Транзисторите са в основата на повечето електронни устройства. Може да бъде под формата на отделни радиокомпоненти или като част от микросхеми. Дори и най-сложният микропроцесор се състои от много малки транзистори, опаковани плътно в неговия мощен кристал.
Транзисторите са различни:
Двете основни групи са биполярни и полеви. Биполярен транзистор е показан на диаграмата, както е показано на фигура 1. Той има права (p-p-p) и обратна (p-p-p) проводимост. Структурата на транзистора и физическите процеси, протичащи в него, се изучават в училище, така че няма да говорим за това тук - така да се каже, по-близо до практиката. По същество разликата е, че pnp транзисторите са свързани така, че емитерът им получава положителен потенциал на напрежение, а колекторът - отрицателен. За n-p-n транзисторите е обратното: на емитера се дава отрицателен потенциал, а на колектора - положителен потенциал.
Защо ви е необходим транзистор?
Използва се главно за усилване на ток, сигнали и напрежение. И усилването се дължи на източника на захранване. Ще се опитам да обясня принципа на работа „на пръсти“. Колата е с вакумен усилвател на спирачките. Когато водачът натисне педала на спирачката, нейната мембрана се движи и се отваря клапан, през който двигателят на автомобила засмуква тази мембрана, добавяйки сила към нея. В резултат на това слабият натиск върху педала на спирачката води до силно усилие върху спирачните накладки. И добавянето на сила се дължи на мощността на работещия двигател на машината.
Подобно е и с транзистора. Към основата се подава слаб ток (фиг. 2). Под въздействието на този ток се увеличава проводимостта колектор-емитер и през колектора протича много по-силен ток, идващ от източника на захранване. Тъй като слабият базов ток се променя, силният колекторен ток се променя съответно. В идеалния случай графиката на тока на колектора изглежда като увеличено копие на графиката на базовия ток.
Тази разлика между слабия базов ток и силния колекторен ток се нарича усилване на транзисторния ток и се обозначава с I21e. Определя се, както следва: h21e = Ik / I6 (колекторен ток, разделен на базовия ток). Колкото по-голям е този параметър, толкова по-добри са свойствата на усилване на транзистора.
Но всичко това е идеално. Всъщност зависимостта на колекторния ток от базовото напрежение не е толкова линейна. Трябва да запомните диода BAX, където в самото дъно на текущите характеристики е много малък и започва да се увеличава рязко, когато напрежението достигне определена стойност. Тъй като транзисторът се основава на същите физически процеси, тук също има подобен „дефект“.
Ако сглобим схемата на усилвателя, показана на фигура 3, и говорим в микрофона, в високоговорителя няма да има звук. Тъй като напрежението на микрофона е много ниско, то е под прага на отваряне на транзистора. Тук не само няма да има усилване, но напротив ще има отслабване на сигнала.
За да може транзисторът да работи като усилвател, трябва да увеличите напрежението в основата му. Това може да стане чрез увеличаване на напрежението на изхода на микрофона. Но тогава смисълът на усилвателя се губи. Или трябва да приложите известно постоянно напрежение към основата на транзистора (фиг. 4) през резистор, така че транзисторът да се отвори леко. И приложете слабо променливо напрежение към основата на този транзистор чрез кондензатор. Сега най-важното е, че слабо променливо напрежение ще се комбинира с постоянно напрежение в основата. Напрежението в основата ще се променя във времето със слабото променливо напрежение. Но тъй като постоянното напрежение е изместило работната точка на транзистора към стръмен линеен участък от характеристиката, възниква усилване.
Просто казано, слабото напрежение нямаше силата да отвори транзистора и ние добавихме постоянно напрежение, за да му помогнем, което леко отвори транзистора.
Постоянното напрежение, което се прилага към основата на транзистора, за да измести работния му режим към област с по-стръмна и по-линейна характеристика, се нарича напрежение на отклонение. Чрез промяна на това напрежение можем дори да регулираме усилването на усилвателното стъпало.
