Zrozummy razem zasady tranzystora

Tranzystory są aktywnymi komponentami i są używane wszędzie w układach elektronicznych jako wzmacniacze i urządzenia przełączające. (klucze tranzystorowe). Jako urządzenia wzmacniające są stosowane w urządzeniach o wysokiej i niskiej częstotliwości, generatory sygnałów modulatory, detektory i wiele innych obwodów. W obwodach cyfrowych, w zasilacze impulsowe i sterowane napędy elektryczne służą jako klucze.

Tranzystory bipolarne

Jest to nazwa najpopularniejszego rodzaju tranzystora. Są one podzielone na typy npn i pnp. Materiałem do nich jest najczęściej krzem lub german. Początkowo tranzystory były wykonane z germanu, ale były bardzo wrażliwe na temperaturę. Silikony są znacznie bardziej odporne na wahania i tańsze w produkcji.

Różne tranzystory bipolarne pokazano na poniższym zdjęciu. Urządzenia o niskiej mocy znajdują się w małych plastikowych prostokątnych lub metalowych cylindrycznych obudowach. Mają trzy wnioski: dla podstawy (B), emitera (E) i kolektora (K). Każdy z nich jest połączony z jedną z trzech warstw krzemu o przewodności albo n- (wolne elektrony tworzą prąd), albo typu p (tak zwane dodatnio naładowane "dziury" tworzą prąd), z których składa się struktura tranzystora.

Jak to działa tranzystor bipolarny?

Zasady działania tranzystora należy zbadać, zaczynając od jego urządzenia. Zastanówmy się nad strukturą tranzystora npn, który pokazano na rysunku poniżej.

Jak widać, zawiera on trzy warstwy: dwie z przewodnictwem typu n i jedną typu p. Rodzaj przewodności warstw zależy od stopnia domieszkowania specjalnymi zanieczyszczeniami różnych części kryształu krzemu. Nadajnik typu n jest silnie domieszkowany w celu uzyskania wielu różnych elektronów jako głównych nośników prądu. Bardzo cienka podstawa typu p jest lekko domieszkowana zanieczyszczeniami i ma wysoką odporność, a kolektor typu n jest bardzo silnie domieszkowany, aby nadać mu niską rezystancję.

Zasady działania tranzystora

Najlepszym sposobem na ich poznanie jest eksperymentalny sposób. Poniżej znajduje się prosty schemat obwodu. Wykorzystuje tranzystor mocy do sterowania żarówką. Będziesz także potrzebował baterii, małej lampy z latarką o mocy około 4,5 V / 0,3 A, potencjometru w postaci zmienny rezystor (5K) i rezystor 470 omów. Te komponenty muszą być podłączone tak jak pokazano na rysunku po prawej stronie diagramu.

Ustaw suwak potencjometru w najniższej pozycji. Spowoduje to zmniejszenie napięcia podstawowego (między bazą i ziemią) do zera woltów (U _BE = 0). Lampa nie świeci, co oznacza brak prądu przez tranzystor.

Jeśli teraz obrócisz uchwyt z niższego położenia, U _BE stopniowo się zwiększa. Kiedy osiągnie 0,6 V, prąd zaczyna płynąć do podstawy tranzystora, a lampa zaczyna świecić. Gdy rączka porusza się dalej, napięcie U _BE pozostaje na poziomie 0,6 V, ale prąd podstawowy wzrasta, a to zwiększa prąd przez obwód kolektor-emiter. Jeśli uchwyt zostanie przesunięty do położenia górnego, napięcie w podstawie zostanie nieznacznie zwiększone do 0,75 V, ale prąd znacznie wzrośnie, a lampa będzie świecić jasno.

A jeśli mierzysz prądy tranzystora?

Jeśli włączymy amperomierz między kolektorem (C) a lampą (dla pomiaru I _C ), kolejnym amperomierzem pomiędzy podstawą (B) i potencjometrem (dla pomiaru I _B ), a także woltomierzem między wspólnym drutem a podstawą i powtórzymy cały eksperyment, możemy uzyskać kilka interesujących danych. Gdy pokrętło potencjometru znajduje się w najniższym położeniu, U _BE wynosi 0 V, a także prądy I _C i I _B. Gdy pokrętło jest przesunięte, wartości te rosną, aż żarówka zaświeci się, gdy są równe: U _BE = 0,6 V, I _B = 0,8 mA i I _C = 36 mA.

W rezultacie otrzymujemy następujące zasady działania tranzystora z tego eksperymentu: w przypadku braku napięcia dodatniego (dla typu npn) napięcie oparte na prądach przez jego zaciski są zerowe, a w obecności napięcia i prądu podstawowego, ich zmiany wpływają na prąd kolektor-emiter.

