mounting | Surface Mount |
| Максимальное напряжение насыщения коллектор-эмиттер | |
| Максимальная рабочая частота | 100 МГц |
| Количество элементов на ИС | 1 |
| Максимальное напряжение насыщения база-эмиттер | 0,85 В |
| Длина | 3мм |
| Максимальное напряжение коллектор-база | 32 В |
| Transistor Configuration | Одинарный |
| Производитель | Nexperia |
| Максимальное напряжение К-Э (коллектор-эмиттер) | 32 В |
| Тип корпуса | SOT-23 (TO-236AB) |
| Максимальное рассеяние мощности | |
| Тип монтажа | Поверхностный монтаж |
| Минимальная рабочая температура | -65 °C |
| Ширина | 1. 4мм |
| Максимальный пост. ток коллектора | 100 mA |
| Тип транзистора | NPN |
| Высота | 1мм |
| Число контактов | 3 |
| Размеры | 1 x 3 x 1.4мм |
| Максимальное напряжение эмиттер-база | 5 В |
| Минимальный коэффициент усиления по постоянному току | 200 |
| Вес, г | 0.03 |
Как проверить полевой транзистор мультиметром. Часть 1. Транзистор с управляющим p-n переходом. – Интернет-журнал “Электрон” Выпуск №4
Продолжаем рубрику проверки электрорадиоэлементов, и сегодня я представляю первую статью по проверке полевых транзисторов тестером или как сейчас принято говорить – мультиметром.
Перед началом проверки полевых транзисторов рассмотрим, какие бывают виды полевых транзисторов.
На рисунке 1 вы видите классификацию полевых транзисторов.
Из этого рисунку видно, что полевые транзисторы подразделяются на транзисторы с управляющим p-n переходом и полевые транзисторы с изолированным затвором.
В зарубежной литературе полевой транзистор с управляющим p-n переходом обозначается как JFET(junction gate field-effect transistor), а транзистор с изолированным затвором – MOSFET (Metall-Oxid-Semiconductor FET).
Сегодня я вам расскажу, как проверить полевой транзистор с управляющим p-n переходом, а в следующем выпуске журнал перейдем к проверке MOSFET транзистора, так что не забываем подписываться на журнал. Форма подписки после статьи.
Для начала кратко рассмотрим структуру транзистора и принцип его работы.
Полевые транзисторы бывают n-канальные и p-канальные. В виду того, что широкое распространение получили n-канальные полевые транзисторы, на их примере и рассмотрим принцип работы полевого транзисторы с управляющим p-n переходом.
Итак, транзистор состоит из n-полупроводника с внедренными в него высоколегированными n-областями с большой концентрацией носителей заряда – электронов.
Сам полупроводник находится на подложке p-типа, которая соединена с еще одной p-областью. Вместе эти области называются затвором (gate). Таким образом, каждая высоколегированная n-область создает с p-подложкой свой p-n переход.
Та часть n-полупроводника, которая находится между p-областями (затворами) называется каналом (в частности каналом n-типа).
Если к высоколегированным n-областям подключить источник напряжение, то в канале создастся электрическое поле, под воздействием этого поля электроны из n-области, к которой подключен «минус» источника будут перемещаться в n-область, к которой подключен «плюс» источника напряжения. Таким образом, через канал потечет электрический ток. Величина этого тока будет напрямую зависеть от электропроводности канала, которая в свою очередь зависит от площади поперечного сечения канала. Нетрудно догадаться, что площадь поперечного сечения канала зависит от ширины p-n переходов.
Та область, от которой движутся носители заряда, а в случае n-канала это электроны, называется истоком (source), а к которой движутся – стоком (drain).
Если на затвор относительно истока подать отрицательное напряжение, то p-n переход, образованный между затвором и истоком будет смещаться в обратном направлении, при этом ширина запирающего слоя будет увеличиваться, тем самым сужая размеры канала и уменьшая электропроводность.
Таким образом, изменяя напряжение между затвором и истоком, мы можем управлять током через канал полевого транзистора.
На этом об устройстве полевого транзистора все, далее в подробности углубляться я не буду, так как этого будет достаточно, что бы понять, как проверить полевой транзистор с управляющим p-n переходом.
Исходя из вышеизложенного можно составить эквивалентную схему полевого транзистора с управляющим p-n переходом, как мы делали при проверке биполярного транзистора.
При составлении схемы будем руководствоваться следующими принципами:
1. В транзисторе имеются два p-n перехода, первый между затвором и истоком, второй между затвором и стоком.
2. Канал между истоком и стоком при отсутствии отрицательного запирающего напряжения на затворе не закрыт и электропроводен, то есть имеет определенное значение сопротивления.
3. Теперь p-n переходы обозначим диодами, а электропроводность канала резистором.
Составляем эквивалентную схему полевого транзистора с управляющим p-n переходом.
Теперь зная эквивалентную схему полевого транзистора с управляющим p-n переходом можно построить алгоритм или схему проверки полевого транзистора.
Проверка полевого транзистора с управляющим p-n переходом и каналом n-типа.
1. Проверка сопротивления канала (на рис. R)
Для проверки сопротивления канала с помощью мультиметра необходимо на приборе установить режим измерения сопротивления, предел измерения 2000 Ом.
Измерить сопротивление между истоком и стоком транзистора при разной полярности подключения щупов мультиметра.
Значения сопротивления канала при разной полярности подключения щупов должны быть примерно одинаковыми.
2. Проверка p-n перехода исток-затвор (на рис. VD1).
Включаем мультиметр в режим проверки диодов. Красный (плюсовой ) щуп мультиметра подключаем на затвор (имеет p-проводимость), а черный на исток. Мультиметр должен показать падение напряжения на открытом p-n переходе, которое должно быть в пределах 600-700 мВ.
Меняем полярность подключения щупов (красный на исток, черный на затвор), мультиметр, в случае исправности транзистора показывает бесконечность (на дисплее «1»), то есть переход включен в обратном направлении и закрыт.
3. Проверка p-n перехода сток-затвор (на рис. VD2).
Так же проверяем исправность p-n перехода сток-затвор. То есть включаем мультиметр в режим проверки диодов. Красный (плюсовой ) щуп мультиметра подключаем на затвор (имеет p-проводимость), а черный на сток. Мультиметр должен показать падение напряжения на открытом p-n переходе затвор-сток, которое должно быть в пределах 600-700 мВ.
Меняем полярность подключения щупов (красный на сток, черный на затвор), мультиметр, в случае исправности транзистора показывает бесконечность (на дисплее «1»), то есть переход включен в обратном направлении и закрыт.
Если все три условия выполнились, то считается, что полевой транзистор исправен.
Проверка полевого транзистора с управляющим p-n переходом и каналом p-типа.
Проверка полевого транзистора с управляющим p-n переходом и каналом p-типа осуществляется по вышеизложенному алгоритму, за исключением того, что при проверке p-n переходов полярность подключения щупов мультиметра меняется на противоположную.
Для наглядности и простоты понимания процесса я записал для вас видео как проверить полевой транзистор с управляющим p-n переходом, где я проверяю транзистор с каналом p-типа.
