Transistorer är kärnan i de flesta elektroniska enheter. Det kan vara i form av separata radiokomponenter, eller som en del av mikrokretsar. Även den mest komplexa mikroprocessorn består av många små transistorer tätt packade i sin mäktiga kristall.
Transistorer är olika:
De två huvudgrupperna är bipolär och fält. Den bipolära transistorn indikeras på diagrammet, som visas i figur 1. Det kan vara direkt (p-p-p) och omvänd (p-p-p) konduktivitet. Transistorns struktur, och de fysiska processerna som sker i den, studeras i skolan, så vi kommer inte att prata om det här - så att säga närmare praktiken. I huvudsak är skillnaden att p-p-p-transistorer är anslutna så att en positiv spänningspotential kommer till deras emitter och en negativ spänningspotential går till deras kollektor. För n-p-p-transistorer är det motsatta, en negativ potential ges till emittern och en positiv potential till kollektorn.
Varför behöver du en transistor?
Den används främst för att förstärka ström, signaler, spänning. Och förstärkning sker på grund av strömförsörjningen. Jag kommer att försöka förklara principen om arbete "på fingrarna". Bilen har en vakuumbromsförstärkare. När föraren trycker på bromspedalen rör sig hans membran och en ventil öppnas genom vilken bilens motor suger in detta membran, vilket ger kraft till det. Som ett resultat leder en svag kraft på bromspedalen till en stark kraft på bromsbeläggen. Och tillägget av kraft uppstår på grund av kraften hos maskinens löpande motor.
Det är samma sak med transistorn. En svag ström appliceras på basen (fig. 2). Under påverkan av denna ström ökar ledningsförmågan hos kollektorn - emitter och en mycket starkare ström flyter från strömkällan genom kollektorn. Den svaga basströmmen ändras, och den starka kollektorströmmen ändras därefter. Helst ser samlarströmgrafen ut som en förstorad kopia av basströmgrafen.
Denna skillnad mellan en svag basström och en stark kollektorström kallas transistorns strömförstärkning och betecknas med I21e. Den definieras enligt följande: h21e \u003d Ik / I6 (kollektorström dividerad med basström). Ju större denna parameter är, desto bättre är transistorns förstärkningsegenskaper.
Men allt detta är idealiskt. Faktum är att kollektorströmmens beroende av basspänningen inte är så linjär. Det bör komma ihåg BAX-dioden, där längst ner i strömmens egenskaper är mycket liten, och börjar stiga kraftigt när spänningen når ett visst värde. Eftersom transistorn är baserad på samma fysiska processer finns det en liknande "defekt" här.
Om vi sätter ihop förstärkarkretsen som visas i figur 3 och talar in i mikrofonen kommer det inte att höras något ljud i högtalaren. Eftersom spänningen vid mikrofonen är mycket låg ligger den under tröskeln för att öppna transistorn. Här kommer det inte bara att finnas någon förstärkning, utan tvärtom blir det signaldämpning.
För att transistorn ska fungera som en förstärkare måste du öka spänningen vid dess bas. Detta kan göras på något sätt genom att öka spänningen vid mikrofonens utgång. Men då är meningen med förstärkaren förlorad. Eller så måste du lägga på någon konstant spänning till transistorns bas (fig. 4) genom ett motstånd, så att transistorn öppnar sig något. Och applicera en svag växelspänning till basen av denna transistor genom en kondensator. Nu är det viktigaste att en svag växelspänning kommer att läggas ihop med en konstant spänning vid basen. Spänningen vid basen kommer att förändras med tiden med en svag växelspänning. Men eftersom likspänningen har flyttat transistorns arbetspunkt till en brant linjär sektion av karakteristiken, uppstår förstärkning.
Enkelt uttryckt, en svag spänning hade inte styrkan att öppna transistorn, och vi lade till en konstant spänning för att hjälpa den, vilket öppnade transistorn något.
Den konstanta spänningen som appliceras på basen av en transistor för att flytta dess driftsätt till ett område med en brantare och mer linjär karakteristik kallas förspänningen. Genom att ändra denna spänning kan vi till och med justera förstärkningen på förstärkarsteget.
