Voici comment fonctionne une diode

C'est une chose tellement rusée qui ne fait passer le courant que dans une seule direction. Cela peut être comparé à un mamelon. Il est utilisé, par exemple, dans les redresseurs lorsque courant alternatif rendre permanent. Ou lorsque vous devez séparer la tension inverse de la tension directe. Regardez le circuit du programmateur (où il y avait un exemple avec un diviseur). Vous voyez qu'il y a des diodes, pourquoi pensez-vous ? C'est simple. Pour un microcontrôleur, les niveaux logiques sont de 0 et 5 volts, et pour le port COM, un est de moins 12 volts et zéro est de plus 12 volts. La diode coupe donc ce moins 12, formant 0 volt. Et comme la conductivité de la diode dans le sens direct n'est pas idéale (elle dépend généralement de la tension directe appliquée ; plus elle est élevée, mieux la diode conduit le courant), alors sa résistance chutera d'environ 0,5 à 0,7 volts, le reste étant divisé en deux par les résistances, sera d'environ 5,5 volts, ce qui est dans les limites normales du contrôleur.
Les fils de la diode sont appelés anode et cathode. Le courant circule de l’anode vers la cathode. Il est très simple de se rappeler où se trouve chaque sortie : sur le symbole il y a une flèche et un bâton sur le côté À c'est comme dessiner une lettre À regarde ici - À|—. K=Cathode ! Et sur la partie la cathode est indiquée par une bande ou un point.

Il existe un autre type de diode intéressant : diode Zener. Je l'ai utilisé dans l'un des articles précédents. Sa particularité est que dans le sens direct, elle fonctionne comme une diode ordinaire, mais dans le sens inverse, elle se brise à une certaine tension, par exemple 3,3 volts. Semblable à la vanne de limitation d'une chaudière à vapeur, qui s'ouvre lorsque la pression est dépassée et libère l'excès de vapeur. Les diodes Zener sont utilisées lorsqu'elles souhaitent obtenir une tension d'une valeur donnée, quelles que soient les tensions d'entrée. Il peut s'agir par exemple d'une valeur de référence par rapport à laquelle la comparaison est effectuée. signal d'entrée. Ils peuvent couper le signal entrant à la valeur souhaitée ou l'utiliser comme protection. Dans mes circuits, j'utilise souvent une diode Zener de 5,5 volts pour alimenter le contrôleur, de sorte que si quelque chose se produit, si la tension saute soudainement, cette diode Zener évacue l'excédent par elle-même. Il existe également une bête comme suppresseur. La même diode Zener, mais en beaucoup plus puissante et souvent bidirectionnelle. Utilisé pour la protection de l'alimentation.

Transistor.

C’est une chose terrible, quand j’étais enfant, je ne comprenais pas comment cela fonctionnait, mais cela s’est avéré simple.
En général, un transistor peut être comparé à une vanne contrôlée, où, avec une force infime, nous contrôlons avec un flux puissant. Il tourna un peu la poignée et des tonnes de merde se précipitèrent dans les tuyaux, il l'ouvrit plus fort et maintenant tout autour se noyait dans les eaux usées. Ceux. La sortie est proportionnelle à l'entrée multipliée par une certaine valeur. Cette valeur est le gain.
Ces appareils sont divisés en champs et bipolaires.
Un transistor bipolaire a émetteur, collectionneur Et base(voir l'image symbole). L'émetteur a une flèche, la base est désignée comme une zone droite entre l'émetteur et le collecteur. Il y a un courant de charge utile important entre l'émetteur et le collecteur, la direction du courant est déterminée par la flèche sur l'émetteur. Mais entre la base et l'émetteur il y a un petit courant de commande. En gros, l'amplitude du courant de commande affecte la résistance entre le collecteur et l'émetteur. Transistors bipolaires il en existe deux types : p-n-p Et n-p-n la différence fondamentale réside uniquement dans la direction du courant qui les traverse.

Un transistor à effet de champ diffère d'un transistor bipolaire en ce sens que la résistance du canal entre la source et le drain n'est pas déterminée par le courant, mais par la tension à la grille. Dernièrement transistors à effet de champ a acquis une énorme popularité (tous les microprocesseurs sont construits dessus), car les courants qui y circulent sont microscopiques, la tension joue un rôle décisif, ce qui signifie que les pertes et la génération de chaleur sont minimes.

Bref, le transistor permettra de recevoir un signal faible, venant par exemple de la patte d'un microcontrôleur, . Si le gain d'un transistor n'est pas suffisant, ils peuvent alors être connectés en cascade - les uns après les autres, de plus en plus puissants. Et parfois, un puissant homme de terrain suffit MOSFET transistor. Regardez par exemple les schémas téléphones portables contrôlé par alerte vibratoire. Là, la sortie du processeur va au portail d'alimentation MOSFET clé

Les explications nécessaires ont été données, entrons dans le vif du sujet.

Transistors. Définition et historique

Transistor- un dispositif électronique à semi-conducteur dans lequel le courant dans un circuit de deux électrodes est contrôlé par une troisième électrode. (transistors.ru)

Les transistors à effet de champ ont été les premiers à être inventés (1928) et les transistors bipolaires sont apparus en 1947 aux Bell Labs. Et ce fut, sans exagération, une révolution dans l’électronique.