Транзисторите не винаги се използват с преднапрежение. Например, в етапите на усилване на предавателите напрежението на отклонение може да не се прилага към базите на транзисторите, тъй като амплитудата на входното променливо напрежение там е напълно достатъчна, за да "задвижи" транзистора.
Ако транзисторът се използва не като усилвател, а като превключвател, тогава напрежението на отклонение също не се прилага към основата. Просто, когато ключът трябва да е затворен, напрежението на базата е нула, а когато трябва да е отворен, към основата се подава достатъчно напрежение, за да отвори транзистора. Това обикновено се използва в цифровата електроника, където има само нули (няма напрежение) и единици (налично напрежение) и няма стойности между тях.
Фигура 5 показва практическа диаграма за това как да направите компютърен високоговорител от радио високоговорител. Имате нужда от обикновен еднопрограмен високоговорител само с един щепсел за свързване към радио мрежата (многопрограмният високоговорител има втори щепсел за електрическата мрежа). Не е необходимо да правите каквито и да било промени във веригата на високоговорителя. Той е свързан към колектора на транзистора по същия начин, както към радио мрежа.
Вътре в еднопрограмния високоговорител има високоговорител, променлив резистор за регулиране на силата на звука и трансформатор. Всичко това е необходимо и то остава. Когато отворите корпуса на високоговорителя, запоете колектора на транзистора и плюса на захранването към местата, към които са запоени неговият проводник и щепсел. Самата жица може да бъде премахната.
За да се свържете с компютър, ви е необходим екраниран проводник със съответния щепсел в края. Или обикновен двужилен проводник. Ако проводникът е екраниран, свържете плитката към емитера на транзистора, а централната сърцевина към кондензатора C1.
Сигналът от звуковата карта на компютъра се подава през щепсела към кондензатор C1. Захранващото напрежение се подава от електрическата мрежа. Най-добрият избор е захранване от игрова конзола към телевизор, като „Dandy“ или „Kanga“. По принцип всяко захранване с изходно напрежение от 7V до 12V е подходящо. За да се свържете към захранването, ще ви е необходим съответен контакт; той трябва да бъде инсталиран на тялото на високоговорителя, като пробиете отвор за него. Въпреки че, разбира се, можете да запоявате проводниците от захранването директно към веригата. Когато свързвате източника на захранване, трябва да спазвате полярността. Диодът VD1 по принцип не е необходим, но предпазва веригата от повреда, ако объркате плюса с минуса на захранването. Без него, ако захранването е свързано неправилно, транзисторът може да бъде изгорен, но с диод, ако полюсите на захранването са смесени, веригата просто няма да се включи.
Транзисторът KT315 е в правоъгълен корпус, който има скосяване от едната страна (показано на фигурата). Сега, ако го обърнете от себе си с тази фаска и изводите нагоре, тогава ще има основа отляво, емитер отдясно и колектор в средата. Транзисторът KT315 с всяка буква ще свърши работа (KT315A, KT315B ...). Транзисторът трябва да бъде запоен правилно, без да се смесват клемите му. Ако направите грешка и включите захранването, може да умре. Ето защо, след като сте запоили всичко, не бъдете твърде мързеливи, за да проверите три пъти за правилна инсталация, дали клемите на транзистора, кондензаторите и диода са запоени правилно. И едва когато сте 100% сигурни, включете го.
Диод VD1 тип KD209. На него е отбелязан анодът. Можете също така да инсталирате друг диод, например 1N4004 или нещо друго. Ако запоите диода неправилно, веригата няма да работи. Така че, ако всичко е включено, но не работи, започнете с проверка дали диодът е свързан правилно.
Кондензаторите са електролитни, с напрежение минимум 12V. Нашите K50-16, K50-35 или внесени аналози ще направят. Трябва да се отбележи, че нашите кондензатори имат плюс на тялото близо до положителния терминал, докато вносните имат минус или широка вертикална ивица близо до отрицателния терминал. Вместо кондензатор от 10 µF, можете да изберете произволен капацитет от 2 µF до 20 µF. Вместо кондензатор от 100 µF ще е подходящ кондензатор с всякакъв капацитет от поне 100 µF.