Transistorer används inte alltid med förspänning. Till exempel, i förstärkningsstegen av sändare, kan förspänningen inte appliceras på transistorernas baser, eftersom amplituden för ingångsväxelspänningen är tillräckligt för att "bygga upp" transistorn.
Om transistorn inte används som en förstärkare, utan som en nyckel, ges inte heller förspänningen till basen. Helt enkelt, när nyckeln måste vara stängd är spänningen vid basen noll, och när den måste vara öppen läggs spänning på basen som är tillräcklig för att öppna transistorn. Detta används vanligtvis inom digital elektronik, där det bara finns nollor (ingen spänning) och ettor (spänning) och inga mellanvärden.
Figur 5 visar ett praktiskt diagram över hur man gör en datorhögtalare av en radiohögtalare. Du behöver en enkel enprogramshögtalare med endast en kontakt för att ansluta till radionätet (flerprogram har en andra kontakt för elnätet). Det finns ingen anledning att göra några ändringar i högtalarkretsen. Den är ansluten till transistorns kollektor på samma sätt som till radionätet.
Inuti enkelprogramshögtalaren finns en högtalare, ett variabelt motstånd för volymkontroll och en transformator. Allt detta behövs, och det finns kvar. När du öppnar högtalarens hölje, löd transistorns kollektor och strömkällans plus till de platser som dess ledning med kontakten är lödd till. Själva tråden kan tas bort.
För att ansluta till en dator behöver du en skärmad ledning med en lämplig kontakt i änden. Eller en vanlig tvåtrådig tråd. Om tråden är skärmad, anslut flätan till transistorns emitter och den centrala kärnan till kondensatorn C1.
Signalen från datorns ljudkort matas genom kontakten till kondensatorn C1. Matningsspänningen tillförs från elnätet. Strömförsörjningen från spelkonsolen till TV:n är bäst lämpad, som "Dandy", "Kanga". I allmänhet är vilken strömförsörjning som helst med en utspänning från 7V till 12V lämplig. För att ansluta till strömförsörjningen behöver du ett lämpligt uttag; du måste installera det på högtalarhuset genom att borra ett hål för det. Även om du naturligtvis kan löda ledningarna från strömförsörjningen och direkt till kretsen. Vid anslutning av strömförsörjningen måste polariteten beaktas. I princip behövs inte VD1-dioden, men den skyddar kretsen från fel om du blandar ihop plus och minus på strömförsörjningen. Utan det, om strömmen är felaktigt ansluten, kan transistorn brännas, och med en diod, om du förvirrar polerna på strömförsörjningen, kommer kretsen helt enkelt inte att slås på.
KT315 transistor i rektangulärt hölje, som har en fas på ena sidan (visas i figuren). Om du nu vänder bort den från dig med den här avfasningen och med ledningarna uppåt, kommer basen att vara till vänster, sändaren till höger och uppsamlaren i mitten. Lämplig transistor KT315 med valfri bokstav (KT315A, KT315B ...). Transistorn måste lödas korrekt, utan att förvirra dess slutsatser. Om du gör ett misstag och sätter på strömmen kan han dö. Var därför inte för lat tre gånger för att kontrollera installationens korrekthet, om transistorns, kondensatorernas och diodens terminaler är korrekt lödda. Och bara när du är 100% säker, slå på den.
Diod VD1 typ KD209. Den har en anod på sig. Du kan sätta en annan diod, till exempel 1N4004 eller någon annan. Om dioden är felaktigt lödd kommer kretsen inte att fungera. Så, om allt är påslaget, men inte fungerar, börja med att kontrollera korrekt anslutning av dioden.
Kondensatorer - elektrolytiska, för en spänning på minst 12V. Våra K50-16, K50-35 eller importerade analoger duger. Det bör noteras att våra kondensatorer på höljet har ett plus nära den positiva terminalen, medan importerade har en minus eller en bred vertikal remsa vid den negativa terminalen. Istället för en 10 uF kondensator kan du välja valfri kapacitans från 2 uF till 20 uF. Istället för en 100 uF kondensator duger en kondensator med vilken som helst kapacitans på minst 100 uF.
Bilden under diagrammet visar kopplingsschemat, på vilket lödpunkterna är markerade med prickar. Förväxla inte lödfogar med trådkorsningar. Installationen är gjord med en gångjärnsmetod, med hjälp av slutsatserna av delar och ledningar. Det är önskvärt att placera hela kretsen inuti högtalarhöljet (det finns vanligtvis mycket utrymme där).
Om allt fungerar, men det avger mycket brus, betyder det att du blandat ihop kablarna som går till ljudkortet. Byt dem.
KÖR INTE ström till kretsen från en datorströmkälla!
För stereoversionen kan du göra två högtalare genom att kombinera ingångarna till en stereokabel för anslutning till ett ljudkort, och strömförsörja båda högtalarna från en strömkälla.
Med ett transistorsteg kommer högtalaren inte att låta högt, men tillräckligt för att lyssna i ett litet rum. Volymen kan justeras både med datorregulatorn och med vredet som högtalaren har.
En transistor, annars kallad halvledartriod, är en elektronisk enhet baserad på halvledarmaterial. Huvudsyftet med enheten är förmågan att, genom att ändra den låga strömmen i styrkretsen, få en förstärkt signal vid utgången. En halvledartriod är en av huvudkomponenterna i kretsarna i många elektroniska enheter, från en radiomottagare till en dator.
Definitionen av "transistor" är nära relaterad till etymologin för detta ord. Det är bildat av två engelska ord: transfer (överföring) och resistor (motstånd). Faktum är att principen för enhetens drift är förknippad med överföringen (ändringen) av motståndet i den elektriska kretsen.
- bipolär;
- fält (unipolär).
Varje klass är i sin tur uppdelad i flera varianter.
Bipolär:
Båda dessa typer av trioder kan användas i samma elektroniska krets. Därför, för att inte förväxla vilken del som ska användas på en viss plats i kretsen, skiljer sig bilderna av p-n-p och n-p-n trioder från varandra.
Fält:
- unipolär med p-n-övergång;
- MIS-transistorer med isolerad grind.
Funktionsprincipen för enheten
Inom elektronik används halvledare med elektronisk (n) eller hål (p) konduktivitet. Dessa beteckningar indikerar att i det första fallet dominerar negativt laddade elektroner i halvledaren, i det andra positivt laddade hålen.
Låt oss överväga hur en transistor är arrangerad med hjälp av exemplet med en bipolär halvledartriod. Externt ser enheten ut som en liten del i ett metall- eller plastfodral med tre ledningar. Inuti - en sorts sandwich av tre lager av halvledare. Om det centrala lagret är av p-typ, är de omgivande lagren av n-typ. Det visar sig en n-p-n triod. Om mitten, även kallad basen, är n-typ, är plattorna gjorda av en halvledare med hålledningsförmåga, och enhetens struktur är p-n-p. Ett av de yttre lagren kallas en emitter, det andra en samlare. Var och en av dessa tre delar av enheten är kopplad till en motsvarande slutsats.
En kort förklaring av hur en transistor fungerar, för "dummies" ser ut så här. Ta till exempel en n-p-n transistor, där emittern och kollektorn är skikt med övervägande elektronisk ledningsförmåga, och basen är med hål.
Vi ansluter emittern till den negativa polen på det elektriska batteriet och basen och kollektorn till den positiva polen. För en nybörjare elektronikentusiast kan du föreställa dig det En triod består av två dioder. Dessutom slås emitter-basdioden på i framåtriktningen, och ström flyter genom den, och baskollektordioden slås på i motsatt riktning, och det finns ingen ström.
Anta att vi har inkluderat ett variabelt motstånd i baskretsen, med vilket vi kan reglera spänningen som tillförs basen. Vilken effekt får vi när spänningen reduceras till noll? Strömmen i emitter-baskretsen kommer att sluta flyta. Låt oss öka spänningen lite. Elektroner från n - emitterområdet rusar till basen som är ansluten till batteriet plus.
En viktig detalj - basen är gjord så tunn som möjligt. Därför passerar elektronmassan genom detta lager och hamnar i kollektorn under påverkan av batteriets positiva pol, till vilken det attraheras. Således börjar strömmen passera inte bara mellan emittern och basen, utan också mellan emittern och kollektorn. I detta fall är kollektorströmmen mycket större än basströmmen.
En annan viktig omständighet: En liten förändring i basströmmen orsakar en mycket större förändring i kollektorströmmen. Således tjänar en halvledartriod till att förstärka olika signaler. Vanligtvis är bipolära trioder vanligare i analog teknik.
FET
Denna typ av triod skiljer sig från den bipolära inte i egenskaper eller funktioner, utan i funktionsprincipen. I en fälttriod flyter ström från en terminal som kallas source till en terminal som kallas drain genom en halvledare av en typ av konduktivitet, till exempel, s. Och kontrollen av styrkan hos denna ström utförs genom att ändra spänningen vid den tredje utgången - grinden.
En sådan struktur uppfyller mer exakt kraven för modern digital teknik, där fälttrioder huvudsakligen används. Dagens tekniska kapacitet gör det möjligt att placera flera miljarder MOS-element med en isolerad grind på ett halvledarchip med en yta på 1–2 kvadratcentimeter. Det är så persondatorernas centrala processorenheter skapas.
Utsikter för utveckling av enheter
Utsikterna ligger först och främst inom området för ytterligare miniatyrisering av enheter. Så amerikanska forskare utvecklar idag den så kallade enkelmolekyltransistorn. Huvudelementet i en sådan anordning är en bensenmolekyl, till vilken tre elektroder är fästa.
Om idén motiverar sig själv kommer det att vara möjligt att skapa superkraftiga datorsystem. Trots allt är storleken på molekylen mycket mindre än storleken på dagens MOS-trioder på ett kiselchips.
Det finns tiotusentals transistorer. Alla kan delas in i flera typer enligt deras egenskaper. Jag kommer att berätta vilka typer av transistorer som finns och hur de skiljer sig från varandra.
Transistorer kan delas in i typer enligt sådana egenskaper som:
- Fysisk struktur
- Funktionsprincip
- Kraft
- Frekvens bandbredd
- strömförstärkning
- etc.
Men de viktigaste är fyra: transistorns fysiska struktur, transistorns funktionsprincip, transistorns effekt- och driftsfrekvensband.
Enligt funktionsprincipen kan alla transistorer delas in i två stora grupper: bipolära transistorer och fälteffekttransistorer. De skiljer sig både i handlingsprincip och i fysisk struktur. Samtidigt skiljer sig både transistorns struktur och principen för deras funktion. Utåt har båda typerna samma funktioner, men inuti fälteffekt- och bipolära transistorer fungerar allt annorlunda.
Titta på diagrammet ovan. Som du redan har märkt har både bipolära transistorer och fälteffekttransistorer gemensamma egenskaper: effekt och frekvens. Som kan vara liten, medium, hög.
Transistoreffektförlust
Samtidigt anses transistorer vara lågeffekter, som inte kan avleda mer än 0,3 W, medelkraftstransistorer kan försvinna redan från 0,3 W till 1,5 W. Tja, kraftfulla transistorer avleder mer än 1,5W.
Transistorbandbredd
Detta är namnet på frekvensområdet där transistorn behåller sina egenskaper som transistor. Valet av transistor efter frekvens påverkas starkt av typen av din enhet och med vilka frekvenser av utgående signaler den måste kunna fungera korrekt.
bipolär transistor
Jag kommer inte att beskriva transistorns struktur, det finns andra artiklar för detta. Den här gången vill jag uppmärksamma er på att det finns två klaner i familjen av bipolära transistorer. Detta är en klan av transistorer med en N-P-N-struktur och en klan med en P-N-P-struktur. Förutom fysiska det finns inga andra strukturella skillnader mellan dem.
FET
Fälteffekttransistorer, såväl som bipolära, kan delas in i P- och N-typ transistorer. Men förutom detta delar de ytterligare två typer: MOSFET och JFET. MOSFET är en isolerad grind-FET och JFET är en FET med en enda PN-övergång.
