Podiel na sociálnych. siete:


Polovodičové zariadenia. tranzistory




Transistor je polovodičové zariadenie určené na zosilňovanie, invertovanie , konverziu elektrických signálov a tiež na prepínanie elektrických impulzov v elektronických obvodoch rôznych zariadení. Existujú bipolárne tranzistory, ktoré používajú n- a p- kryštály typu a polia (unipolárne) tranzistory vyrobené na germániovom alebo kremíkovom kryštáli s jedným typom vodivosti.

Bipolárne tranzistory

Bipolárne tranzistory sú polovodičové zariadenia vyrobené na kryštáloch s pnp typovou štruktúrou ( a ) alebo npn typu ( b ) s tromi vodičmi pripojenými na tri vrstvy (oblasti): kolektor ( K ), základňa ( B ) a žiarič ) (Obrázok 20).

Obrázok 20 - Bipolárne tranzistory: a) štruktúra typu pnp ; b) npn- typová štruktúra

Základňa B je stredná tenká vrstva, ktorá slúži na kompenzáciu prechodu emitorov a kolektorov. Hrúbka základne musí byť menšia ako priemerná voľná dráha nosičov nábojov. Emitter E - vonkajšia vrstva, zdroj nosičov náboja s vysokou koncentráciou nosičov, oveľa väčší ako v báze. Druhá vonkajšia vrstva K , ktorá prijíma nosiče nábojov, sa nazýva zberač .

Prúd v takom tranzistore je určený pohybom nábojov dvoch typov: elektrónov a otvorov. Preto je jeho názov - bipolárny tranzistor .

Fyzické procesy v tranzistoroch typu pnp a npn sú rovnaké. Ich rozdiel je v tom, že prúdy v základoch tranzistorov typu pnp sú prenášané hlavnými nosičmi nábojov - diery a v tranzistoroch typu npn - elektrónmi.

Každý z prechodov tranzistora - vysielača ( B-E ) a kolektora ( B-K ) môže byť zahrnutý buď dopredu alebo v opačnom smere. V závislosti od toho existujú tri režimy prevádzky tranzistora:

  • cut-off režim - obe pn križovatky sú uzavreté, zatiaľ čo relatívne malý prúd I 0 tečie cez tranzistor, kvôli menším nosičom náboja;
  • režim saturácie - obe pn križovatky sú otvorené;
  • aktívny režim - jeden z pn križovatiek je otvorený a druhý uzatvorený.

V režimoch rozhrania a sýtosti prakticky chýba riadenie tranzistora. V aktívnom režime tranzistor vykonáva funkciu aktívneho prvku elektrických obvodov zosilňujúcich signály, vytvárajúce kmity, prepínanie atď.

Ak je križovatka prúdu emitora priama a na kolektore je opačný, potom sa zahrnutie tranzistora považuje za normálne, s opačnou polaritou napätia - inverznou.

Napájaním záporného potenciálu zdrojového napätia do kolektora a kladného na emitor (obr.21) v spínacom obvode tranzistora so spoločným žiaričom sme tak otvorili spojenie emitorov E - B a zatvorili kolektor G - K , zatiaľ čo kolektorový prúd I K0 = I E0 = I0 je malý, určuje sa koncentráciou menšinových nosičov (v tomto prípade elektróny). Ak sa medzi vysielačom a základňou (0,3 - 0,5 V) pôsobí malé napätie v smere dopredu pn spojenia E - B , potom sa do žľabu vstrekujú otvory, ktoré tvoria prúd emitora - I. V základni sa otvory čiastočne rekombinujú s voľnými elektrónmi, ale zároveň prichádzajú k základňu nové zdroje elektrónov E B ( E B < E R ) , čím vytvárajú základný prúd I B.




Obrázok 21 - Obvod bipolárneho tranzistora

Keďže základňa v tranzistore je vo forme tenkej vrstvy, iba zanedbateľná časť otvorov sa rekombinuje so základnými elektrónmi a ich hlavná časť dosiahne spojenie kolektora. Tieto otvory sú zachytené elektrickým poľom kolektorovej križovatky, ktorá je zrýchľujúcim otvorom. Prúd prúdov, ktoré padli z vysielača do kolektora, je uzatvorený cez odpor RK a zdroj napätia s EMF EK , ktorý tvorí kolektorový prúd IK vo vonkajšom obvode.

Napíšeme pomer prúdov v spínacom obvode tranzistora (obrázok 21), ktorý sa nazýva spínací obvod so spoločným žiaričom (OE),

Pomer kolektorového prúdu k prúdu emitoru sa nazýva aktuálny prenosový pomer

kde je základný prúd

Spínací obvod tranzistora s OE je najbežnejší kvôli malému základnému prúdu vo vstupnom obvode a zosilneniu vstupného signálu v napätí aj prúde. Základné vlastnosti tranzistora sú určené pomermi prúdov a napätí vo svojich rôznych obvodoch a ich vzájomným vplyvom na seba.

Transistor môže pracovať na jednosmernom prúde, na malom striedavom signále, na veľkom striedavom signáli a na klávesnici (pulzný).



Vstupné rodiny

a víkend

Statické charakteristiky tranzistora v obvode s OE sú uvedené na obr. 22. Môžu byť získané ako výsledok experimentu alebo výpočtu.

Obrázok 22 - Rodiny vstupných a výstupných statických charakteristík

Skupiny charakteristík, ktoré sa týkajú napätia a prúdov na výstupe na prúdy a napätia na vstupe, sa nazývajú charakteristiky prenosu alebo riadiace charakteristiky (obrázok 23).