Фигурата под диаграмата показва електрическата схема, където точките на запояване са маркирани с точки. Не бъркайте точките за запояване с кръстосването на проводници. Монтажът се извършва шарнирно, като се използват проводници за части и кабелни снопове. Препоръчително е да поставите цялата верига в корпуса на високоговорителя (обикновено има много място там).
Ако всичко работи, но има много шум, това означава, че сте объркали кабелите, отиващи към звуковата карта. Разменете ги.
Веригата НЕ трябва да се захранва от компютърното захранване!
За стерео опцията можете да направите два високоговорителя, като комбинирате входовете в един стерео кабел за свързване към звуковата карта и захранване на двата високоговорителя от едно и също захранване.
С една транзисторна каскада високоговорителят ще звучи тихо, но достатъчно за слушане в малка стая. Силата на звука може да се регулира или с компютърния регулатор, или с копчето на високоговорителя.
Транзисторът, иначе наричан полупроводников триод, е електронно устройство, базирано на полупроводникови материали. Основната цел на устройството е възможността, чрез промяна на слаб ток в управляващата верига, да се получи усилен сигнал на изхода. Полупроводниковият триод е един от основните компоненти на веригите на много електронни устройства, от радиостанции до компютри.
Дефиницията на „транзистор“ е тясно свързана с етимологията на тази дума. Образува се от две английски думи: трансфер (трансфер) и резистор (съпротивление). Всъщност принципът на работа на устройството е свързан с прехвърлянето (промяната) на съпротивлението в електрическата верига.
- биполярно;
- поле (еднополярно).
Всеки клас от своя страна е разделен на няколко разновидности.
Биполярно:
И двата вида триоди могат да се използват в една и съща електронна схема. Следователно, за да не се обърка коя част трябва да се използва на определено място във веригата, изображенията на p-n-p и n-p-n триоди се различават един от друг.
поле:
- еднополюсен с p-n преход;
- MOS транзистори с изолиран затвор.
Принцип на работа на устройството
В електрониката се използват полупроводници с електронна (n) или дупкова (p) проводимост. Тези обозначения показват, че в първия случай отрицателно заредените електрони преобладават в полупроводника, а във втория - положително заредените дупки.
Нека да разгледаме как работи транзисторът, използвайки примера на биполярен полупроводников триод. Външно устройството изглежда като малка част в метален или пластмасов корпус с три терминала. Вътре има нещо като сандвич, направен от три слоя полупроводник. Ако централният слой е p-тип, тогава околните слоеве са n-тип. Резултатът е n-p-n триод. Ако центърът, наричан още основа, е n-тип, тогава пластините са направени от полупроводник с дупкова проводимост и структурата на устройството е p-n-p. Единият от външните слоеве се нарича емитер, а другият - колектор. Всяка от тези три части на устройството има съответен изход.
Кратко обяснение как работи транзисторът за манекени изглежда така. Да вземем за пример n-p-n транзистор, където емитерът и колекторът са слоеве с преобладаваща електронна проводимост, а основата с дупкова проводимост.
Свързваме емитера към отрицателния извод на електрическата батерия, а основата и колектора към положителния извод. Един начинаещ ентусиаст на електрониката може да си представи това триодът се състои от два диода, а диодът емитер-база е включен в права посока и през него протича ток, а диодът база-колектор е включен в обратна посока и няма ток.
Да приемем, че сме включили променлив резистор в базовата верига, с който можем да регулираме напрежението, подавано към базата. Какъв ефект получаваме, когато напрежението се намали до нула? Токът във веригата емитер-база ще спре да тече. Нека увеличим малко напрежението. Електроните от n - областта на емитера ще се втурнат към основата, свързана към положителния полюс на батерията.
Важна подробност е, че основата е възможно най-тънка. Следователно маса от електрони преминава през този слой и се озовава в колектора под въздействието на положителния полюс на батерията, към който се привлича. Така токът започва да преминава не само между емитера и основата, но и между емитера и колектора. В този случай колекторният ток е значително по-голям от базовия ток.
Друго важно обстоятелство: Малка промяна в базовия ток причинява много по-голяма промяна в колекторния ток. По този начин полупроводниковият триод служи за усилване на различни сигнали. Обикновено биполярните триоди се използват по-често в аналоговата технология.
Полеви транзистори
Този тип триод се различава от биполярния триод не по свойства или функции, а по принципа на действие. В триод с полеви ефекти токът протича от терминал, наречен източник, към терминал, наречен дрейн, през полупроводник с един тип проводимост, например p. И силата на този ток се контролира чрез промяна на напрежението на третия терминал - портата.
Тази структура по-точно отговаря на изискванията на съвременната цифрова технология, където се използват главно триоди с полеви ефекти. Днешните технологични възможности позволяват да се поставят няколко милиарда MIS елемента с изолирана врата върху полупроводников чип с площ от 1-2 квадратни сантиметра. Така се създават централните процесори за персонални компютри.
Перспективи за развитие на устройства
Перспективите са предимно в областта на по-нататъшната миниатюризация на устройствата. Така американски учени днес разработват така наречения едномолекулен транзистор. Основният елемент на такова устройство е молекула бензен, към която са прикрепени три електрода.
Ако идеята се докаже, ще бъде възможно създаването на свръхмощни изчислителни системи. В края на краищата размерът на молекулата е много по-малък от размера на днешните MOS триоди върху силициев чип.
Има десетки хиляди транзистори. Всички те могат да бъдат разделени на няколко вида според техните характеристики. Ще ви кажа какви видове транзистори съществуват и как се различават един от друг.
Транзисторите могат да бъдат разделени на типове според такива характеристики като:
- Физическа структура
- Принцип на действие
- Мощност
- Честотна лента
- Текуща печалба
- и т.н.
Но има четири основни: физическата структура на транзистора, принципът на работа на транзистора, мощността и работната честотна лента на транзистора.
Според принципа на действие всички транзистори могат да бъдат разделени на две големи групи: биполярни транзистори и полеви транзистори. Те се различават както по принципа на действие, така и по физическата си структура. В същото време структурата на транзистора и принципът на тяхната работа се различават. Външно и двата типа изпълняват едни и същи функции, но вътре в полеви и биполярни транзистори всичко работи по различен начин.
Вижте диаграмата по-горе. Както вече забелязахте, биполярните и полеви транзистори имат общи характеристики: мощност и честота. Които могат да бъдат малки, средни, високи.
Разсейване на мощността на транзистора
В този случай транзисторите с ниска мощност се считат за тези, които могат да разсейват не повече от 0,3 W, докато транзисторите със средна мощност могат да разсейват от 0,3 W до 1,5 W. Е, мощните транзистори разсейват повече от 1,5W.
Ширина на честотната лента на транзистора
Това е името на честотния диапазон, в който транзисторът запазва качествата си на транзистор. Изборът на транзистор по честота е силно повлиян от типа на вашето устройство и с какви честоти на входните сигнали трябва да може да работи правилно.
Биполярен транзистор
Няма да описвам структурата на транзистора; има други статии за това. Този път искам да обърна внимание на факта, че в семейството на биполярните транзистори има два клана. Това е клан от транзистори с N-P-N структура и клан с P-N-P структура. В допълнение към физическото няма други структурни разлики между тях.
Полеви транзистори
Транзисторите с полеви ефекти, подобно на биполярните транзистори, могат да бъдат разделени на P- и N-тип транзистори. Но освен това, те са разделени на още два вида: MOSFET и JFET. MOSFET е полеви транзистор с изолиран затвор, а JFET е полеви транзистор с единичен PN преход.