| Skillnad mellan fälttransistorer och bipolära transistorer | ||
| Funktionsprincip | bipolär | fält |
| Strömkontrollerad. För drift krävs det att tillföra en initial förspänningsström till basen | Hanteras av spänning. Allt de behöver för att fungera är en spänningsmatning till grinden. | |
|
De har en relativt låg ingångsimpedans, så de förbrukar mer ström än polära |
De har hög ingångsimpedans, vilket innebär praktiskt taget ingen transistoringångsström. Tillåter mindre belastning på strömförsörjningen på grund av mindre strömförbrukning från källan | |
| strömförstärkning | Bipolära transistorer har en högre koefficient. förstärkning. | Coeff. förstärkningen är mindre än i en bipolär transistor. |
| Storleken | De har medelstora och stora storlekar. | Fälteffekttransistorer kan tillverkas för ytmontering. Och även använda i integrerade kretsar. |
| Popularitet | Idag började bipolära transistorer ge vika för FET | FET-transistorer blir mer och mer populära och används aktivt i kommersiell programvara. |
| Pris | Bipolära transistorer är billiga att tillverka. | FET, och särskilt MOSFET, är betydligt dyrare att tillverka än bipolära transistorer. |
Det är allt. Naturligtvis förblev de djupa principerna för transistordrift bakom kulisserna. Men detta gjordes med flit. Jag kommer att prata om dem någon annan gång.
Innan du överväger typerna av transistorer bör du ta reda på vad en transistor är och vad den används till.
Vad är en transistor
En transistor är en halvledartriod, som är en komponent som används inom radioelektronikområdet, tillverkad av halvledarmaterial. Den har tre utgångar som låter dig styra den elektriska strömmen i kretsen med hjälp av ingångssignalen.
På grund av dess kvaliteter används den i de fall där det är nödvändigt att konvertera, generera eller förstärka elektriska signaler. Namnet transistor används också för andra enheter som efterliknar huvudkvaliteten hos en transistor - förmågan att ändra signalen i två olika tillstånd, samtidigt som man ändrar styrelektrodens signal.
Typer och egenskaper
Alla transistorer är indelade i två typer - NPN och PNP. I dessa till synes komplexa förkortningar finns inget särskilt komplicerat. Dessa bokstavsbeteckningar bestämmer i vilken ordning specifika lager appliceras. Sådana skikt är pn-övergångar i de halvledarmaterial som används för deras tillverkning. Om man tittar visuellt på vilken halvledare som helst är det omöjligt att bestämma vilken typ av halvledarstruktur som finns inuti förpackningen. Dessa uppgifter indikeras av en märkning som är anbringad på väskan. Typen av transistor måste vara känd i förväg, eftersom dess användning i kretsen kan vara mycket olika.
Man bör komma ihåg att NPN och PNP är helt olika. Därför kan de inte bara förväxlas eller ersättas med varandra. Det är möjligt att ersätta en med en annan under vissa förutsättningar. Huvudvillkoret är en betydande förändring i omkopplingskretsen för dessa transistorer. Således, för vissa noder av radiotekniska enheter, används endast deras egna, specifika märken, annars kommer enheten helt enkelt att misslyckas och kommer inte att fungera.
Tekniska skillnader
Förutom typen av pn-korsning skiljer de sig alla åt i den teknik som används för deras tillverkning.
I detta avseende kan två typer av transistorer noteras, som skiljer sig i parametrar:
- Bipolär - skiljer sig i tillförseln av en liten mängd ström till sin bas. Denna ström tjänar i sin tur till att styra mängden ström som flyter mellan emittern och kollektorn.
- - utrustad med tre utgångar, kallad gate, drain och source. I det här fallet påverkas transistorns gate inte av ström, utan av spänning. Dessa transistorer har olika polaritet.
En gång i tiden kom transistorer att ersätta vakuumrör. Detta berodde på att de har mindre dimensioner, hög tillförlitlighet och billigare produktionskostnader. Nu, bipolära transistorerär grundelementen i alla förstärkarkretsar.
Det är ett halvledarelement med en treskiktsstruktur, som bildar två elektron-hål-övergångar. Därför kan en transistor representeras som två back-to-back dioder. Beroende på vad som kommer att vara de viktigaste laddningsbärarna, finns det p-n-p och n-p-n transistorer.
Bas- ett halvledarskikt, som är grunden för transistorkonstruktionen.
utsändare kallas ett halvledarskikt, vars funktion är insprutningen av laddningsbärare i basskiktet.
Samlare kallas ett halvledarskikt, vars funktion är att samla laddningsbärare som passerat genom basskiktet.