Très rapidement, les transistors remplacent les tubes à vide dans divers appareils électroniques. À cet égard, la fiabilité de ces dispositifs a augmenté et leur taille a considérablement diminué. Et à ce jour, aussi « sophistiqué » soit-il, le microcircuit contient encore de nombreux transistors (ainsi que des diodes, des condensateurs, des résistances, etc.). Seulement les très petits.

À propos, au départ, les « transistors » étaient des résistances dont la résistance pouvait être modifiée en fonction de la quantité de tension appliquée. Si nous ignorons la physique des processus, alors un transistor moderne peut également être représenté comme une résistance qui dépend du signal qui lui est fourni.

Quelle est la différence entre les transistors à effet de champ et les transistors bipolaires ? La réponse réside dans leurs noms mêmes. Dans un transistor bipolaire, le transfert de charge implique Et des électrons, Et trous («encore» - deux fois). Et sur le terrain (aka unipolaire) - ou des électrons, ou des trous.

En outre, ces types de transistors diffèrent selon les domaines d'application. Les bipolaires sont principalement utilisés dans la technologie analogique et ceux de terrain - dans la technologie numérique.

Et enfin: le principal domaine d'application de tous les transistors- gagner signal faible grâce à une source d'alimentation supplémentaire.

Transistor bipolaire. Principe d'opération. Caractéristiques principales

Un transistor bipolaire se compose de trois régions : émetteur, base et collecteur, chacune étant alimentée en tension. Selon le type de conductivité de ces zones, on distingue les transistors n-p-n et p-n-p. Généralement, la zone du collecteur est plus large que la zone de l'émetteur. La base est constituée d'un semi-conducteur légèrement dopé (c'est pourquoi sa résistance est élevée) et est très fine. Étant donné que la zone de contact émetteur-base est nettement inférieure à la zone de contact base-collecteur, il est impossible d'échanger l'émetteur et le collecteur en changeant la polarité de connexion. Le transistor est donc un dispositif asymétrique.

Avant d’examiner la physique du fonctionnement d’un transistor, décrivons le problème général.


Il se présente comme suit : un fort courant circule entre l'émetteur et le collecteur ( courant de collecteur), et entre l'émetteur et la base il y a un faible courant de commande ( courant de base). Le courant du collecteur changera en fonction du changement du courant de base. Pourquoi?
Considérons les jonctions p-n du transistor. Il y en a deux : l'émetteur-base (EB) et la base-collecteur (BC). Dans le mode de fonctionnement actif du transistor, le premier d'entre eux est connecté en polarisation directe et le second en polarisation inverse. Que se passe-t-il dans ce cas? jonction p-n X? Pour plus de certitude, nous considérerons un transistor n-p-n. Pour p-n-p, tout est similaire, seul le mot « électrons » doit être remplacé par « trous ».

Puisque la jonction EB est ouverte, les électrons « traversent » facilement la base. Là, ils se recombinent partiellement avec des trous, mais Ô La plupart d'entre eux, du fait de la faible épaisseur de la base et de son faible dopage, parviennent à atteindre la transition base-collecteur. Ce qui, on s’en souvient, est un biais inverse. Et comme les électrons de la base sont des porteurs de charge minoritaires, le champ électrique de la transition les aide à la surmonter. Ainsi, le courant du collecteur n’est que légèrement inférieur au courant de l’émetteur. Maintenant, surveillez vos mains. Si vous augmentez le courant de base, la jonction EB s'ouvrira plus fortement et davantage d'électrons pourront se glisser entre l'émetteur et le collecteur. Et comme le courant du collecteur est initialement supérieur au courant de base, ce changement sera très, très perceptible. Ainsi, le signal faible reçu à la base sera amplifié. Encore une fois, un changement important dans le courant du collecteur est le reflet proportionnel d’un petit changement dans le courant de base.

Je me souviens que le principe de fonctionnement d'un transistor bipolaire a été expliqué à mon camarade de classe à l'aide de l'exemple d'un robinet d'eau. L'eau qu'il contient correspond au courant du collecteur, et le courant de contrôle de la base correspond à la rotation du bouton. Une petite force (action de contrôle) suffit pour augmenter le débit d'eau du robinet.

En plus des processus considérés, un certain nombre d'autres phénomènes peuvent se produire au niveau des jonctions p-n du transistor. Par exemple, avec une forte augmentation de la tension à la jonction base-collecteur, la multiplication des charges par avalanche peut commencer en raison de l'ionisation par impact. Et couplé à l'effet tunnel, cela donnera d'abord une panne électrique, puis (avec l'augmentation du courant) une panne thermique. Cependant, un claquage thermique dans un transistor peut se produire sans claquage électrique (c'est-à-dire sans augmenter la tension du collecteur jusqu'à la tension de claquage). Pour cela, un courant excessif traversant le collecteur suffira.

Un autre phénomène est dû au fait que lorsque les tensions aux jonctions collecteur et émetteur changent, leur épaisseur change. Et si la base est trop fine, un effet de fermeture peut se produire (ce qu'on appelle la « perforation » de la base) - une connexion entre la jonction du collecteur et la jonction de l'émetteur. Dans ce cas, la région de base disparaît et le transistor cesse de fonctionner normalement.