Obrázok 23 Charakteristiky prenosu

Bipolárne tranzistory sú klasifikované:

  • rozptýlenie výkonu (nízke napätie (do 0,3 W), priemerný výkon (od 0,3 W do 1,5 W) a výkonný (nad 1,5 W);
  • na frekvenčné vlastnosti (nízka frekvencia (do 3 MHz), stredná frekvencia (3-30 MHz), vysoká (30-300 MHz) a ultra vysoká frekvencia (viac ako 300 MHz);
  • k cieľu: univerzálny, zosilňovač, generovanie, spínanie a impulz.

Pri označovaní bipolárnych tranzistorov najprv napíšu písmeno alebo číslo označujúce zdrojový polovodičový materiál: D alebo 1 - germánia, К alebo 2 - kremík; potom číslo 1 až 9 (1, 2 alebo 3 - nízka frekvencia, 4, 5 alebo 6 - vysokofrekvenčná, 7, 8 alebo 9 - ultra vysoká frekvencia v každej skupine s nízkym, stredným alebo vysokým výkonom). Nasledujúce dve číslice od 01 do 99 sú poradové číslo vývoja a na konci písmeno (od A a vyššie) označuje parameterovú skupinu zariadenia, napríklad napájacie napätie tranzistora atď.

Napríklad tranzistor GT109G: nízkofrekvenčný germánium s nízkym výkonom s prúdovým prenosovým koeficientom h 21 O = 100_250, U K = 6 V, I K = 20 mA (konštantný prúd).

Prenosový tranzistor

Polovodičový tranzistor je polovodičové zariadenie, v ktorom je vypúšťací prúd ( C ) cez polovodičový kanál n- alebo p- typu riadený elektrickým poľom, ktorý vzniká pri použití napätia medzi bránou ( W ) a zdrojom ( I ).

Tranzistory s polným efektom sú:

- s riadiacou uzáverou typu pn-junction pre použitie v zariadeniach s vysokou frekvenciou (do 12-18 GHz). Ich podmienené označenie v diagramoch je znázornené na obr. 24, a , b ;

- s izolovanou (dielektrickou) vrstvou pre použitie v zariadeniach pracujúcich s frekvenciou do 1-2 GHz. Vyrábajú sa buď so zabudovaným kanálom vo forme MDP_structure (pozri ich symbol na obrázku 24, c a d ), alebo s indukovaným kanálom vo forme štruktúry MOP (pozri ich symbol na obrázku 24, e , f ).

Obrázok 24 - Druhy tranzistorov s efektom poľa

Spínací obvod tranzistorového poľa s efektom poľa s bránou typu pn a kanálu typu n , jeho rodina výstupných charakteristík I C = f ( U C ), U C = const a charakteristika odozvy zásoby I C = f ( U C ), U C = const sú znázornené na obrázku , 25.

Obrázok 25 - Schéma zapojenia tranzistorového poľa s efektom poľa a jeho charakteristika odozvy zásob

Pri pripojení odtokových výstupov C a zdroja I k zdroju Un , preteká prúd I C cez n- typový kanál, pretože pn-juncia neprekrýva prierez kanála (obrázok 25a ).

V tomto prípade elektróda, z ktorej vstupujú nosiče náboja do kanála, sa nazýva zdroj a elektróda, cez ktorú prechádzajú hlavné nosiče náboja z kanála, sa nazýva odtok .

Elektróda používaná na reguláciu prierezu kanála sa nazýva brána . S rastúcim spätným napätím U C sa prierez kanála znižuje, jeho odpor sa zvyšuje a odtokový prúd I C klesá.

Preto sa riadenie odvodňovacieho prúdu IC vyskytuje, keď sa spätné napätie pôsobí na pn spojenie brány 3 . Z dôvodu malého rozsahu spätných prúdov v obvode brány-zdroj je potrebný výkon na riadenie odtokového prúdu zanedbateľný.

Pri napätí -U3 = -U3O , nazývanom odpojovacie napätie , sa časť kanálu úplne prekrýva bariérová vrstva vyčerpaná z nosičov nábojov a odvodňovací prúd IO (cut-off prúd) je určený menšimi nosičmi náboja pn junction (pozri obrázok 25b ).

Schématická štruktúra poľa s tranzistorom s indukovaným n- kanálom je znázornená na obrázku 26. Pri bránovom napätí vzhľadom na zdroj, ktorý je rovný nule av prítomnosti napätia na odtoku, je vypúšťací prúd zanedbateľný. Znateľný odtokový prúd sa objaví len vtedy, keď sa na bránu privádza kladné napätie oproti zdroju viac ako takzvané prahové napätie U SPD .

Obrázok 26 - Schematickú štruktúru tranzistora indukovaného poľa s nkanálom

V tomto prípade v dôsledku prenikania elektrického poľa dielektrickou vrstvou do polovodiča pri napätiach na bráne väčších ako U ZOR sa na povrchu polovodiča pod bránou objaví inverzná vrstva, ktorá je kanálom, ktorý spája zdroj s odtokom.

Hrúbka a prierez kanála sa menia s napätím na bráne a vypúšťací prúd sa príslušne zmení. To je spôsob, akým je vypúšťací prúd riadený v poli s efektovým tranzistorom s indukovanou bránou. Najdôležitejším prvkom tranzistorov s efektom poľa je vysoký vstupný odpor (rádovo niekoľko megaohmov) a malý vstupný prúd. Jedným z hlavných parametrov tranzistorov s efektom poľa je strmosť S prúdovej charakteristiky (pozri obrázok 25, c ). Napríklad pre tranzistor typu poľa s účinnosťou typu KP103Zh S = (3 ... 5) mA / V.

Prečítajte si aj o: