Транзистор принцип действия: Принцип работы транзистора

Принцип работы транзистора

В современном значении транзистором называют полупроводниковый радиоэлемент, предназначенный для изменения параметров электрического тока и управления им. У обычного полупроводникового триода имеется три вывода: база, на которую подаются сигналы управления, эмиттер и коллектор. Существуют также составные транзисторы большой мощности.

• Устройство
• Принцип действия
• Классификация устройств
• Устройство транзисторов
• Принцип работы транзистора
• Как работает транзистор – видео
• Принцип работы биполярного транзистора
• Типы полевых транзисторов
• Режимы работы

Поражает шкала размеров полупроводниковых устройств – от нескольких нанометров (бескорпусные элементы, используемые в микросхемах), до сантиметров в диаметре мощных транзисторов, предназначенных для энергетических установок и промышленного оборудования. Обратные напряжения промышленных триодов могут достигать до 1000 В.

Устройство

Конструктивно триод состоит из полупроводниковых слоев, заключённых в корпусе. Полупроводниками служат материалы на основе кремния, германия, арсенида галлия и других химических элементов. Сегодня проводятся исследования, готовящие на роль полупроводниковых материалов некоторые виды полимеров, и даже углеродных нанотрубок.

Принцип действия

Основа работы прибора заключается в способности n-p перехода пропускать ток в одну сторону. При подаче напряжения на одном переходе возникает его прямое падение, а на другом обратное. Зона перехода с прямым напряжением обладает малым сопротивлением, а с обратным — большим. Между базой и эмиттером протекает небольшой ток управления. От значения этого тока изменяется сопротивление между коллектором и эмиттером.

Биполярный прибор бывает двух типов:

• p-n-p;
• n-p-n.

Отличие заключается лишь в основных носителях заряда, т. е. направлении тока.

Если соединить два полупроводника разного типа между собой, то на границе соединения возникает область или, как принято называть, p-n переход.

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

Образованные свободные электроны формируют отрицательный заряд, а дырки — положительный. В области перехода существует потенциальный барьер. Он образуется контактной разностью потенциалов, и его высота не превышает десятые доли вольта, препятствуя протеканию носителей заряда вглубь материала. Если переход находится под прямым напряжением, то величина потенциального барьера уменьшается, а величина проходящего через него тока увеличивается. При прикладывании обратного напряжения, величина барьера увеличивается и сопротивление барьера прохождению тока возрастает. Понимая работу p-n перехода, можно разобраться, как устроен транзистор.

Классификация устройств

В первую очередь такие приборы разделяются на одиночные и составные. Существуют и так называемые комплексные радиоэлементы. Они имеют три вывода и выполненны, как единое целое. Такие сборки содержат как однотипные, так и разные по своему типу транзисторы.

Основное разделение приборов происходит по следующим признакам:

1. Канальность. В зависимости от того, какие носители зарядов являются основными бывают p-типа и n-типа.
2. Технологии изготовления. Выпускаются биполярными, полевыми, комбинированными.
3. По типу полупроводника. В качестве материала для изготовления применяется кремний, германий и арсенид-галлия. В последнее время начали выпускаться транзисторы, использующие в качестве основы прозрачные полупроводники. Например, для построения дисплейных матриц. А также использующие в качестве материалов полимеры и углеродные нанотрубки.
4. По рассеиваемой мощности. Разделяются на три типа: маломощные, средней мощности и мощные. Первые не превышают значения 0,1 Вт, вторые находятся в диапазоне 0,1−1 Вт, а к мощным относят все те, что превышают 1 Вт.
5. По виду исполнению. Выделяют дискретные транзисторы, которые могут быть как корпусными, так и нет, и транзисторы, входящие в состав интегральных схем.

Устройство транзисторов

Наиболее популярный вид полупроводникового транзистора – биполярный.

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

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

Типы проводимости:

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

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

Принцип работы транзистора

Транзистор работает в режимах «Открыто» и «Закрыто».

В таком транзисторе коллектор и эмиттер сильно легированы, база тонкая, содержит малое количество примесей.

Простое изложение принципа работы биполярного транзистора:

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

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

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

Как работает транзистор – видео

Принцип работы биполярного транзистора

Это изображение лучше всего объясняет принцип работы  транзистора. На этом изображении человек посредством реостата управляет током коллектора.

Он смотрит на ток базы, если ток базы растет то человек так же увеличивает ток коллектора с учетом коэффициента усиления транзистора h31Э. Если ток базы падает, то ток коллектора также будет снижаться — человек подкорректирует его посредством реостата.

Эта аналогия не имеет ничего общего с реальной работой транзистора, но она облегчает понимание принципов его работы.

Для транзисторов можно отметить правила, которые призваны помочь облегчить понимание. (Эти правила взяты из книги П. Хоровица У.Хилла «Искусство схемотехники»).

1. Коллектор имеет более положительный потенциал , чем эмиттер
2. Как я уже говорил цепи база — коллектор и база -эмиттер работают как диоды
3. Каждый транзистор характеризуется предельными значениями, такими как ток коллектора, ток базы и напряжение коллектор-эмиттер.
4. В том случае если правила 1-3 соблюдены то ток коллектора Iк прямо пропорционален току базы Iб. Такое соотношение можно записать в виде формулы.

Из этой формулы можно выразить основное свойство транзистора — небольшой ток базы управляет большим током коллектора.

-коэффициент усиления по току.

Его также обозначают как 

Исходы из выше сказанного транзистор может работать в четырех режимах:

1. Режим отсечки транзистора — в этом режиме переход база-эмиттер закрыт, такое может произойти когда напряжение база-эмиттер недостаточное. В результате  ток базы  отсутствует и следовательно ток коллектора тоже будет отсутствовать.
2. Активный режим транзистора — это нормальный режим работы транзистора.  В этом режиме напряжение база-эмиттер достаточное для того, чтобы переход база-эмиттер открылся. Ток базы достаточен и ток коллектора тоже имеется. Ток коллектора равняется току базы умноженному на коэффициент усиления.
3. Режим насыщения транзистора — в этот режим транзистор переходит тогда, когда ток базы становится настолько большим, что мощности источника питания просто не хватает для дальнейшего увеличения тока коллектора. В этом режиме ток коллектора не может увеличиваться вслед за увеличением тока базы.
4. Инверсный режим транзистора — этот режим используется крайне редко. В этом режиме коллектор и эмиттер транзистора меняют местами. В результате таких манипуляций коэффициент усиления транзистора очень сильно страдает. Транзистор изначально проектировался не для того, чтобы он работал в таком особенном режиме.

Для понимания того как работает транзистор нужно рассматривать конкретные схемные примеры, поэтому давайте рассмотрим некоторые из них.

Транзистор в ключевом режиме

Транзистор в ключевом режиме это один из случаев транзисторных схем с общим эмиттером. Схема транзистора в ключевом режиме применяется очень часто. К этой транзисторной схеме прибегают к примеру когда нужно управлять мощной нагрузкой посредством микроконтроллера. Ножка контроллера не способна тянуть мощную нагрузку, а транзистор может. Получается контроллер управляет транзистором, а транзистор мощной нагрузкой. Ну а обо всем по порядку.

Основная суть этого режима заключается в том, что ток базы управляет током коллектора. Причем ток коллектора гораздо больше тока базы. Здесь невооруженным взглядом видно, что происходит усиление сигнала по току. Это усиление осуществляется за счет энергии источника питания.

На рисунке изображена схема работы транзистора в ключевом режиме.

Для транзисторных схем напряжения не играют большой роли, важны лишь токи.  Поэтому, если отношение тока коллектора к току базы меньше коэффициента усиления транзистора то все окей.

В этом случае даже если к базе у нас приложено напряжение в 5 вольт а в цепи коллектора 500 вольт, то ничего страшного не произойдет, транзистор будет покорно переключать высоковольтную нагрузку.

Главное чтобы  эти напряжения не превышали предельные значения для конкретного транзистора (задается в характеристиках транзистора).

Чтож, теперь давайте попробуем рассчитать значение базового резистора.

На сколько мы знаем, что значение тока это характеристика нагрузки.

Т.е. I=U/R

Мы не знаем сопротивления лампочки, но мы знаем рабочий ток лампочки 100 мА. Чтобы транзистор открылся и обеспечил протекание такого тока, нужно подобрать соответствующий ток базы. Ток базы мы можем корректировать меняя номинал базового резистора.

Так как минимальное значение коэффициента усиления транзистора равно 10, то для открытия транзистора ток базы должен стать 10 мА.

Ток который нам нужен известен. Напряжение на базовом резисторе будет

Такое значение напряжения на резисторе получилось из-зи  того, что на переходе база-эмиттер высаживается 0,6В-0,7В и это надо не забывать учитывать.

В результате  мы вполне можем найти сопротивление резистора

Типы полевых транзисторов

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

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

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

Режимы работы

Нормальный активный режим

Переход эмиттер-база включен в прямом направлении[2] (открыт), а переход коллектор-база — в обратном (закрыт):

UЭБ>0; UКБ<0 (для транзистора n-p-n типа), для транзистора p-n-p типа условие будет иметь вид UЭБ<0; UКБ>0.

Инверсный активный режим

Эмиттерный переход имеет обратное смещение, а коллекторный переход — прямое: UКБ>0; UЭБ<0 (для транзистора n-p-n типа).

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 начнётся 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 напряжения 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<0,6—0,7 В, или IБ=0[5][6].

Барьерный режим

В данном режиме база транзистора по постоянному току соединена накоротко или через небольшой резистор с его коллектором, а в коллекторную или в эмиттерную цепь транзистора включается резистор, задающий ток через транзистор. В таком включении транзистор представляет собой 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.

Понравилась статья? Расскажите друзьям:

Оцените статью, для нас это очень важно:

Проголосовавших: 9 чел.
Средний рейтинг: 4.3 из 5.

что делает, где применяется, режимы работы биополярного транзистора

Электроника окружает нас всюду. Но практически никто не задумывается о том, как вся эта штука работает. На самом деле все довольно просто. Именно это мы и постараемся сегодня показать. А начнем с такого важного элемента, как транзистор. Расскажем, что это такое, что делает, и как работает транзистор.

Что такое транзистор?

Транзистор – полупроводниковый прибор, предназначенный для управления электрическим током.

Где применяются транзисторы? Да везде! Без транзисторов не обходится практически ни одна современная электрическая схема. Они повсеместно используются при производстве вычислительной техники, аудио- и видео-аппаратуры.

Времена, когда советские микросхемы были самыми большими в мире, прошли, и размер современных транзисторов очень мал. Так, самые маленькие из устройств имеют размер порядка нанометра!

Приставка нано- обозначает величину порядка десять в минус девятой степени.

Однако существуют и гигантские экземпляры, использующиеся преимущественно в областях энергетики и промышленности.

Транзисторы

Существуют разные типы транзисторов: биполярные и полярные, прямой и обратной проводимости. Тем не менее, в основе работы этих приборов лежит один и тот же принцип. Транзистор – прибор полупроводниковый. Как известно, в полупроводнике носителями заряда являются электроны или дырки.

Область с избытком электронов обозначается буквой n (negative), а область с дырочной проводимостью  – p (positive).

Как работает транзистор?

Чтобы все было предельно ясно, рассмотрим работу биполярного транзистора (самый популярный вид).

Биполярный транзистор (далее – просто транзистор) представляет собой кристалл полупроводника (чаще всего используется кремний или германий), разделенный на три зоны с разной электропроводностью. Зоны называются соответственно коллектором, базой и эмиттером. Устройство транзистора и его схематическое изображение показаны на рисунке ни же

Биполярный транзистор

Разделяют транзисторы прямой и обратной проводимости.  Транзисторы p-n-p называются транзисторами с прямой проводимостью, а транзисторы n-p-n – с обратной.

Транзисторы

Теперь о том, какие есть два режима работы транзисторов. Сама работа транзистора похожа на работу водопроводного крана или вентиля. Только вместо воды – электрический ток. Возможны два состояния транзистора – рабочее (транзистор открыт) и состояние покоя (транзистор закрыт).

Что это значит? Когда транзистор закрыт, через него не течет ток. В открытом состоянии, когда на базу подается малый управляющий ток, транзистор открывается, и большой ток начинает течь через эмиттер-коллектор.

Физические процессы в транзисторе

А теперь подробнее о том, почему все происходит именно так, то есть почему транзистор открывается и закрывается. Возьмем биполярный транзистор. Пусть это будет n-p-n транзистор.