Le courant de collecteur du transistor dans le mode de fonctionnement actif normal du transistor est supérieur au courant de base d'un certain nombre de fois. Ce numéro s'appelle gain actuel et est l'un des principaux paramètres du transistor. Il est désigné h21. Si le transistor est activé sans charge sur le collecteur, alors lorsque courant continu Le rapport collecteur-émetteur du courant du collecteur au courant de base donnera gain de courant statique. Il peut être égal à des dizaines ou des centaines d'unités, mais il convient de considérer le fait que dans les circuits réels, ce coefficient est inférieur du fait que lorsque la charge est allumée, le courant du collecteur diminue naturellement.

Le deuxième paramètre important est résistance d'entrée du transistor. Selon la loi d'Ohm, c'est le rapport entre la tension entre la base et l'émetteur et le courant de commande de la base. Plus il est grand, plus le courant de base est faible et plus le gain est élevé.

Le troisième paramètre d'un transistor bipolaire est gain de tension. Il est égal au rapport de l'amplitude ou valeurs efficaces tensions alternatives de sortie (émetteur-collecteur) et d'entrée (base-émetteur). La première valeur étant généralement très grande (unités et dizaines de volts) et la seconde très petite (dixièmes de volts), ce coefficient peut atteindre des dizaines de milliers d'unités. Il convient de noter que chaque signal de commande de base possède son propre gain de tension.

Les transistors ont également fréquence de réponse , qui caractérise la capacité du transistor à amplifier un signal dont la fréquence se rapproche de la fréquence de coupure d'amplification. Le fait est qu'à mesure que la fréquence du signal d'entrée augmente, le gain diminue. Cela est dû au fait que le temps de passage du principal processus physiques(le temps de déplacement des porteurs de l'émetteur au collecteur, la charge et la décharge des jonctions capacitives barrière) devient proportionnel à la période de changement du signal d'entrée. Ceux. le transistor n'a tout simplement pas le temps de réagir aux changements du signal d'entrée et, à un moment donné, cesse simplement de l'amplifier. La fréquence à laquelle cela se produit est appelée frontière.

Aussi, les paramètres du transistor bipolaire sont :

• courant inverse collecteur-émetteur
• à temps
• courant de collecteur inverse
• courant maximum admissible

Conditionnel notation n-p-n Et transistor pnp Ils ne diffèrent que par le sens de la flèche indiquant l'émetteur. Il montre comment le courant circule dans un transistor donné.

Modes de fonctionnement d'un transistor bipolaire

L'option discutée ci-dessus représente le mode de fonctionnement actif normal du transistor. Cependant, il existe plusieurs autres combinaisons de jonctions p-n ouvertes/fermées, chacune représentant un mode de fonctionnement distinct du transistor.

1. Mode actif inversé. Ici la transition BC est ouverte, mais au contraire, la transition EB est fermée. Les propriétés d'amplification dans ce mode sont bien entendu pires que jamais, c'est pourquoi les transistors sont très rarement utilisés dans ce mode.
2. Mode saturation. Les deux passages sont ouverts. En conséquence, les principaux porteurs de charge du collecteur et de l'émetteur « courent » vers la base, où ils se recombinent activement avec ses principaux porteurs. En raison de l'excès de porteurs de charge qui en résulte, la résistance des jonctions de base et p-n diminue. Par conséquent, un circuit contenant un transistor en mode saturation peut être considéré comme court-circuité, et cet élément radio lui-même peut être représenté comme un point équipotentiel.
3. Mode coupure. Les deux transitions du transistor sont fermées, c'est-à-dire le courant des principaux porteurs de charge entre l'émetteur et le collecteur s'arrête. Les flux de porteurs de charge minoritaires ne créent que des courants de transition thermique faibles et incontrôlables. En raison de la pauvreté de la base et des transitions avec les porteurs de charge, leur résistance augmente considérablement. Par conséquent, on pense souvent qu’un transistor fonctionnant en mode coupure représente un circuit ouvert.
4. Mode barrière Dans ce mode, la base est connectée directement ou via une faible résistance au collecteur. Une résistance est également incluse dans le circuit collecteur ou émetteur, qui règle le courant à travers le transistor. Cela crée l'équivalent d'un circuit de diodes avec une résistance en série. Ce mode est très utile car il permet au circuit de fonctionner à presque n'importe quelle fréquence, sur une large plage de températures et est peu exigeant pour les paramètres des transistors.

Circuits de commutation pour transistors bipolaires

Étant donné que le transistor a trois contacts, en général, l'alimentation doit lui être fournie à partir de deux sources, qui produisent ensemble quatre sorties. Par conséquent, l’un des contacts du transistor doit être alimenté par une tension du même signe provenant des deux sources. Et selon le type de contact, il existe trois circuits pour connecter des transistors bipolaires : avec un émetteur commun (CE), un collecteur commun (OC) et base commune(À PROPOS DE). Chacun d’eux présente à la fois des avantages et des inconvénients. Le choix entre eux se fait en fonction des paramètres qui sont importants pour nous et de ceux qui peuvent être sacrifiés.

Circuit de connexion avec émetteur commun

Ce circuit offre le plus grand gain en tension et en courant (et donc en puissance - jusqu'à des dizaines de milliers d'unités), et est donc le plus courant. Ici, la jonction émetteur-base est activée directement et la jonction base-collecteur est activée de manière inversée. Et comme la base et le collecteur sont alimentés par une tension du même signe, le circuit peut être alimenté à partir d'une seule source. Dans ce circuit, la phase de sortie Tension alternative change par rapport à la phase de la tension alternative d'entrée de 180 degrés.

Mais en plus de tous les avantages, le programme OE a également inconvénient majeur. Cela réside dans le fait qu'une augmentation de la fréquence et de la température entraîne une détérioration significative des propriétés d'amplification du transistor. Ainsi, si le transistor doit fonctionner à hautes fréquences, il est alors préférable d'utiliser un circuit de commutation différent. Par exemple, avec un socle commun.

Schéma de connexion avec une base commune

Ce circuit ne fournit pas d'amplification significative du signal, mais est efficace dans les hautes fréquences, car il permet une utilisation plus complète de la réponse en fréquence du transistor. Si le même transistor est connecté d'abord selon un circuit avec un émetteur commun, puis avec une base commune, alors dans le second cas, il y aura une augmentation significative de sa fréquence de coupure d'amplification. Puisqu'avec une telle connexion, l'impédance d'entrée est faible et l'impédance de sortie n'est pas très élevée, des cascades de transistors assemblées selon le circuit OB sont utilisées dans les amplificateurs d'antenne, où impédance caractéristique câbles ne dépasse généralement pas 100 ohms.

Dans un circuit à base commune, la phase du signal ne s'inverse pas et le niveau de bruit aux hautes fréquences est réduit. Mais comme déjà mentionné, son gain actuel est toujours légèrement inférieur à l’unité. Certes, le gain de tension ici est le même que dans un circuit avec un émetteur commun. Les inconvénients d'un circuit à base commune incluent également la nécessité d'utiliser deux alimentations.

Schéma de connexion avec un collecteur commun

La particularité de ce schéma est que tension d'entrée est entièrement retransmis à l'entrée, c'est-à-dire un retour négatif très fort.

Permettez-moi de vous rappeler que le négatif s'appelle tel retour, dans lequel le signal de sortie est renvoyé à l'entrée, réduisant ainsi le niveau du signal d'entrée. Ainsi, un ajustement automatique se produit lorsque les paramètres du signal d'entrée changent accidentellement.

Le gain de courant est presque le même que dans le circuit à émetteur commun. Mais le gain de tension est faible (le principal inconvénient de ce circuit). Elle se rapproche de l'unité, mais elle est toujours inférieure à elle. Ainsi, le gain de puissance n’est que de quelques dizaines d’unités.

Dans un circuit collecteur commun, il n’y a pas de déphasage entre la tension d’entrée et la tension de sortie. Étant donné que le gain de tension est proche de l'unité, la tension de sortie correspond à la tension d'entrée en phase et en amplitude, c'est-à-dire la répète. C'est pourquoi un tel circuit est appelé émetteur-suiveur. Émetteur - parce que la tension de sortie est supprimée de l'émetteur par rapport au fil commun.

Cette connexion est utilisée pour faire correspondre les étages à transistors ou lorsque la source du signal d'entrée a une impédance d'entrée élevée (par exemple, un capteur piézoélectrique ou un microphone à condensateur).

Deux mots sur les cascades

Il arrive que vous deviez augmenter la puissance de sortie (c'est-à-dire augmenter le courant du collecteur). Dans ce cas, une connexion parallèle du nombre requis de transistors est utilisée.

Naturellement, leurs caractéristiques devraient être à peu près les mêmes. Mais il ne faut pas oublier que le courant total maximum du collecteur ne doit pas dépasser 1,6 à 1,7 du courant maximum du collecteur de l'un des transistors en cascade.
Cependant (merci pour la note), il n'est pas recommandé de le faire dans le cas de transistors bipolaires. Car deux transistors, même du même type, sont au moins légèrement différents l'un de l'autre. En conséquence, lorsqu'ils sont connectés en parallèle, des courants de différentes amplitudes les traversent. Pour égaliser ces courants, des résistances équilibrées sont installées dans les circuits émetteurs des transistors. La valeur de leur résistance est calculée de manière à ce que la chute de tension à leurs bornes dans la plage de courant de fonctionnement soit d'au moins 0,7 V. Il est clair que cela entraîne une détérioration significative de l'efficacité du circuit.

Il peut également être nécessaire de disposer d'un transistor présentant une bonne sensibilité et en même temps un bon gain. Dans de tels cas, une cascade d'un transistor sensible mais de faible puissance (VT1 sur la figure) est utilisée, qui contrôle l'alimentation d'un transistor plus puissant (VT2 sur la figure).

Autres applications des transistors bipolaires

Les transistors peuvent être utilisés non seulement dans les circuits d'amplification de signal. Par exemple, du fait qu'ils peuvent fonctionner en modes saturation et coupure, ils sont utilisés comme clés électroniques. Il est également possible d'utiliser des transistors dans des circuits générateurs de signaux. S'ils fonctionnent en mode clé, alors un signal rectangulaire sera généré, et s'ils sont en mode amplification, alors un signal de forme arbitraire, en fonction de l'action de contrôle.

Marquage

Puisque l’article a déjà atteint un volume indécent, je vais simplement en donner deux bons liens, qui décrivent en détail les principaux systèmes de marquage des dispositifs à semi-conducteurs (y compris les transistors) : http://kazus.ru/guide/transistors/mark_all.html et file.xls (35 ko).

Commentaires utiles :
http://habrahabr.ru/blogs/easyelectronics/133136/#comment_4419173

Mots clés:

• transistor
• transistors bipolaires
• électronique

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Nous avons appris comment fonctionne un transistor et passé en revue les technologies de fabrication en termes généraux. germanium Et silicium transistors et compris comment ils sont marqués.

Aujourd'hui, nous allons mener plusieurs expériences et nous assurer que le transistor bipolaire est bien constitué de deux diodes, connectés dos à dos, et que le transistor est amplificateur de signaux.

Nous avons besoin d'un transistor au germanium de faible puissance structures pnp de la série MP39 - MP42, une lampe à incandescence conçue pour une tension de 2,5 Volts et une alimentation de 4 à 5 Volts. De manière générale, pour les radioamateurs débutants, je recommande d'en assembler un petit réglable avec lequel vous alimenterez vos conceptions.

1. Le transistor est constitué de deux diodes.

Pour le vérifier, assemblons un petit circuit : la base du transistor VT1 connecter au moins de la source d'alimentation et la borne du collecteur à l'une des bornes de la lampe à incandescence EL. Maintenant, si la deuxième borne de la lampe est connectée au positif de la source d’alimentation, la lampe s’allumera.

L'ampoule s'est allumée parce que nous avons postulé direct- la tension de passage qui a ouvert la jonction du collecteur et qui l'a traversée courant continu collectionneur Je. L'ampleur de ce courant dépend de la résistance filaments lampes et résistance interne source de courant.

Examinons maintenant le même circuit, mais nous allons décrire le transistor comme une plaque semi-conductrice.

Principaux porteurs de charge dans la base électrons, en surmontant la jonction p-n, entrez dans la région du trou collectionneur et deviennent inutiles. Devenus électrons minoritaires, les électrons de base sont absorbés par les porteurs majoritaires dans la région des trous du collecteur. des trous. De la même manière, les trous de la région du collecteur, entrant dans la région électronique de la base, deviennent minoritaires et sont absorbés par les principaux porteurs de charge de la base. électrons.

Le contact de base connecté au pôle négatif de l'alimentation sera acte quantité presque illimitée électrons, reconstituant la diminution des électrons de la région de base. Et le contact collecteur, connecté au pôle positif de la source d'alimentation via le filament de la lampe, est capable de accepter le même nombre d'électrons, grâce auquel la concentration de trous dans la région sera restaurée socles.

Ainsi, la conductivité de la jonction p-n deviendra grande et la résistance au courant sera faible, ce qui signifie que le courant du collecteur circulera à travers la jonction du collecteur. Je. Et quoi plus il y aura ce courant, alors plus lumineux la lampe s'allumera.

L'ampoule s'allumera également si elle est connectée au circuit de jonction de l'émetteur. La figure ci-dessous montre exactement cette version du circuit.

Modifions maintenant un peu le circuit et la base du transistor VT1 se connecter à plus source de courant. Dans ce cas, la lampe ne s'allumera pas, puisque nous avons inclus la jonction p-n du transistor dans inverse direction. Et cela signifie que résistance pn la transition est devenue super et seule une très petite quantité le traverse courant inverse collectionneur Ikbo incapable de chauffer le filament d'une lampe EL. Dans la plupart des cas, ce courant ne dépasse pas quelques microampères.

Et pour enfin vérifier cela, considérons à nouveau un circuit avec un transistor représenté comme une plaque semi-conductrice.

Électrons situés dans la région socles, déménagera à plus source d'alimentation, en s'éloignant de la jonction p-n. Trous situés dans la zone collectionneur, s'éloignera également de la jonction p-n, se dirigeant vers négatif pôle de la source d’alimentation. En conséquence, la frontière entre les régions semble être va s'étendre, ce qui entraîne la formation d'une zone appauvrie en trous et en électrons, qui offrira une grande résistance au courant.

Mais comme dans chacune des zones la base et le collecteur sont présents non essentiel porteurs de charge, puis petits échange des électrons et des trous se produiront toujours entre les régions. Par conséquent, un courant plusieurs fois inférieur au courant continu circulera à travers la jonction du collecteur, et ce courant ne suffira pas à enflammer le filament de la lampe.

2. Fonctionnement du transistor en mode commutation.

Faisons une autre expérience montrant l'un des modes de fonctionnement du transistor.
Entre le collecteur et l'émetteur du transistor nous connecterons une source d'alimentation et la même lampe à incandescence connectée en série. Nous connectons le plus de la source d'alimentation à l'émetteur et le moins via le filament de la lampe au collecteur. La lampe ne s'allume pas. Pourquoi?

Tout est très simple : si vous appliquez une tension d'alimentation entre l'émetteur et le collecteur, alors, quelle que soit la polarité, l'une des transitions se fera dans le sens direct, et l'autre dans le sens inverse et interférera avec la circulation du courant . Ce n’est pas difficile à voir si vous regardez la figure suivante.

La figure montre que la jonction base-émetteur-émetteur est incluse dans direct direction et est dans un état ouvert et est prêt à accepter un nombre illimité d’électrons. La jonction base-collecteur, au contraire, est incluse dans inverse direction et empêche le passage des électrons vers la base.

Il s'ensuit que les principaux porteurs de charge dans la région émettrice des trous, repoussés par le plus de la source d'énergie, se précipitent vers la zone de base et là, ils sont mutuellement absorbés (recombinés) avec les principaux porteurs de charge de la base électrons. Au moment de la saturation, lorsqu'il ne reste plus de porteurs de charge libres de part et d'autre, leur mouvement s'arrêtera, ce qui signifie que le courant cessera de circuler. Pourquoi? Parce que du côté du collectionneur, il n'y aura pas recharger des électrons.

Il s'avère que les principaux porteurs de charge du collecteur des trous attirés par le pôle négatif de la source d'alimentation, et certains d'entre eux ont été mutuellement absorbés électrons, venant du côté négatif de la source d'alimentation. Et au moment de saturation, quand il n'y a plus de part et d'autre gratuit porteurs de charge, les trous, en raison de leur prédominance dans la zone du collecteur, bloqueront le passage ultérieur des électrons vers la base.

Ainsi, entre le collecteur et la base, se forme une zone dépourvue de trous et d'électrons, qui offrira une grande résistance au courant.

Bien sûr, merci champ magnétique et les effets thermiques, un petit courant circulera toujours, mais la force de ce courant est si faible qu'il n'est pas capable de chauffer le filament de la lampe.

Ajoutons maintenant au diagramme cavalier et nous y connecterons la base avec l'émetteur. L'ampoule connectée au circuit collecteur du transistor ne s'allumera plus. Pourquoi?

Car lorsque la base et l'émetteur sont court-circuités avec un cavalier, la jonction du collecteur devient simplement une diode à laquelle L'opposé tension. Le transistor est à l'état bloqué et seul un léger courant de collecteur inverse le traverse. Ikbo.

Maintenant modifions un peu plus le circuit et ajoutons une résistance Rb résistance 200 - 300 Ohm et une autre source de tension Go sous forme de pile AA.
Connectez le négatif de la batterie à travers une résistance Rb avec une base de transistor, plus des batteries avec un émetteur. La lampe s'est allumée.

La lampe s'est allumée parce que nous avons connecté une batterie entre la base et l'émetteur et l'avons ainsi appliquée à la jonction de l'émetteur. direct tension de déverrouillage. La jonction de l'émetteur s'est ouverte et l'a traversée droit courant, qui ouvert jonction collecteur du transistor. Le transistor s'est ouvert et le long du circuit émetteur-base-collecteur courant de collecteur circulant Je, plusieurs fois supérieur au courant du circuit émetteur-base. Et grâce à ce courant, l'ampoule s'est allumée.

Si nous changeons la polarité de la batterie et appliquons plus à la base, la jonction de l'émetteur se fermera et, avec elle, la jonction du collecteur se fermera. Un courant de collecteur inverse circulera à travers le transistor Ikbo et la lumière s'éteindra.

Résistance Rb limite le courant dans le circuit de base. Si le courant n'est pas limité et que tous les 1,5 volts sont appliqués à la base, alors trop de courant circulera à travers la jonction de l'émetteur, ce qui peut entraîner panne thermique transition et le transistor échouera. En règle générale, pour germanium transistors, la tension de déverrouillage n'est pas supérieure à 0,2 volts, et pour silicium pas plus 0,7 Volt.

Et encore une fois nous analyserons le même circuit, mais nous imaginerons le transistor sous la forme d'une plaque semi-conductrice.

Lorsqu'une tension de déverrouillage est appliquée à la base du transistor, celui-ci s'ouvre émetteur la transition et les trous libres de l'émetteur commencent à être mutuellement absorbés avec les électrons socles, créant un petit courant de base avant Ib.

Mais tous les trous introduits par l’émetteur dans la base ne se recombinent pas avec ses électrons. Généralement, la surface de base est constituée mince, et dans la fabrication de structures de transistors concentration de PNP des trous dans émetteur Et collectionneur rendre plusieurs fois supérieure à la concentration électronique dans base de données, donc seule une petite partie des trous est absorbée par les électrons de base.

La majeure partie des trous de l'émetteur traverse la base et est soumise à l'influence d'une tension négative plus élevée agissant dans le collecteur, et avec les trous du collecteur, elle se déplace vers son contact négatif, où elle est mutuellement absorbée par les électrons introduits par le pôle négatif. de la source d'alimentation G.B..

En conséquence, la résistance du circuit collecteur émetteur-base-collecteur diminue et un courant collecteur direct y circule Je plusieurs fois le courant de base Ib Chaînes émetteur-base.

Comment plus plus des trous sont introduits depuis l'émetteur dans la base, ce qui permet de manière plus significative courant dans le circuit collecteur. Et, à l'inverse, que moins tension de déverrouillage à la base, donc moins courant dans le circuit collecteur.

Si, au moment du fonctionnement du transistor, un milliampèremètre est inclus dans les circuits de base et de collecteur, alors avec le transistor fermé, il n'y aurait pratiquement aucun courant dans ces circuits.

Lorsque le transistor est ouvert, le courant de base Ib serait de 2-3 mA, et le courant du collecteur Je serait d'environ 60 à 80 mA. Tout cela suggère que le transistor peut être amplificateur de courant.