Транзистор КТ815: параметры, цоколевка, аналог, datasheet
Транзистор КТ815 – биполярный кремневый эпитаксиально-планарный, имеющий структуру n-p-n. Данный транзистор применяется в схемах усилителей низкой частоты (УНЧ), в дифференциальных и операционных усилителях, в импульсных устройствах и различных преобразователей.
Транзистор КТ815 выполнен в пластмассовом корпусе и имеет жесткие выводы.
Параметры КТ815 транзистора
- Uкбо — max разрешенное напряжение коллектор-база
- Uкбо(и) — max разрешенное напряжение (импульсное) коллектор-база
- Uкэо — max разрешенное напряжение коллектор-эмиттер
- Uкэо(и) — max разрешенное напряжение (импульсное) коллектор-эмиттер
- Iкmax — max разрешенный ток коллектора
- Iкmax(и) — max разрешенный ток (импульсный) коллектора
- Pкmax — max разрешенная стабильная рассеиваемая мощность коллектора без радиатора
- Pкmax т — max разрешенная стабильная рассеиваемая мощность коллектора с радиатором
- h31э — статический коэффициент передачи тока транзистора КТ815 в схеме с ОЭ (общий эмиттер)
- Iкбо — обратный ток коллектора
- fгр — граничная частота h31э в схеме с общим эмиттером
- Uкэн — напряжение насыщения коллектор-эмиттер
Габаритные и установочные размеры транзистора КТ815
При монтаже допускается сгибать выводы не ближе 5 миллиметров от самого корпуса транзистора и желательно с радиусом закругления не менее 2 мм.
Так же необходимо исключить передачу усилия при сгибании выводов на корпус транзистора.
Производить пайку контактов транзистора следует не ближе 5 мм от корпуса. Температура пайки не более 250 гр. при погружении выводов в припой на период не более 2 сек.
Цоколевка КТ815 транзистора
Ниже представлена цоколевка транзистора КТ815 в корпусе КТ-27 (ТО-126)
Маркировка транзистора КТ815
Согласно маркировке: цифра 5 указывает на тип транзистора (КТ815), буква А – группа, U2 – дата выпуска.
Аналоги транзистора КТ815
Транзистор Кт815 возможно заменить на отечественный аналог: КТ8272, КТ961, либо на его зарубежный аналог: BD135, BD137, BD139, TIP29A
Скачать datasheet КТ815 (213,7 KiB, скачано: 5 757)
Как определить конфигурацию контактов биполярного транзистора
Введение
Это практическое руководство поможет вам найти полярность и расположение выводов любого небольшого биполярного транзистора.
Здесь присутствует элемент проб и ошибок. Но так как мы имеем дело с ограниченным числом переменных – задача не слишком сложная. Всего три вывода – коллектор-база-эмиттер.Если в вашем измерителе есть тестер транзисторов, вы можете просто попробовать все шесть возможных конфигураций выводов в обеих полярностях.
Сравнение транзисторов NPN и PNP
Маленькие биполярные транзисторы делятся на две группы — NPN и PNP. Эмиттер транзистора NPN подключен к отрицательной линии или по направлению к ней. И его коллектор подключен к положительной линии или к ней. Транзистор NPN включается, когда ток течет В его базовый контакт.И он выключается, когда этот базовый ток прекращается. Маленькая стрелка на символе указывает направление тока базы.
По сравнению с NPN-транзисторами – PNP-транзисторы подключены вверх ногами и работают задом наперед. Коллектор PNP-транзистора подключен к отрицательной линии или по направлению к ней. И его эмиттер подключен к положительной линии или к ней.
Транзистор PNP включается, когда ток выходит из его базового вывода. И он выключается, когда этот базовый ток прекращается.Маленькая стрелка на символе указывает направление тока базы.
Определение полярности транзистора
Если у вас есть измеритель с подвижной катушкой или цифровой тестер диодов, вам следует начать с определения полярности транзистора. Поскольку мы собираемся использовать мультиметр для определения полярности транзистора, полярность выводов мультиметра имеет решающее значение. Прежде чем начать, убедитесь, что ваши лиды подключены правильно.Затем начните с поиска коллекторных и эмиттерных диодов. Эти диоды будут проводить – когда красный провод счетчика подключен к клемме “P”.
Когда вы определили полярность транзистора и его базового вывода, одна из следующих небольших схем поможет вам идентифицировать коллектор и эмиттер. Соберите схему на макетной плате. И подключи транзистор. Вы уже знаете, куда должен идти базовый штифт. Используйте метод проб и ошибок, чтобы расположить два других штифта.
Если светодиод светится, пусть даже тускло, коллектор и эмиттер подключены неправильно.Если коллектор и эмиттер подключены правильно – светодиод не загорится.
Далее – смочить кончик пальца кончиком языка. И используйте мокрый кончик пальца, чтобы соединить коллектор с основанием. Если ваш транзистор работает правильно и подключен правильно, влага будет обеспечивать достаточный базовый ток для включения транзистора. И загорится светодиод.
Если у вас нет измерителя с подвижной катушкой или тестера диодов.
Вы по-прежнему можете использовать эти две схемы для определения полярности транзистора и конфигурации его выводов. Просто используйте метод «Тестер транзисторов», описанный выше. Попробуйте все шесть возможных конфигураций контактов. Наиболее вероятны первые три. Когда вы можете зажечь светодиод влажным кончиком пальца – транзистор подключен правильно.
Проверка полярности транзисторов | Полный проект электроники
Здесь представлена простая схема, которая поможет вам разобраться, относится ли транзистор к типу npn или pnp.
Если тестируемый транзистор npn, красный светодиод будет мигать. Если это pnp, зеленый светодиод будет мигать. Эта схема очень полезна для небольших лабораторий, где после завершения проекта компоненты лежат на столе неопознанными, и очень утомительно читать номер детали, напечатанный на компоненте, и идентифицировать его по техническому описанию. Схема обеспечивает простой метод идентификации биполярных транзисторов.
Схема и работа
Как показано на рис.1 схема проверки полярности транзисторов построена на основе четырех вентилей И-НЕ с двумя входами CD4011 (IC1), четырех диодов (D1–D4) и нескольких дискретных компонентов. Работает от питания 9В, для компактности блока рекомендуется батарейка РР3.
На затворах N3 и N4 сделан прямоугольный генератор, который дополнительно соединен с N1. Выход N1 подключен к входу N2. Таким образом, вы получаете прямоугольные волны на выходах N1 и N2, которые сдвинуты по фазе на 180 градусов.
Два светодиода (LED1 и LED2) используются для индикации полярности тестируемого транзистора.Эти светодиоды подключены к выходам N1 и N2, как показано на рис. 1. Если к TUT не подключен транзистор, оба светодиода будут мигать попеременно. Если тестируемый транзистор pnp, он обеспечивает короткое замыкание между светодиодами, когда на выходе N1 низкий уровень, что не позволяет светиться красному светодиоду. Когда выход N1 становится высоким, тестируемый транзистор (если p-n-p) перестает проводить ток и загорается зеленый светодиод. Таким образом, зеленый светодиод мигает, если тестируемый транзистор pnp.
Аналогично, если тестируемый транзистор npn, он вызовет короткое замыкание между светодиодами, когда на выходе N1 высокий уровень, что не позволит светиться зеленому светодиоду.Когда выход N1 становится низким, тестируемый транзистор (если он npn) перестает проводить ток и загорается красный светодиод. Таким образом, красный светодиод мигает, если тестируемый транзистор является npn.
Загрузить PDF-файлы с компоновкой печатных плат и компонентов: нажмите здесь
Конструкция и испытания
Односторонняя печатная плата для проверки полярности транзисторов в натуральную величину показана на рис. 2, а расположение ее компонентов — на рис.3. Соберите схему на печатной плате, чтобы избежать ошибок при сборке. После сборки поместите всю схему в подходящую маленькую коробку. Подсоедините трехштырьковую розетку для установки тестируемых транзисторов.
Чтобы проверить правильность работы цепи, проверьте правильность подачи питания на TP1 по отношению к TP0. Проверьте формы сигналов на TP2 и TP3, как указано в таблице контрольных точек.
Автор является постоянным автором EFY. Он имеет много статей, опубликованных в его честь в Индии и за рубежом
В чем разница между PNP и NPN?
Что такое транзисторы PNP и NPN?
PNP и NPN — это биполярные переходные транзисторы (BJT).
BJT изготовлены из легированных материалов и допускают усиление тока. Его можно настроить как PNP и NPN. Транзисторы PNP и NPN обеспечивают усиление или коммутацию.
В чем разница между PNP и НПН?
Легко запомнить, что NPN означает отрицательный-положительный-отрицательный, а PNP означает положительные-отрицательные-положительные транзисторы. Давайте подробнее рассмотрим, как работают транзисторы NPN и PNP.
Транзистор NPN включается, когда от базы транзистора к эмиттеру подается достаточный ток.Таким образом, база NPN-транзистора должна быть подключена к положительному напряжению, а эмиттер — к отрицательному, чтобы ток протекал в базу. Когда от базы к эмиттеру протекает достаточный ток, транзистор включается, направляя ток от коллектора к эмиттеру, а не от базы транзистора к эмиттеру. Транзистор PNP работает наоборот. В транзисторе PNP ток обычно течет от эмиттера транзистора к базе, и когда от эмиттера к базе течет достаточный ток, транзистор включается, направляя ток от эмиттера к коллектору.
Вкратце, для NPN-транзистора требуется положительный ток от базы к эмиттеру, а для PNP требуется отрицательный ток на базу, но ток должен течь от базы к земле.
– базовый терминал; E – вывод эмиттера; C – коллекторный терминал
Вот ссылка на видео ниже, которая может объяснить как работают транзисторы NPN и PNP более подробно:
Выходной сигнал транзистора PNP и NPN и нагрузка резистор
Различные оптические, индуктивные, емкостные и т.д.датчики имеют выходной сигнал, называемый PNP NO, PNP NC, NPN NO, NPN NC, все эти сигналы представляют собой просто переключатель ВКЛ / ВЫКЛ, но вместо сухого контакта у нас установлен выходной транзистор. Транзистор имеет выходную полярность (в отличие от сухого контакта). Как понимать эти выходы:
PNP – (транзистор PNP) NO – нормально открытый, что означает отсутствие напряжения на выходе, пока датчик не срабатывает (см.
рисунок, разъем выхода датчика PNP № 4). При срабатывании датчика на разъеме №2 будет +24 В.4. Этот сигнал +24 В может быть подключен непосредственно к ПЛК или для любых других функций, таких как срабатывание реле, срабатывание сигнализации. Обычно ограничение по току в датчиках приближения составляет до 200 мА, поэтому на всех схемах показано, что выход подключен через резистор, в действительности этот резистор встроен в ваш ПЛК, это может быть катушка вашего реле или лампочка индикации . Если мы подключим выход напрямую к GND (минусовому кабелю), у нас будет короткое замыкание, а значит, ток возрастет и достигнет максимального тока источника питания.Так что, если у нас есть, например, источник питания 5 А, короткое замыкание превысит предельный ток датчика, и он будет поврежден.
Если у нас есть датчик NPN NC, это означает, что наш датчик оснащен транзистором NPN на выходе, и датчик нормально закрыт – это означает, что у нас есть выходной сигнал в высоком состоянии, пока датчик не срабатывает.
Вместо заземления мы используем положительный кабель.
Двумерные транзисторы с реконфигурируемой полярностью для защищенных схем
Новоселов К.С. и др. Двумерные атомарные кристаллы. Проц. Натл акад. науч. США 102 , 10451–10453 (2005 г.).
Артикул Google Scholar
Дас, С., Чен, Х.Ю., Пенумача, А.В. и Аппенцеллер, Дж. Высокопроизводительные многослойные транзисторы MoS 2 со скандиевыми контактами. Нано Летт. 13 , 100–105 (2013).
Артикул Google Scholar
Дас С.& Appenzeller, J. WSe 2 полевые транзисторы с улучшенными амбиполярными характеристиками. Заяв. физ. лат. 103 , 103501 (2013).
Артикул Google Scholar
“>Лю, Х. и др. Фосфорен: неисследованный двумерный полупроводник с высокой подвижностью дырок. ACS Nano 8 , 4033–4041 (2014).
Артикул Google Scholar
Ли, Л.и другие. Полевые транзисторы на черном фосфоре. Нац. нанотехнологии. 9 , 372–377 (2014).
Артикул Google Scholar
Ву, П. и др. Комплементарные туннельные полевые транзисторы с черным фосфором. ACS Nano 13 , 377–385 (2019).
Артикул Google Scholar
Пенуматча А.В., Салазар Р.Б.и Аппенцеллер, Дж. Анализ транзисторов с черным фосфором с использованием аналитической модели МОП-транзистора с барьером Шоттки. Нац. коммун. 6 , 8948 (2015).
Артикул Google Scholar
“>Robbins, M.C. & Koester, S.J. Черный фосфор p- и n-MOSFET с электростатическим легированием контактов. IEEE Electron Device Lett. 38 , 285–288 (2017).
Артикул Google Scholar
Тосун М.и другие. Инверторы с высоким коэффициентом усиления на комплементарных полевых транзисторах WSe 2 . ACS Nano 8 , 4948–4953 (2014).
Артикул Google Scholar
Шульман Д. С., Арнольд А. Дж. и Дас С. Контактная инженерия для 2D-материалов и устройств. Хим. соц. Ред. 47 , 3037–3058 (2018).
Артикул Google Scholar
Пракаш А., Илатихаменех, Х., Ву, П. и Аппенцеллер, Дж. Понимание контактного затвора в транзисторах с барьером Шоттки из 2D-каналов. науч. Респ. 7 , 12596 (2017).
Артикул Google Scholar
Мур, Г. Э. Добавление дополнительных компонентов в интегральные схемы. Проц. IEEE https://doi.org/10.1109/JPROC.1998.658762 (1998).