Если подключить источник питания между коллектором и эмиттером, электроны коллектора начнут притягиваться к плюсу, однако тока между коллектором и эмиттером не будет. Этому мешает прослойка базы и сам слой эмиттера.

 

Транзистор закрыт

Если же подключить дополнительный источник между базой и эмиттером, электроны из n области эмиттера начнут проникать в область баз. В результате область базы обогатиться свободными электронами, часть из которых рекомбинирует с дырками, часть потечет к плюсу базы, а часть (большая часть) направится к коллектору.

Таким образом, транзистор получается открыт, и в нем течет ток эмиттер коллектор. Если напряжение на базе увеличить, увеличится и ток коллектор эмиттер. Причем, при малом изменении управляющего напряжения наблюдается значительный рост тока через коллектор-эмиттер. Именно на этом эффекте и основана работа транзисторов в усилителях.

Транзистор открыт

Вот вкратце и вся суть работы транзисторов. Нужно рассчитать усилитель мощности на биполярных транзисторах за одну ночь, или выполнить лабораторную работу по исследованию работы транзистора? Это не проблема даже для новичка, если воспользоваться помощью специалистов нашего студенческого сервиса.

Не стесняйтесь обращаться за профессиональной помощью в таких важных вопросах, как учеба! А теперь, когда у вас уже есть представление о транзисторах, предлагаем расслабиться и посмотреть клип группы Korn “Twisted transistor”! Например, вы решили купить отчет по практике, обращайтесь в Заочник.

 

Как работают транзисторы? – Utmel

Транзистор — это разновидность полупроводникового устройства, управляющего током. Его функция заключается в усилении слабого сигнала в электрический сигнал с большей амплитудой, а также он используется в качестве бесконтактного переключателя.

Каталог

 

Транзистор является одним из основных полупроводниковых компонентов, который выполняет функцию усиления тока и является основным компонентом электронной схемы. Транзистор состоит из двух PN переходы очень близко друг к другу на полупроводниковой подложке. Два PN-перехода делят весь полупроводник на три части. Средняя часть — это базовая область, а две стороны — области эмиттера и коллектора. PNP и NPN – это два вида договоренностей.

Ⅰ Структура сердечника транзисторов

транзистор

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

Схематическая диаграмма структуры транзистора NPN

Процесс производства кремниевого транзистора NPN:

 

Вид в разрезе структуры кристалла:

 

9001 6 Ⅱ Рабочее состояние транзисторов

1 Состояние отсечки

Когда напряжение, подаваемое на эмиттерный переход транзистора, меньше напряжения проводимости PN-перехода, ток базы, ток коллектора и ток эмиттера равны нулю. Транзистор теряет эффект усиления тока, а коллектор и эмиттер равны в выключенном состоянии ключа, которое мы называем транзистором в состоянии отсечки.

2 Активное состояние

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

3 Состояние насыщения

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

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

Ⅲ Теоретический принцип работы транзисторов

Существует два типа транзисторов в зависимости от материалов: германиевые трубки и кремниевые трубки. Каждый из них имеет две структурные формы, NPN и PNP, но наиболее распространенными являются кремниевые NPN и германиевые PNP транзисторы. Полупроводники N-типа добавляют фосфор в кремний высокой чистоты, чтобы заменить некоторые атомы кремния, чтобы создать стимуляцию при пониженном напряжении со свободной электронной проводимостью. P означает положительный. Полупроводники P-типа добавляют бор вместо кремния, который создает большое количество отверстий для облегчения проводимости. За исключением разницы в полярности источника питания, два принципа работы одинаковы. Ниже представлен только текущий принцип усиления кремниевых ламп NPN.

 

Транзистор NPN и транзистор PNP

Транзистор NPN состоит из двух полупроводников N-типа и полупроводника P-типа в середине. PN-переход, образованный между эмиттерной областью и базовой областью, называется эмиттерным переходом, а PN-переход, образованный коллекторной областью и базовой областью, называется коллекторным переходом. Три вывода называются эмиттером e, базой b и коллектором c.

Когда потенциал в точке b выше, чем потенциал в точке e на несколько вольт, эмиттерный переход находится в состоянии прямого смещения. Когда потенциал в точке C на несколько вольт выше, чем потенциал в точке b, коллекторный переход находится в состоянии обратного смещения, и мощность коллектора Ec выше, чем мощность базы Eb.

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

Из-за тонкой базы и обратного смещения коллекторного перехода большинство электронов, инжектированных в базовую область, пересекают коллекторный переход и входят в область коллектора, образуя коллекторный ток Ic, оставляя лишь несколько (1-10 %) электронов. Эти электроны рекомбинируют в дырках базовой области, а рекомбинированные дырки в базовой области перезаряжаются от источника питания базы Eb, формируя таким образом базовый ток Ibo. По принципу непрерывности тока:

Ie=Ib+Ic

Это означает, что, добавляя маленькое Ib к базе, на коллекторе можно получить большее Ic. Это так называемое усиление тока. Ic и Ib поддерживают определенную пропорциональную зависимость, а именно:

β1=Ic/Ib

В формуле: β1 – коэффициент усиления по постоянному току,

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

β= △Ic/△Ib

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

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

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

α =△Ic/△Ie

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

Для двух коэффициентов увеличения, описывающих соотношение токов, соотношение равно:

 

Эффект усиления тока транзистора фактически заключается в использовании небольшого изменения тока базы для управления огромным изменением тока коллектора. Транзистор является своего рода устройством усилителя тока, но при фактическом использовании эффект усилителя тока транзистора часто преобразуется в эффект усилителя напряжения через резистор.

Ⅳ Принцип усиления на транзисторах

1 Эмиттер эмитирует электроны на базу

Источник питания Ub подводится к эмиссионному переходу через резистор Rb. Эмиссионный переход смещен в прямом направлении, и большинство носителей (свободных электронов) в области излучения непрерывно пересекают эмиссионный переход и входят в область базы, образуя эмиттерный ток Ie. В то же время большинство носителей в базовой области диффундирует в область излучения, но поскольку концентрация основных носителей намного меньше, чем концентрация носителей в области излучения, этим током можно пренебречь, поэтому можно считать, что эмиссионный переход в основном поток электронов.

2 Диффузия и рекомбинация электронов в базе

Попадая в область базы, электроны сначала концентрируются вблизи эмиттерного перехода, постепенно образуя разность концентраций электронов. Из-за разницы концентраций поток электронов способствует диффузии в базе к коллекторному переходу и втягивается в коллектор под действием электрического поля коллекторного перехода. Он называется током коллектора Ic. Также имеется небольшая часть электронов (поскольку область базы очень тонкая), рекомбинирующая с дырками в области базы, и отношение диффузионного потока электронов к составному потоку электронов определяет усилительную способность транзистора.

3 Собрать электроны в коллекторе

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

Ⅴ Усилительная схема на транзисторах

1 Базовая конструкция

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

 

Базовая схема усилителя

Базовая схема усилителя обычно относится к схеме усилителя, состоящей из транзистора или полевой лампы. С точки зрения схемы базовую схему усилителя можно рассматривать как двухпортовую сеть. Роль усиления отражена в следующих аспектах:

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

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

2 Состав схемы

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

 

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

 

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

900 02  

Цепь с общим коллектором, входная цепь и выходная цепь прошли через коллектор транзистора

Схема усилителя с общим эмиттером

Базовая схема усилителя с общим эмиттером состоит в том, что входной сигнал суммируется между базой и эмиттер, а разделительные конденсаторы C1 и Ce считаются закорачивающими сигнал переменного тока. Выходной сигнал выводится с коллектора на землю, постоянный ток разделяется разделительным конденсатором С2, а к сопротивлению нагрузки RL добавляется только сигнал переменного тока. Общая конфигурация излучения схемы усилителя фактически относится к общей конфигурации излучения транзистора в схеме усилителя.

 

Схема усилителя с общим эмиттером

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

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

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

 

Статьи по теме:

Структура и принцип работы полевых транзисторов

Основы транзисторов – типы, принцип работы и применение

Транзисторы также относятся к категории полупроводников. Они ответственны за революционные изменения в области электроники. Первый практический транзистор был представлен в 1927 году и 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, называемый 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, приводящие 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 случаев эмиттерно-базового перехода в этом случае эмиттерно-базовый переход смещен в прямом направлении, тогда как коллекторно-базовый переход 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 смещено в прямом направлении. 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, а 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.