Dans ces expériences, le transistor était dans l’un des deux états suivants : ouvert ou fermé. Le transistor passe d'un état à un autre sous l'influence de la tension de déverrouillage à la base Ub. Ce mode transistor est appelé mode de commutation ou clé. Ce mode de fonctionnement du transistor est utilisé dans les instruments et les appareils d'automatisation.

Terminons ici, et dans la prochaine partie nous analyserons le fonctionnement d'un transistor en prenant l'exemple d'un simple amplificateur. fréquence audio, assemblé sur un transistor.
Bonne chance!

Littérature:

1. Borisov V.G - Jeune radioamateur. 1985
2. E. Iceberg - Transistor ?.. C'est très simple ! 1964

Dans cet article, nous allons essayer de décrire principe d'opération Le type de transistor le plus courant est bipolaire. Transistor bipolaire est l'un des principaux éléments actifs appareils radio-électroniques. Son but est de travailler à amplifier la puissance du signal électrique arrivant à son entrée. L'amplification de puissance est réalisée à l'aide d'une source d'énergie externe. Un transistor est un composant radioélectronique à trois bornes

Caractéristique de conception d'un transistor bipolaire

Pour produire un transistor bipolaire, il faut un trou ou un semi-conducteur type électronique conductivité, qui est obtenue par diffusion ou fusion avec des impuretés accepteurs. En conséquence, des régions à conductivité polaire se forment des deux côtés de la base.

Les transistors bipolaires sont de deux types basés sur la conductivité : n-p-n et p-n-p. Règles de fonctionnement qui régissent un transistor bipolaire ayant conductivité n-p-n(pour p-n-p il faut changer la polarité de la tension appliquée) :

1. Le potentiel positif sur le collecteur a valeur plus élevée par rapport à l'émetteur.
2. Tout transistor a ses propres paramètres maximaux admissibles Ib, Ik et Uke, dont le dépassement est en principe inacceptable, car cela peut conduire à la destruction du semi-conducteur.
3. Les bornes base-émetteur et base-collecteur fonctionnent comme des diodes. En règle générale, la diode dans le sens base-émetteur est ouverte et dans le sens base-collecteur, elle est polarisée dans le sens opposé, c'est-à-dire que la tension entrante interfère avec le flux courant électriqueà travers lui.
4. Si les étapes 1 à 3 sont réalisées, alors le courant Ik est directement proportionnel au courant Ib et a la forme : Ik = he21*Ib, où he21 est le gain actuel. Cette règle caractérise la principale qualité du transistor, à savoir que le faible courant de base contrôle le puissant courant de collecteur.

Pour différents transistors bipolaires d'une même série, l'indicateur he21 peut varier fondamentalement de 50 à 250. Sa valeur dépend également du courant collecteur circulant, de la tension entre l'émetteur et le collecteur et de la température ambiante.

Étudions la règle n°3. Il s'ensuit que la tension appliquée entre l'émetteur et la base ne doit pas être augmentée de manière significative, car si la tension de base est supérieure de 0,6 à 0,8 V à celle de l'émetteur (tension directe de la diode), alors un courant extrêmement important sera apparaître. Ainsi, dans un transistor en fonctionnement, les tensions à l'émetteur et à la base sont interconnectées selon la formule : Ub = Ue + 0,6V (Ub = Ue + Ube)

Rappelons encore une fois que tous ces points s'appliquent aux transistors à conductivité n-p-n. Pour type pnp tout devrait être inversé.

Vous devez également faire attention au fait que le courant du collecteur n'a aucun lien avec la conductivité de la diode, car, en règle générale, une tension inverse est fournie à la diode collecteur-base. De plus, le courant circulant dans le collecteur dépend très peu du potentiel sur le collecteur (cette diode s'apparente à une petite source de courant)

Lorsque le transistor est activé en mode amplification, la jonction émetteur est ouverte et la jonction collecteur est fermée. Ceci est réalisé en connectant les alimentations.

Étant donné que la jonction de l'émetteur est ouverte, le courant de l'émetteur la traversera, résultant de la transition des trous de la base à l'émetteur, ainsi que des électrons de l'émetteur à la base. Ainsi, le courant de l'émetteur contient deux composants : le trou et l'électron. Le taux d'injection détermine l'efficacité de l'émetteur. L'injection de charges est le transfert de porteurs de charge de la zone où ils étaient majoritaires vers la zone où ils deviennent minoritaires.

Dans la base, les électrons se recombinent et leur concentration dans la base est reconstituée à partir du plus de la source EE. En conséquence, dans circuit électrique un courant plutôt faible sortira de la base. Les électrons restants qui n'ont pas eu le temps de se recombiner dans la base, sous l'influence accélératrice du champ de la jonction collectrice verrouillée, en tant que porteurs minoritaires, vont se déplacer dans le collecteur, créant un courant collecteur. Le transfert des porteurs de charges de la zone où ils étaient minoritaires vers la zone où ils deviennent majoritaires est appelé extraction de charges électriques.

Autrefois, les transistors remplaçaient les tubes à vide. Cela est dû au fait qu'ils ont des dimensions plus petites, une fiabilité élevée et des coûts de production inférieurs. Maintenant, les transistors bipolairessont les éléments de base de tous les circuits d’amplification.

Représente élément semi-conducteur, ayant une structure à trois couches qui forme deux jonctions électron-trou. Le transistor peut donc être représenté comme deux diodes dos à dos. En fonction de quels seront les principaux porteurs de charges, on distingue p-n-p Et n-p-n transistors.

Base– une couche semi-conductrice, qui constitue la base de la conception du transistor.

Émetteur appelée couche semi-conductrice dont la fonction est d'injecter des porteurs de charge dans la couche de base.

Collectionneur appelée couche semi-conductrice, dont la fonction est de collecter les porteurs de charge traversant la couche de base.

Généralement, l'émetteur contient beaucoup grande quantité charges principales que la base. C'est la condition principale pour le fonctionnement du transistor, car dans ce cas, lorsque la jonction de l'émetteur est polarisée en direct, le courant sera déterminé par les porteurs principaux de l'émetteur. L'émetteur pourra remplir sa fonction principale : injecter des porteurs dans la couche de base. Ils essaient généralement de rendre le courant inverse de l'émetteur aussi petit que possible. Une augmentation des porteurs majoritaires de l'émetteur est obtenue en utilisant une concentration élevée de dopants.

Rendre la base aussi fine que possible. Cela est dû à la durée de vie des charges. Les porteurs de charges doivent traverser la base et se recombiner le moins possible avec les porteurs principaux de la base pour atteindre le collecteur.

Pour que le collectionneur puisse collecter plus complètement les médias passant par la base, il essaie de l'élargir.

Principe de fonctionnement du transistor

Regardons exemple p-n-p transistor.

En l’absence de tensions extérieures, une différence de potentiel s’établit entre les couches. Des barrières potentielles sont installées aux passages à niveau. De plus, si le nombre de trous dans l'émetteur et le collecteur est le même, alors les barrières de potentiel auront la même largeur.

Pour que le transistor fonctionne correctement, la jonction émetteur doit être polarisée en direct et la jonction collecteur doit être polarisée en inverse.. Cela correspondra au mode de fonctionnement actif du transistor. Pour établir une telle connexion, deux sources sont nécessaires. Une source de tension Ue est connectée par le pôle positif à l'émetteur et le pôle négatif à la base. Une source de tension Uк est connectée avec le pôle négatif au collecteur et le pôle positif à la base. De plus, Ue< Uк.

Sous l'influence de la tension Ue, la jonction émetteur est polarisée dans le sens direct. Comme on le sait, lorsque la transition électron-trou est polarisée en direct, le champ externe est dirigé à l'opposé du champ de transition et le réduit donc. Les porteurs majoritaires commencent à passer par la transition : dans l'émetteur, il y a 1 à 5 trous et dans la base, 7 à 8 électrons. Et comme le nombre de trous dans l’émetteur est supérieur au nombre d’électrons dans la base, le courant de l’émetteur leur est principalement dû.

Le courant de l'émetteur est la somme de la composante de trou du courant de l'émetteur et de la composante électronique de la base.

Puisque seul le composant à trou est utile, ils essaient de rendre le composant électronique aussi petit que possible. Caractéristiques qualitatives la jonction de l'émetteur est taux d'injection.

Ils tentent de rapprocher le coefficient d’injection de 1.

Les trous 1 à 5 qui sont passés dans la base s'accumulent à la limite de la jonction de l'émetteur. Ainsi, une forte concentration de trous est créée à proximité de l'émetteur et une faible concentration à proximité de la jonction du collecteur, ce qui entraîne le début du mouvement de diffusion des trous de l'émetteur vers la jonction du collecteur. Mais près de la jonction du collecteur, la concentration des trous reste nulle, car dès que les trous atteignent la jonction, ils sont accélérés par son champ interne et sont extraits (tirés) dans le collecteur. Les électrons sont repoussés par ce champ.

Pendant que les trous traversent la couche de base, ils se recombinent avec les électrons qui s'y trouvent, par exemple, comme le trou 5 et l'électron 6. Et comme les trous arrivent constamment, ils créent un excès de charge positive, donc les électrons doivent également entrer, qui sont attirés à travers la borne de base et forment un courant de base Ibr. Ce condition importante fonctionnement des transistors – la concentration de trous dans la base doit être approximativement égale à la concentration d'électrons. Autrement dit La neutralité électrique du socle doit être assurée.

Le nombre de trous atteignant le collecteur est inférieur au nombre de trous sortant de l'émetteur par la quantité de trous recombinés dans la base. C'est, Le courant du collecteur diffère du courant de l'émetteur par la quantité du courant de base.

D'ici, il apparaît coefficient de transfert transporteurs, qu’ils tentent également de rapprocher du 1.

Le courant de collecteur du transistor est constitué de la composante de trou Icr et du courant de collecteur inverse.

Le courant inverse du collecteur résulte de la polarisation inverse de la jonction du collecteur, il est donc constitué de porteurs minoritaires du trou 9 et de l'électron 10. Précisément parce que le courant inverse est formé de porteurs minoritaires, il ne dépend que du processus de génération thermique, c'est-à-dire sur la température. C'est pourquoi on l'appelle souvent courant thermique.

La qualité du transistor dépend de l'ampleur du courant thermique : plus il est petit, meilleur est le transistor.

Le courant du collecteur est connecté à l'émetteur coefficient de transfert de courant.

Les courants dans le transistor peuvent être représentés comme suit