| Разлика между полев ефект и биполярни транзистори | ||
| Принцип на действие | биполярно | поле |
| Управляван от ток. За да работи, към основата трябва да се подаде първоначален ток на отклонение. | Контролирано напрежение. Всичко, от което се нуждаят, за да работят, е напрежение, приложено към портата. | |
|
Те имат относително ниско входно съпротивление, поради което консумират повече ток от полярните |
Те имат висок входен импеданс, което означава практически липса на входен ток към транзистора. Позволява по-малко натоварване на захранването поради по-малка консумация на ток от източника | |
| Текуща печалба | Биполярните транзистори имат по-висок коефициент. печалба. | коеф. усилването е по-малко, отколкото в биполярен транзистор. |
| Размер | Предлагат се в средни и големи размери. | Полеви транзистори могат да бъдат произведени за повърхностен монтаж. И също така се използва в интегрални схеми. |
| Популярност | Днес биполярните транзистори започнаха да отстъпват място на FET. | FET транзисторите стават все по-популярни и се използват активно в комерсиалния софтуер. |
| Цена | Биполярните транзистори са евтини за производство. | FET, и особено MOSFET, са значително по-скъпи за производство от биполярните транзистори. |
Това е всичко. Разбира се, дълбоките принципи на това как работят транзисторите остават зад кулисите. Но това беше направено умишлено. За тях ще ви разкажа някой друг път.
Преди да разгледате видовете транзистори, трябва да разберете какво всъщност представлява транзисторът и за какво се използва.
Какво е транзистор
Транзисторът е полупроводников триод, който е компонент, използван в областта на радиоелектрониката, изработен от полупроводникови материали. Той има три терминала, които ви позволяват да контролирате електрическия ток във верига с помощта на входен сигнал.
Поради свойствата си се използва в случаите, когато е необходимо да се преобразуват, генерират или усилят електрически сигнали. Името транзистор се използва и за други устройства, които имитират основното качество на транзистора - възможността за промяна на сигнала в две различни състояния, като едновременно с това се променя сигнала на управляващия електрод.
Видове и характеристики
Всички транзистори са разделени на два вида - NPN и PNP. Няма нищо особено сложно в тези на пръв поглед сложни съкращения. Тези буквени обозначения определят реда, в който се прилагат конкретни слоеве. Такива слоеве са pn преходи в полупроводниковите материали, използвани за тяхното производство. Гледайки визуално всеки полупроводник, е невъзможно да се определи вида на полупроводниковата структура, разположена вътре в опаковката. Тези данни са обозначени с маркировки върху корпуса. Типът транзистор трябва да бъде известен предварително, тъй като използването му във веригата може да бъде много различно.
Едно нещо, което трябва да имате предвид е, че NPN и PNP са напълно различни. Следователно те не могат просто да бъдат объркани или заменени един с друг. Възможна е замяна на едното с другото при определени условия. Основното условие е значителна промяна в схемата на свързване на тези транзистори. По този начин за определени компоненти на радиотехнически устройства се използват само техните собствени специфични марки, в противен случай устройството просто ще се провали и няма да работи.
Технологични разлики
В допълнение към типа pn преход, всички те се различават по технологията, използвана за тяхното производство.
В тази връзка могат да се отбележат два вида транзистори, които се различават по параметри:
- Биполярни - се различават по подаването на малък ток към тяхната основа. Този ток от своя страна служи за контролиране на количеството ток, преминаващ между емитера и колектора.
- - оборудван с три терминала, наречени gate, drain и source. В този случай портата на транзистора се влияе не от ток, а от напрежение. Тези транзистори имат различни полярности.
По едно време транзисторите замениха вакуумните тръби. Това се дължи на факта, че те имат по-малки размери, висока надеждност и по-ниски производствени разходи. Сега, биполярни транзисториса основните елементи във всички усилвателни вериги.
Това е полупроводников елемент с трислойна структура, която образува две електронно-дупкови преходи. Следователно транзисторът може да бъде представен като два диода, разположени един срещу друг. В зависимост от това какви ще бъдат основните носители на заряд, те се различават п-н-пИ n-p-nтранзистори.
База– полупроводников слой, който е в основата на конструкцията на транзистора.
Излъчвателнаречен полупроводников слой, чиято функция е да инжектира носители на заряд в основния слой.
Колекционернаречен полупроводников слой, чиято функция е да събира носители на заряд, преминаващи през основния слой.
Обикновено емитерът съдържа много по-голям брой основни заряди от основата. Това е основното условие за работата на транзистора, тъй като в този случай, когато емитерният преход е предубеден, токът ще се определя от основните носители на емитера. Емитерът ще може да изпълнява основната си функция - инжектиране на носители в базовия слой. Те обикновено се опитват да направят обратния ток на емитера възможно най-малък. Увеличаването на основните носители на емитер се постига с помощта на висока концентрация на добавка.
Направете основата възможно най-тънка. Това се дължи на живота на зарядите. Носителите на заряд трябва да пресичат основата и да се рекомбинират възможно най-малко с основните базови носители, за да достигнат до колектора.
За да може колекторът да събира по-пълно медиите, преминаващи през основата, те се опитват да я направят по-широка.
Принцип на работа на транзистора
Нека да разгледаме примера на p-n-p транзистор.
При липса на външни напрежения се установява потенциална разлика между слоевете. На прелезите са монтирани потенциални бариери. Освен това, ако броят на отворите в емитера и колектора е еднакъв, тогава потенциалните бариери ще бъдат с еднаква ширина.
За да може транзисторът да работи правилно, емитерният преход трябва да бъде предубеден, а колекторният преход трябва да бъде предубеден.. Това ще съответства на активния режим на работа на транзистора. За да се осъществи такава връзка са необходими два източника. Източник с напрежение Ue е свързан с положителния полюс към емитера, а отрицателния полюс към основата. Източник с напрежение Uк се свързва с отрицателния полюс към колектора, а положителния полюс към базата. Освен това, Ue< Uк.
Под въздействието на напрежението Ue емитерният преход е предубеден в посока напред. Както е известно, когато преходът електрон-дупка е предубеден, външното поле е насочено противоположно на полето на прехода и следователно го намалява. Основните носители започват да преминават през прехода; в емитера има 1-5 дупки, а в основата има 7-8 електрона. И тъй като броят на дупките в емитера е по-голям от броя на електроните в основата, емитерният ток се дължи главно на тях.
Емитерният ток е сумата от дупковия компонент на емитерния ток и електронния компонент на основата.
Тъй като само компонентът с дупка е полезен, те се опитват да направят електронния компонент възможно най-малък. Качествената характеристика на емитерния преход е съотношение на впръскване.
Те се опитват да доближат коефициента на инжектиране до 1.
Отвори 1-5, които са преминали в основата, се натрупват на границата на емитерния преход. По този начин се създава висока концентрация на дупки в близост до емитера и ниска концентрация в близост до колекторния преход, в резултат на което започва дифузионното движение на дупки от емитера към колекторния преход. Но в близост до колекторния преход концентрацията на дупки остава нула, тъй като веднага щом дупките достигнат до прехода, те се ускоряват от вътрешното му поле и се извличат (издърпват) в колектора. Електроните се отблъскват от това поле.
Докато дупките пресичат основния слой, те се рекомбинират с разположените там електрони, например като дупка 5 и електрон 6. И тъй като дупките идват постоянно, те създават излишен положителен заряд, следователно трябва да влязат и електрони, които се изтеглят през базовата клема и формират базов ток Ibr. Това е важно условие за работата на транзистора – концентрацията на дупки в основата трябва да бъде приблизително равна на концентрацията на електрони.С други думи Трябва да се осигури електрическа неутралност на основата.
Броят на дупките, достигащи до колектора, е по-малък от броя на дупките, напускащи емитера, с количеството рекомбинирани дупки в основата. Това е, Колекторният ток се различава от емитерния ток по количеството на базовия ток.
От тук се появява трансферен коефициентпревозвачи, които също се опитват да доближат до 1.
Колекторният ток на транзистора се състои от отворния компонент Icr и обратния колекторен ток.
Обратният колекторен ток възниква в резултат на обратното отклонение на колекторния преход, така че се състои от малцинствени носители на дупка 9 и електрон 10. Точно защото обратният ток се формира от малцинствени носители, той зависи само от процеса на топлинно генериране, тоест на температурата. Затова често се нарича топлинен ток.
Качеството на транзистора зависи от големината на топлинния ток; колкото по-малък е той, толкова по-добър е транзисторът.
Токът на колектора е свързан към емитера коефициент на пренос на ток.