Som regel innehåller sändaren ett mycket större antal grundladdningar än basen. Detta är huvudvillkoret för transistorns funktion, eftersom i detta fall, med en framåtförspänning av emitterövergången, kommer strömmen att bestämmas av emitterns huvudbärare. Emittern kommer att kunna utföra sin huvudfunktion - injektionen av bärare i basskiktet. Den omvända emitterströmmen försöker man vanligtvis vara så liten som möjligt. En ökning av de flesta bärare av emittern uppnås genom att använda en hög föroreningskoncentration.
Basen görs så tunn som möjligt. Detta är relaterat till anklagelsernas livslängd. Laddningsbärarna måste korsa basen och rekombinera så lite som möjligt med basens huvudbärare för att nå uppsamlaren.
För att samlaren mer fullständigt ska kunna samla de bärare som har passerat basen försöker man göra den bredare.
Funktionsprincipen för transistorn
Betrakta exemplet med en p-n-p-transistor.
I frånvaro av externa spänningar etableras en potentialskillnad mellan skikten. Potentiella bommar sätts upp vid övergångsställena. Dessutom, om antalet hål i emittern och kollektorn är detsamma, kommer de potentiella barriärerna att vara av samma bredd.
För att transistorn ska fungera korrekt måste emitterövergången vara framåtspänd och kollektorövergången backspänd.. Detta kommer att motsvara transistorns aktiva läge. För att göra en sådan koppling behövs två källor. En källa med spänning Ue är ansluten med en positiv pol till emittern och en negativ pol till basen. En källa med spänning Uk är ansluten med en negativ pol till kollektorn och positiv till basen. Och Ue< Uк.
Under inverkan av spänningen Ue förskjuts emitterövergången i framåtriktningen. Som är känt, när elektron-hålsövergången är framåtspänd, riktas det yttre fältet motsatt övergångsfältet och reducerar det därför. Huvudbärarna börjar passera genom övergången, i emittern är dessa hål 1-5 och i baselektronerna 7-8. Och eftersom antalet hål i emittern är större än antalet elektroner i basen, beror emitterströmmen främst på dem.
Emitterströmmen är summan av hålkomponenten i emitterströmmen och basens elektroniska komponent.
Eftersom endast hålkomponenten är användbar försöker man göra den elektroniska komponenten så liten som möjligt. Den kvalitativa egenskapen hos emitterövergången är injektionsförhållande.
De försöker föra injektionskoefficienten närmare 1.
Hål 1-5 som har passerat in i basen samlas på gränsen till emitterövergången. Således skapas en hög koncentration av hål nära emittern och en låg koncentration nära kollektorövergången, vilket resulterar i att diffusionsrörelsen av hål från emittern till kollektorövergången börjar. Men nära kollektorkorsningen förblir hålkoncentrationen noll, eftersom så snart hålen når korsningen accelereras de av dess inre fält och extraheras (dras) in i kollektorn. Elektroner stöts bort av detta fält.
Medan hålen korsar basskiktet rekombinerar de med elektronerna som finns där, till exempel som hål 5 och elektron 6. Och eftersom hålen hela tiden kommer in skapar de en överskottsladdning, därför måste elektroner också komma in, som dras genom basterminalen och bildar basströmmen Ibr. Detta är ett viktigt villkor för driften av transistorn – koncentrationen av hål i basen ska vara ungefär lika med koncentrationen av elektroner. Med andra ord basens elektriska neutralitet måste säkerställas.
Antalet hål som har nått kollektorn är mindre än antalet hål som har lämnat emittern med antalet rekombinerade hål i basen. Det är, Kollektorströmmen skiljer sig från emitterströmmen med basströmmen.
Härifrån kommer överföringskoefficient transportörer, som de också försöker föra närmare 1.
Transistorns kollektorström består av hålkomponenten Icr och kollektorns backström.
Den omvända kollektorströmmen uppstår som ett resultat av den omvända förspänningen av kollektorövergången, därför består den av minoritetsbärare av ett hål 9 och en elektron 10. Det är just för att backströmmen bildas av minoritetsbärare som den beror endast på termisk genereringsprocess, det vill säga på temperatur. Därför kallas det ofta termisk ström.
Kvaliteten på transistorn beror på storleken på den termiska strömmen, ju mindre den är, desto bättre är transistorn.
Kollektorströmmen är kopplad till emittern strömöverföringsförhållande.