Франклин, А. Д. Наноматериалы в транзисторах: от высокопроизводительных до тонкопленочных применений. Наука 349 , aab2750 (2015).
Артикул Google Scholar
Скотницки Т., Хатчби Дж. А., Кинг Т. Дж., Вонг Х. С. П. и Бёф Ф. Конец масштабирования КМОП: к внедрению новых материалов и структурных изменений для улучшения характеристик полевых МОП-транзисторов. IEEE Circuits Devices Mag . https://doi.org/10.1109/MCD.2005.1388765 (2005 г.).
Рабаи, Дж. М., Чандракасан, А.и Николич, Б. Цифровые интегральные схемы , 2-е изд. (Пирсон, 2003).
“>Сервантон, Г. и др. Усовершенствованная характеристика ПЭМ для разработки узлов 28–14 нм на основе технологии полностью обедненного кремния на изоляторе. J. Phys. конф. сер. 471 , 012026 (2013).
Артикул Google Scholar
Холлер, М. и др. Трехмерное изображение интегральных схем с масштабированием от макро- до наномасштаба. Нац. Электрон. 2 , 464–470 (2019).
Артикул Google Scholar
Холлер, М. и др. Неразрушающее трехмерное изображение интегральных схем с высоким разрешением. Природа 543 , 402–406 (2017).
Артикул Google Scholar
Ву, П. и Аппенцеллер, Дж. К КМОП-подобным устройствам из двумерных канальных материалов. АПЛ Матер. 7 , 100701 (2019).
Артикул Google Scholar
“>Коули А. М. и Сзе С. М. Поверхностные состояния и высота барьера систем металл-полупроводник. J. Appl. физ. 36 , 3212–3220 (1965).
Артикул Google Scholar
Аппенцеллер Дж., Чжан Ф., Дас С. и Кнох Дж. в 2D-материалах для наноэлектроники (редакторы Хусса, М.и др.) гл. 8, 207–240 (Тейлор и Фрэнсис, 2016).
Накахараи, С. и др. Электростатически реверсируемая полярность амбиполярных транзисторов α-MoTe 2 . ACS Nano 6 , 5976–5983 (2015).
Артикул Google Scholar
Yu, W.J. et al. Адаптивные логические схемы с нелегированными амбиполярными транзисторами из углеродных нанотрубок. Нано Летт. 9 , 1401–1405 (2009).
Артикул Google Scholar
“>Лин, Ю. Ф. и др. Амбиполярные транзисторы MoTe 2 и их применение в логических схемах. Доп. Матер. 26 , 3263–3269 (2014).
Артикул Google Scholar
Рен Ю. и др. Последние достижения в области амбиполярных транзисторов для функциональных приложений. Доп. Функц. Матер. 29 , 1–65 (2019).
Google Scholar
Реста Г.В. и др. Комплементарные логические элементы без примесей на двумерных транзисторах с регулируемой полярностью. ACS Nano 12 , 7039–7047 (2018).
Артикул Google Scholar
Bi, Y. et al. Повышение безопасности оборудования с помощью новых транзисторных технологий. В проц. Международный симпозиум Великих озер 2016 г. по СБИС , GLSVLSI , 305–310 (IEEE, 2016).
Раджендран, Дж. и др. Nano встречает безопасность: изучение наноэлектронных устройств для приложений безопасности. Проц. IEEE 103 , 829–849 (2015).
Артикул Google Scholar
Патнаик, С. и др. Повышение безопасности оборудования с использованием полиморфных и стохастических устройств с эффектом спин-холла. В проц. 2018 Конференция по проектированию, автоматизации и испытаниям в Европе Конференция и выставка ( ДАТА ) 97–102 (IEEE, 2018).
Bi, Y. et al. Новые технологические разработки примитивов для аппаратной безопасности. J. Emerg. Технол. вычисл. Сист. 13 , 3 (2016).
Артикул Google Scholar
Дюпюи, С. и Флоттс, М.-Л. Логическая блокировка: обзор предлагаемых методов и показателей оценки.
Дж. Электрон. Контрольная работа. 35 , 273–291 (2019).
Артикул Google Scholar
Рой, Дж.А., Кушанфар Ф. и Марков И.Л. EPIC: прекращение пиратства интегральных схем. В проц. Конференция по дизайну , Автоматизация и испытания в Европе ( ДАТА ) 1069–1074 (IEEE, 2008 г.).
Плаза, С. М. и Марков, И. Л. Решение проблемы третьей смены при пиратстве IC с помощью логической блокировки, учитывающей тесты. IEEE Trans. вычисл. Помощь Des. интегр. Цепи Сист. 34 , 961–971 (2015).
Артикул Google Scholar
Раджендран, Дж., Синаноглу О. и Карри Р. Метрика безопасности, основанная на тестировании СБИС, для маскировки ИС. В 2013 Международная конференция по тестированию IEEE ( ITC ) https://doi.org/10.1109/TEST.
2013.6651879 (IEEE, 2013).
Раджендран Дж., Сэм М., Синаноглу О. и Карри Р. Анализ безопасности маскировки интегральных схем. В проц. Конференция ACM SIGSAC 2013 г. по компьютерной и коммуникационной безопасности 709–720 (ACM, 2013 г.).
Шиодзаки, М., Хори Р. и Фуджино Т. Диффузионное программируемое устройство: устройство для предотвращения обратного проектирования. IACR Cryptol. ePrint Арх. 2014 , 109 (2014).
Google Scholar
Малик, С., Беккер, Г. Т., Паар, К. и Берлесон, В. П. Разработка инструмента аппаратного запутывания на уровне макета. В проц. 2015 Ежегодный симпозиум IEEE Computer Society по СБИС 204–209 (IEEE, 2015).
Сзе, С.M. & Ng, KK Physics of Semiconductor Devices (Wiley, 2006).
Хайнциг А.
, Шлезек С., Кройпл Ф., Миколайк Т. и Вебер В. М. Реконфигурируемые кремниевые транзисторы с нанопроволокой. Нано Летт. 12 , 119–124 (2012).
Артикул Google Scholar
Хайнциг, А., Миколайк, Т., Троммер, Дж., Гримм, Д. и Вебер, В. М. Двойно активные кремниевые нанопроводные транзисторы и схемы с равным переносом электронов и дырок. Нано Летт. 13 , 4176–4181 (2013).
Артикул Google Scholar
Де Марчи, М. и др. Управление полярностью в кремниевых полевых транзисторах с нанопроволокой с двойным затвором и вертикальным расположением затворов. Тех. Копать. Междунар. Электронные устройства встречают . 8.4.1–8.4.4 (2012 г.).
Ларентис, С. и др. Реконфигурируемые комплементарные однослойные MoTe 2 полевые транзисторы для интегральных схем.
ACS Nano 11 , 4832–4839 (2017).
Артикул Google Scholar
Бао, Р. и др. Решения Multiple-Vt в технологии нанолистов для высокопроизводительных приложений с низким энергопотреблением. В проц. Международная встреча IEEE по электронным устройствам, 2019 г., 234–237 (IEEE, 2019 г.).