Co dzieje się, gdy moc tranzystora jest włączona

Podczas normalnej pracy napięcie przyłożone do złącza bazowego emiter jest rozprowadzane tak, że potencjał bazowy (typ p) jest o około 0,6 V wyższy niż potencjał emitera (typ n). W tym przypadku na to przejście jest podawane napięcie stałe, jest ono przemieszczane w kierunku do przodu i jest otwarte, aby prąd płynął z podstawy do emitera.

Znacznie wyższe napięcie jest przyłożone do złącza podstawa-kolektor, a potencjał kolektora (typu n) jest wyższy niż potencjał podstawy (typ p). Tak więc napięcie zwrotne jest przykładane do złącza i jest przesuwane w przeciwnym kierunku. Prowadzi to do utworzenia dość grubej warstwy zubożonej w elektrony w kolektorze w pobliżu podstawy, gdy do tranzystora doprowadzane jest napięcie zasilające. W rezultacie prąd płynący przez obwód kolektor-emiter nie przechodzi. Rozkład ładunków w strefach przejściowych tranzystora npn pokazano na rysunku poniżej.

Jaka jest rola prądu podstawowego?

Jak sprawić, by nasze urządzenie elektroniczne działało? Zasada tranzystora to wpływ prądu bazowego na stan zamkniętego połączenia podstawa-kolektor. Kiedy przejście bazy-emiter jest przesunięte w kierunku do przodu, mały prąd przepłynie do podstawy. Tutaj jego nośniki są dodatnio naładowanymi otworami. Są one połączone z elektronami pochodzącymi od emitera, zapewniając prąd I _BE . Jednak ze względu na fakt, że emiter jest bardzo silnie domieszkowany, wiele więcej elektronów wypływa z niego do podstawy, niż jest w stanie połączyć się z otworami. Oznacza to, że w podstawie znajduje się duże stężenie elektronów, a większość z nich przecina się i wpada do zubożonej w elektrony warstwy kolektora. Znajdują się tu pod wpływem silnego pola elektrycznego przyłożonego do przejścia podstawowego i kolektora, przechodzą przez warstwę zubożoną przez elektrony i główną objętość kolektora do jej zakończenia.

Zmiany w przepływie prądu do bazy wpływają na liczbę elektronów przyciągniętych z emitera. Tak więc, zasada działania tranzystora może być uzupełniona przez następujące stwierdzenie: bardzo małe zmiany prądu podstawowego powodują bardzo duże zmiany prądu płynącego od emitera do kolektora, tj. Obecne wzmocnienie występuje.

Rodzaje tranzystorów polowych

W języku angielskim oznaczane są jako tranzystory polowe FET, które można przetłumaczyć jako "tranzystory polowe". Chociaż w nazwach tych występuje wiele zamieszania, istnieją głównie dwa główne ich typy:

1. Za pomocą złącza pn sterowania. W literaturze anglojęzycznej określane są one jako JFET lub Junction FET, co można przetłumaczyć jako "tranzystor polowy". W przeciwnym razie są one określane jako JUGFET lub JINGFunction Unipolar Gate FET.

2. Z izolowaną bramką (inaczej tranzystory MOS lub MOS). W języku angielskim są one określane jako IGFET lub Insulated Gate FET.

Na zewnątrz są bardzo podobne do dwubiegunowych, co potwierdza zdjęcie poniżej.

Urządzenie FET

Wszystkie tranzystory polowe można nazwać urządzeniami UNIPOLAR, ponieważ nośniki ładunków, które je tworzą, są jedynym typem tego tranzystora - albo elektronami, albo "dziurami", ale nie obydwoma w tym samym czasie. To odróżnia zasadę działania tranzystora polowego od tranzystora bipolarnego, w którym prąd jest generowany jednocześnie przez oba te typy nośnych.

Bieżące nośniki przepływają w tranzystorach polowych z połączeniem pn na warstwie krzemowej bez złącz pn, zwanych kanałem, z przewodnością n lub p między dwoma zaciskami, zwanymi "źródłem" i "drenażem" - nadajnik i kolektory analogowe lub a dokładniej katoda i anoda triody próżniowej. Trzecie trzpienie, bramka (odpowiednik siatki triodowej), jest przymocowana do warstwy krzemowej o innym typie przewodności niż kanał źródła-odpływu. Strukturę takiego urządzenia pokazano na poniższym rysunku.

Jak działa tranzystor polowy? Zasada działania polega na kontrolowaniu przekroju poprzecznego kanału poprzez doprowadzenie napięcia do przejścia kanał-kanał. Jest zawsze przesunięty w przeciwnym kierunku, więc tranzystor praktycznie nie zużywa prądu przez obwód bramki, podczas gdy urządzenie dwubiegunowe potrzebuje pewnego prądu bazowego do działania. Kiedy zmienia się napięcie wejściowe, obszar bramki może się rozszerzyć, blokując kanał spustowy źródła aż do całkowitego zamknięcia, kontrolując w ten sposób prąd spustowy.