Qiao, J., Kong, X., Hu, Z.X., Yang, F. & Ji, W. Анизотропия переноса с высокой подвижностью и линейный дихроизм в малослойном черном фосфоре. Нац. коммун. 5 , 4475 (2014).
Артикул Google Scholar
Кай, Ю., Чжан, Г. и Чжан, Ю. В. Выравнивание полос в зависимости от слоя и работа выхода фосфорена с несколькими слоями. науч. Респ. 4 , 6677 (2014).
Артикул Google Scholar
“>Харатипур, Н., Намгунг, С., О, С.-Х. и Кестер, С. Дж. Основные ограничения на подпороговый наклон в полевых транзисторах Шоттки с истоком / стоком на черном фосфоре. ACS Nano 10 , 3791–3800 (2016).
Артикул Google Scholar
Haratipour, N. et al. Высокопроизводительные полевые МОП-транзисторы с черным фосфором, использующие управление ориентацией кристалла и контактную инженерию. IEEE Electron Device Lett. 38 , 685–688 (2017).
Артикул Google Scholar
Дас С., Демарто М. и Рулофс А.Амбиполярный фосфореновый полевой транзистор. ACS Nano 8 , 11730–11738 (2014).
Артикул Google Scholar
Liu, Y. & Ang, K.W. Монолитно интегрированные гибкие схемы комплементарного инвертора с черным фосфором.
ACS Nano 11 , 7416–7423 (2017).
Артикул Google Scholar
Кирш, П.Д. и др. Модель диполя, объясняющая настройку порогового напряжения полевого транзистора с высоким k /металлическим затвором. Заяв. физ. лат. 92 , 092901 (2008).
Артикул Google Scholar
Кохер П., Яффе Дж. и Джун Б. Анализ дифференциальной мощности. Проц. КРИПТО 99 , 388–397 (1999).
МАТЕМАТИКА Google Scholar
Теория транзисторов — транзисторы с биполярным соединением
Биполярные переходные транзисторы
Вы должны вспомнить из более раннего обсуждения, что PN-переход с прямым смещением
сравнимы с элементом цепи с низким сопротивлением, потому что он пропускает большой ток в течение
заданное напряжение.
В свою очередь, PN-переход с обратным смещением сравним с
высокоомный элемент цепи. Используя формулу закона Ома для мощности
( P = I 2 R ) и при условии, что ток поддерживается постоянным,
можно сделать вывод, что мощность, развиваемая на высоком сопротивлении, больше
чем тот, который развивался при низком сопротивлении. Таким образом, если бы кристалл содержал
два PN-перехода (один с прямым смещением, другой с обратным смещением), маломощный сигнал
могут быть введены в переход с прямым смещением и генерировать сигнал высокой мощности
на переходе с обратным смещением.Таким образом, будет получен прирост мощности
по кристаллу. Эта концепция является основной теорией того, как работает транзистор.
усиливает. Имея в памяти эту свежую информацию, давайте перейдем непосредственно к
NPN-транзистор.
Работа транзистора NPN
Как и в случае диода с PN-переходом, N-материал, из которого состоит
две концевые секции транзистора N P N содержат некоторое количество свободных электронов,
в то время как центральная секция P содержит избыточное количество отверстий.
Действие на каждом перекрестке между этими секциями такое же, как описано ранее для диода; это,
развиваются области истощения и появляется соединительный барьер. Использование транзистора
в качестве усилителя каждый из этих переходов должен модифицироваться некоторым внешним напряжением смещения.
Чтобы транзистор функционировал в этом качестве, первый PN-переход
(переход эмиттер-база) смещен в прямом или низкоомном направлении.
В то же время второй переход PN (переход база-коллектор) смещен в обратном направлении,
или высокоомное, направление.Простой способ запомнить, как правильно смещать транзистор
заключается в наблюдении за элементами NPN или PNP, из которых состоит транзистор. Письма
эти элементы указывают, какую полярность напряжения использовать для правильного смещения. Например,
обратите внимание на транзистор NPN ниже:
1. Излучатель, который является первой буквой в последовательности N PN, подключается к n отрицательная сторона батареи, а основание, которое является второй буквой (N P N),
подключается к положительной стороне p .
2. Однако, поскольку второй PN-переход должен быть смещен в обратном направлении для правильного работы транзистора, то коллектор должен быть подключен к напряжению противоположной полярности ( p ositive ), чем то, что указано в его буквенном обозначении (NP N ). Напряжение на коллекторе также должно быть больше положительного, чем на базе, как показано ниже:
Теперь у нас есть правильно смещенный NPN-транзистор.
Таким образом, база транзистора N P N должна быть положительной p с относительно эмиттера, а коллектор должен быть более положительным, чем база.
Соединение прямого смещения NPN
Важный момент, который следует отметить в это время, который не обязательно упоминался
во время объяснения диода, это тот факт, что материал N с одной стороны
перехода с прямым смещением легирован сильнее, чем материал P.
Это приводит к тому, что через соединение проходит больше тока.
электронов-носителей из материала N, чем большинство дырок-носителей из P
материал.
Следовательно, проводимость через прямосмещенный переход, как показано
на рисунке ниже, в основном основных электронов-носителей из материала N (эмиттер).
Переход прямого смещения в транзисторе NPN.
С переходом эмиттер-база на рисунке, смещенным в прямом направлении, электроны покидают отрицательную клемму батареи и входят в материал N (эмиттер). Поскольку электроны являются основными носителями тока в материале N, они легко проходят через через эмиттер, пересечь переход и соединить с отверстиями в материале P (основа). Для каждого электрона, заполняющего дырку в материале P, другой электрон покинет материал P (создав новую дырку) и войдет в положительный полюс батареи.
Соединение обратного смещения NPN
Второй переход PN (база-коллектор), или переход с обратным смещением, как его называют.
(рисунок ниже), блокирует пересечение узла большинством носителей тока. Тем не мение,
есть очень небольшой ток, упомянутый ранее, который действительно проходит через это соединение.
Этот ток называется ток меньшинства или обратный ток . Как вы помните,
этот ток создавался электронно-дырочными парами. Миноритарные перевозчики для
PN-переход с обратным смещением — это электрона в P-материале и дырки в материале Н.Эти неосновные носители фактически проводят ток для
переход с обратным смещением, когда электроны из материала P входят в материал N,
а отверстия из материала N входят в материал P. Однако меньшинство
Электроны тока (как вы увидите позже) играют самую важную роль в
работу NPN-транзистора.
Переход с обратным смещением в транзисторе NPN.
В этот момент вы можете задаться вопросом, почему второй переход PN (база-коллектор) не
смещен в прямом направлении, как и первый переход PN (излучатель-база).Если оба соединения
были бы смещены вперед, электроны имели бы тенденцию вытекать из каждого
торцевая часть транзистора N P N (эмиттер и коллектор)
к центральной секции P (базе).
По сути, у нас было бы два переходных диода, обладающих
общей базы, тем самым исключая любое усиление и нанося ущерб цели
транзистор. Слово предостережения в порядке в это время. Если вы должны
ошибочно смещает второй PN-переход в прямом направлении, чрезмерное
ток может выделять достаточно тепла, чтобы разрушить переходы, делая
бесполезный транзистор.Поэтому убедитесь, что полярность напряжения смещения верна.
перед выполнением каких-либо электрических соединений.
Взаимодействие соединения NPN
Теперь мы готовы посмотреть, что произойдет, если мы поместим два соединения Транзистор NPN в работе в то же время. Для лучшего понимания того, как эти два соединения работают вместе, обратитесь к рисунку ниже во время обсуждения.
Работа транзистора NPN.
Батареи смещения на этом рисунке обозначены V CC для
питания коллектора и В ВВ для питания базового напряжения.Также обратите внимание, что батарея основного источника питания довольно мала, на что указывает
количество ячеек в аккумуляторе, обычно 1 вольт или менее.
Тем не мение,
подача коллектора, как правило, намного выше, чем подача базы, обычно
около 6 вольт. Как вы увидите позже, эта разница в напряжениях питания
необходимо, чтобы ток протекал от эмиттера к коллектору.
Как указывалось ранее, ток во внешней цепи всегда обусловлен
к движению свободных электронов. Следовательно, электроны текут из отрицательных
клеммы батарей питания к эмиттеру N-типа.Это комбинированное движение
электронов известен как ток эмиттера ( I E ).
Поскольку электроны являются основными носителями в материале N, они будут двигаться через
эмиттер из N-материала к переходу эмиттер-база. С этой развязкой вперед
при смещении электроны продолжают двигаться в базовую область. Как только электроны находятся в
основу, представляющую собой материал P-типа, теперь они становятся неосновными носителями .
Часть электронов, перемещающихся в базу, рекомбинирует с имеющимися дырками.На каждый электрон, который рекомбинирует, другой электрон уходит через базу.
провод как базовый ток I B (создание нового отверстия для
возможная комбинация) и возвращается к аккумулятору основного питания V BB .
Электроны, которые рекомбинируют, теряются для коллектора. Следовательно,
чтобы сделать транзистор более эффективным, базовая область сделана очень тонкой и
слегка легированный. Это уменьшает возможность рекомбинации электрона.
с дырой и потеряться.Таким образом, большая часть электронов, перешедших в базу
области попадают под влияние большого обратного смещения коллектора. Эта предвзятость действует
как прямое смещение для неосновных носителей (электронов) в базе и, как таковое,
ускоряет их через переход база-коллектор в коллектор
область. Поскольку коллектор изготовлен из материала N-типа, электроны
которые достигают коллектора , снова становятся основными носителями тока .
Оказавшись в коллекторе, электроны легко перемещаются через материал N и
возврат к плюсовой клемме коллектора питающей батареи В СС как ток коллектора ( I C ).
Для дальнейшего повышения КПД транзистора коллектор физически больше основания по двум причинам: (1) увеличить вероятность сбора носителей, которые диффундируют в сторону, а также непосредственно через базовую область, и (2) чтобы коллектор мог обрабатывать больше тепла без повреждений.
Таким образом, полный ток в транзисторе NPN протекает через вывод эмиттера. Следовательно, в процентах I E составляет 100 процентов.На с другой стороны, так как основа очень тонкая и слегка легированная, то меньший процент от общего тока (ток эмиттера) будет течь в базе цепи, чем в коллекторной цепи. Обычно не более 2-5%. общий ток является базовым током ( I B ), а остальные От 95 до 98 процентов составляет ток коллектора ( I C ). Очень простой между этими двумя течениями существует связь:
Проще говоря, это означает, что ток эмиттера разделяется на ток базы.
и ток коллектора.Поскольку количество тока, выходящего из эмиттера, равно
исключительно функцией смещения эмиттер-база, и поскольку коллектор получает
большую часть этого тока, то небольшое изменение смещения эмиттер-база будет иметь
гораздо большее влияние на величину тока коллектора, чем на
базовый ток.
В заключение отметим, что относительно небольшое смещение эмиттер-база регулирует
относительно большой ток эмиттер-коллектор.
Работа транзистора PNP
Транзистор PNP работает по существу так же, как транзистор NPN.Однако, поскольку эмиттер, база и коллектор PNP-транзистора изготовлены из
материалы, отличные от тех, что используются в NPN-транзисторах, разные токи
поток носителей в блоке PNP. Основными носителями тока в PNP-транзисторе являются
отверстия. Это в отличие от NPN-транзистора, где ток большинства
переносчиками являются электроны. Чтобы поддерживать этот другой тип тока (дырочный поток),
батареи смещения перевернуты для транзистора PNP. Типичная предвзятость
Настройка транзистора PNP показана на рисунке ниже.Заметь
процедура, использованная ранее для правильного смещения транзистора NPN, также применима
здесь к транзистору PNP. Первая буква (P) в последовательности P NP
указывает полярность напряжения, необходимого для эмиттера ( p положительная),
а вторая буква (N) указывает на полярность базового напряжения ( n отрицательная).
Поскольку переход база-коллектор всегда смещен в обратном направлении, то
полярность напряжения ( n отрицательная) должна использоваться для коллектора.Таким образом,
база транзистора P N P должна быть n отрицательной относительно
к эмиттеру, а коллектор должен быть более отрицательным, чем база.
Помните, как и в случае NPN-транзистора, эта разница в
напряжение питания необходимо для протекания тока (дырочный проток в корпусе
транзистора PNP) от эмиттера к коллектору. Хотя отверстие
поток является преобладающим типом тока в транзисторе PNP, отверстие
поток происходит только внутри самого транзистора, в то время как электроны текут в
внешний контур.Однако именно внутридырочное течение приводит
к потоку электронов во внешних проводах, подключенных к транзистору.
Правильно смещенный PNP-транзистор.
Соединение прямого смещения PNP
Теперь рассмотрим, что происходит, когда переход эмиттер-база в
рисунок ниже смещен вперед. При показанной настройке смещения положительный
клемма батареи отталкивает отверстия эмиттера к основанию, в то время как
отрицательный вывод направляет базовые электроны к эмиттеру.Когда
эмиттерная дырка и базовый электрон встречаются, объединяются. Для каждого электрона, который
соединяется с дыркой, другой электрон покидает отрицательный полюс
батареи и входит в базу. При этом электрон покидает
эмиттер, создавая новую дырку, и входит в положительный вывод
батарея. Это движение электронов в базу и из эмиттера
составляет базовый текущий поток ( I B ), а путь этих
электронов называют цепью эмиттер-база.
Переход прямого смещения в транзисторе PNP.
Разветвитель обратного смещения PNP
В переходе с обратным смещением (рисунок ниже) отрицательное напряжение на коллекторе
и положительное напряжение на базовом блоке основных носителей тока от пересечения перекрестка. Однако это же отрицательное напряжение коллектора действует как
прямое смещение для 90 124 неосновных токовых отверстий 90 125 в основании, которые пересекаются
перекресток и войти в коллектор.
90 124 неосновных электронов тока 90 125 в
коллектор также воспринимает прямое смещение — положительное базовое напряжение — и перемещается в базу.
Отверстия в коллекторе заполняются электронами, поступающими из отрицательного
клемма аккумулятора. В то же время электроны покидают отрицательную клемму
батареи, другие электроны в базе разрывают свои ковалентные связи и входят
положительный полюс аккумулятора. Хотя есть только меньший текущий поток
в переходе с обратным смещением он все еще очень мал из-за ограниченного
число миноритарных текущих носителей.
Переход с обратным смещением в транзисторе PNP.
Взаимодействие соединения PNP
Взаимодействие между переходами прямого и обратного смещения в PNP
транзистор очень похож на транзистор NPN, за исключением того, что в PNP
транзистор, большинство носителей тока – дырки. В транзисторе PNP, показанном на рис.
На рисунке ниже положительное напряжение на эмиттере отталкивает дырки к базе.
Оказавшись в базе, дырки объединяются с базовыми электронами.
Но опять же, помните, что
базовая область сделана очень тонкой, чтобы предотвратить рекомбинацию дырок с
электроны. Таким образом, более 90 процентов отверстий, которые входят в основание, становятся
притягиваются к большому отрицательному напряжению коллектора и проходят прямо через базу.
Однако для каждого электрона и дырки, которые объединяются в базовой области,
электрон покидает отрицательную клемму базовой батареи ( V BB )
и входит в базу как базовый ток ( I B ).В то же время
электрон покидает отрицательную клемму батареи, другой электрон покидает
эмиттер как I E (создание новой дырки) и входит в
положительный вывод В ВВ . При этом в коллекторной цепи
электроны из коллекторной батареи ( V CC ) попадают в коллектор
как I C и соедините с лишним отверстием от основания.
На каждую дырку, нейтрализованную в коллекторе электроном, приходится другой электрон.
покидает эмиттер и начинает свой путь обратно к положительной клемме V CC .
Работа транзистора PNP.
Хотя ток во внешней цепи транзистора PNP противоположен
в направлении транзистора NPN, основные носители всегда
поток от эмиттера к коллектору. Этот поток большинства носителей
также приводит к образованию двух отдельных токовых петель внутри каждого
транзистор. Одна петля – это путь базового тока, а другая петля – это
тракт коллектор-ток. Сочетание тока в обоих
эти циклы ( I B + I C ) приводят к сумме
ток транзистора ( I E ).Самое главное помнить
о двух разных типах транзисторов заключается в том, что эмиттер-база
напряжение PNP-транзистора оказывает такое же управляющее влияние на коллектор
ток как у транзистора NPN. Говоря простым языком, увеличение
напряжение прямого смещения транзистора уменьшает переход эмиттер-база
барьер. Это действие позволяет большему количеству носителей достичь коллектора, вызывая
увеличение тока от эмиттера к коллектору и через
внешний контур.
И наоборот, уменьшение напряжения прямого смещения
уменьшает ток коллектора.
-метровая проверка транзистора (BJT) | Биполярные переходные транзисторы
Биполярные транзисторы состоят из трехслойного полупроводникового «сэндвича» PNP или NPN. Таким образом, транзисторы регистрируются как два диода, соединенных встречно-параллельно, при проверке мультиметра с помощью функции «сопротивление» или «проверка диода», как показано на рисунке ниже. Показания низкого сопротивления на базе с черными отрицательными (-) выводами соответствуют материалу N-типа в базе PNP-транзистора.На условном обозначении материал N-типа «указывает» стрелкой перехода база-эмиттер, который является базой для данного примера. Эмиттер P-типа соответствует другому концу стрелки перехода база-эмиттер, эмиттеру. Коллектор очень похож на эмиттер и также представляет собой материал P-типа PN-перехода.
Проверка транзисторного измерителя PNP: (а) прямое В-Е, В-С, низкое сопротивление; (б) обратный B-E, B-C, сопротивление ∞.
Здесь я предполагаю использование мультиметра только с одной функцией диапазона непрерывности (сопротивления) для проверки PN-переходов.Некоторые мультиметры оснащены двумя отдельными функциями проверки непрерывности: сопротивления и «проверки диодов», каждая из которых имеет свое назначение. Если ваш измеритель имеет специальную функцию «проверки диода», используйте ее, а не диапазон «сопротивления», и измеритель будет отображать фактическое прямое напряжение PN-перехода, а не только то, проводит ли он ток.
Показания счетчика будут, конечно, прямо противоположными для NPN-транзистора, когда оба PN-перехода обращены в другую сторону. Показания низкого сопротивления с красным (+) выводом на базе являются «противоположным» условием для NPN-транзистора.
Если в этом тесте используется мультиметр с функцией «проверки диодов», будет обнаружено, что переход эмиттер-база имеет несколько большее прямое падение напряжения, чем переход коллектор-база. Эта разница в прямом напряжении связана с несоответствием концентрации легирования между областями эмиттера и коллектора транзистора: эмиттер представляет собой гораздо более сильно легированный кусок полупроводникового материала, чем коллектор, в результате чего его соединение с базой создает более высокое прямое напряжение.
уронить.
Зная это, становится возможным определить какой провод какой на немаркированном транзисторе. Это важно, поскольку корпуса транзисторов, к сожалению, не стандартизированы. Все биполярные транзисторы, конечно, имеют три провода, но расположение трех проводов на фактическом физическом корпусе не расположено в каком-то универсальном стандартизированном порядке.
Предположим, техник находит биполярный транзистор и приступает к измерению целостности цепи с помощью мультиметра, установленного в режим «проверка диодов».Измеряя между парами проводов и записывая значения, отображаемые измерителем, техник получает данные, показанные на рисунке ниже.
|
Неизвестный биполярный транзистор.
Какие выводы являются эмиттерными, базовыми и коллекторными? Показания омметра между клеммами.
Единственными комбинациями контрольных точек, дающих показания счетчика, являются провода 1 и 3 (красный щуп на 1 и черный щуп на 3) и провода 2 и 3 (красный щуп на 2 и черный щуп на 3). Эти два показания должны указывать на прямое смещение перехода эмиттер-база (0,655 В) и перехода коллектор-база (0,621 В).
Теперь ищем один провод, общий для обоих наборов токопроводящих показаний.Это должно быть соединение базы транзистора, поскольку база является единственным слоем трехслойного устройства, общим для обоих наборов PN-переходов (эмиттер-база и коллектор-база). В этом примере этот провод имеет номер 3, являясь общим для комбинаций контрольных точек 1-3 и 2-3. В обоих этих наборах показаний счетчика черный измерительный провод (-) касался провода 3, что говорит нам о том, что база этого транзистора изготовлена из полупроводникового материала N-типа (черный = отрицательный).
Таким образом, транзистор представляет собой PNP с базой на проводе 3, эмиттером на проводе 1 и коллектором на проводе 2, как показано на рисунке ниже.
|
Клеммы BJT, идентифицированные омметром.
Обратите внимание, что базовый провод в этом примере , а не средний вывод транзистора, как можно было бы ожидать от трехслойной «сэндвичевой» модели биполярного транзистора.Это довольно часто имеет место и может сбить с толку новых студентов, изучающих электронику. Единственный способ убедиться в том, какой вывод есть, — это проверить измерительным прибором или сослаться на документацию производителя «технические данные» по этому конкретному номеру детали транзистора.
Знание того, что биполярный транзистор ведет себя как два встречно включенных диода при проверке измерителем проводимости, помогает идентифицировать неизвестный транзистор исключительно по показаниям измерителя. Это также полезно для быстрой функциональной проверки транзистора.Если бы техник должен был измерить непрерывность цепи в более чем двух или менее чем в двух из шести комбинаций измерительных проводов, он или она немедленно узнал бы, что транзистор неисправен (или что это не биполярный транзистор, а скорее что-то еще — вполне возможная возможность, если для точной идентификации нет номеров деталей!). Однако модель транзистора с «двумя диодами» не может объяснить, как и почему он действует как усилительное устройство.
Чтобы лучше проиллюстрировать это, давайте рассмотрим одну из цепей транзисторного переключателя, используя физическую схему на рисунке ниже, а не условное обозначение для представления транзистора.Таким образом, два соединения PN будут лучше видны.
Небольшой ток базы, протекающий в переходе база-эмиттер с прямым смещением, позволяет протекать большому току через переход база-коллектор с обратным смещением.
Диагональная стрелка серого цвета показывает направление тока, протекающего через переход эмиттер-база. Эта часть имеет смысл, поскольку ток течет от базы P-типа к эмиттеру N-типа: очевидно, что переход смещен в прямом направлении.Однако переход база-коллектор — это совсем другое дело. Обратите внимание, как толстая стрелка серого цвета указывает направление тока (вниз) от коллектора к базе. С основанием из материала P-типа и коллектором из материала N-типа. База и коллектор находятся под обратным смещением, которое препятствует протеканию тока. Тем не менее, насыщенный транзистор показывает очень небольшое сопротивление протеканию тока на всем пути от коллектора к эмиттеру, о чем свидетельствует свечение лампы!
Очевидно, что здесь происходит что-то, что не поддается простой «двухдиодной» объяснительной модели биполярного транзистора.
Когда я впервые узнал о работе транзистора, я попытался сконструировать собственный транзистор из двух встречно-параллельных диодов, как показано на рисунке ниже.
Пара встречных диодов не действует как транзистор, и ток не может течь через лампу!
В транзисторе обратное смещение перехода база-коллектор предотвращает ток коллектора, когда транзистор находится в режиме отсечки (то есть когда ток базы отсутствует). Если переход база-эмиттер смещен в прямом направлении управляющим сигналом, нормально блокирующее действие перехода база-коллектор отменяется, и ток через коллектор разрешается, несмотря на то, что ток проходит через этот PN «неправильным путем». узел.Это действие зависит от квантовой физики полупроводниковых переходов и может иметь место только тогда, когда два перехода правильно разнесены, а концентрации легирования трех слоев правильно пропорциональны. Два последовательно соединенных диода не соответствуют этим критериям; верхний диод никогда не может «включиться» при обратном смещении, независимо от того, какой ток проходит через нижний диод в петле основного провода.
Дополнительные сведения см. в разделе Биполярные переходные транзисторы, глава 2 .
О том, что концентрации примесей играют решающую роль в особых возможностях транзистора, свидетельствует и тот факт, что коллектор и эмиттер не взаимозаменяемы.Если рассматривать транзистор просто как два встречно-параллельных PN-перехода или просто как простой сэндвич из материалов N-P-N или P-N-P, может показаться, что любой конец транзистора может служить коллектором или эмиттером. Однако это не так. При подключении «назад» в цепи ток база-коллектор не сможет управлять током между коллектором и эмиттером. Несмотря на то, что и эмиттерный, и коллекторный слои биполярного транзистора имеют одинаковый легирующий слой типа (либо N, либо P), коллекторный и эмиттерный точно не идентичны!
Переход база-эмиттер пропускает ток, потому что он смещен в прямом направлении, а переход база-коллектор смещен в обратном направлении.Действие базового тока можно рассматривать как «открытие ворот» для тока через коллектор.
Более конкретно, любая заданная величина тока база-эмиттер допускает ограниченную величину тока база-коллектор.
В следующем разделе это ограничение тока транзистора будет исследовано более подробно.
ОБЗОР:
- При проверке мультиметром в режимах «сопротивление» или «проверка диода» транзистор ведет себя как два встречно-параллельных PN (диодных) перехода.
- PN-переход эмиттер-база имеет несколько большее прямое падение напряжения, чем PN-переход коллектор-база, из-за более сильного легирования эмиттерного полупроводникового слоя.
- Переход база-коллектор с обратным смещением обычно блокирует любой ток, проходящий через транзистор между эмиттером и коллектором. Однако этот переход начинает проводить, если ток проходит через базовый провод. Базовый ток можно рассматривать как «открытие затвора» для определенного, ограниченного количества тока через коллектор.
СВЯЗАННЫЙ РАБОЧИЙ ЛИСТ:
Контроль полярности в одном транзисторе на основе дихалькогенида переходного металла (TMD) для гомогенных комплементарных логических схем
rsc.org/schema/rscart38″> В последнее время предпринимались различные попытки продемонстрировать возможности использования транзисторов на основе дихалькогенидов переходных металлов (TMD) для цифровых логических схем. Комплементарная инверторная схема, которая является основным строительным блоком логической схемы, была реализована в более ранних работах путем гетерогенной интеграции n- и p-канальных транзисторов, изготовленных на различных материалах TMD.Впоследствии, чтобы упростить проектирование схемы и процесс изготовления, дополнительные инверторы были построены на материалах с одним TMD с использованием амбиполярных транзисторов. Однако непрерывный переход от состояния электронной проводимости к состоянию дырочной проводимости в амбиполярных устройствах привел к проблеме высокого тока утечки. Здесь мы сообщаем о транзисторе TMD с регулируемой полярностью, который может работать как n-, так и p-канальный транзистор с низким током утечки в несколько пикоампер. Полярность устройства можно переключать, просто меняя знак напряжения на стоке.
Это связано с тем, что в качестве дренажного контакта используется металлоподобный дителлурид вольфрама (WTe 2 ) с низкой концентрацией носителей, что впоследствии позволяет селективно инжектировать носители на стыке палладий/диселенид вольфрама (WSe 2 ). . Кроме того, используя принцип работы транзистора с регулируемой полярностью, мы продемонстрировали комплементарную схему инвертора на материале с одним каналом TMD (WSe 2 ), который демонстрирует очень низкое статическое энергопотребление в несколько сотен пиковаттов.Наконец, мы подтверждаем возможность расширения этого транзистора с регулируемой полярностью для более сложных логических схем, представляя правильную работу трехкаскадного кольцевого генератора.У вас есть доступ к этой статье
Подождите, пока мы загрузим ваш контент.