Takto funguje dióda

Toto je taká zložitá vec, ktorá prechádza prúdom iba jedným smerom. Dá sa to prirovnať k bradavke. Používa sa napríklad v usmerňovačoch, keď sa zo striedavého prúdu vyrába jednosmerný prúd. Alebo keď je potrebné oddeliť spätné napätie od dopredného napätia. Pozrite sa na obvod programátora (kde bol príklad s deličom). Vidíte, že existujú diódy, čo si myslíte, prečo? Je to jednoduché. Pre mikrokontrolér sú logické úrovne 0 a 5 voltov a pre port COM je jedna mínus 12 voltov a nula je plus 12 voltov. Tu je dióda a preruší toto mínus 12, čím sa vytvorí 0 voltov. A keďže dióda nemá ideálnu vodivosť v priepustnom smere (všeobecne závisí od použitého priepustného napätia, čím je vyššie, tým lepšie dióda vedie prúd), potom na jej odpore klesne asi 0,5-0,7 voltu, zvyšok, po rozdelení odpormi na dva bude asi 5,5 voltov, čo nepresahuje limity regulátora.
Vodiče diódy sa nazývajú anóda a katóda. Prúd tečie z anódy na katódu. Je veľmi jednoduché zapamätať si, kde je ktorý záver: na symbole je šípka a na boku palica Komu atoda, ako to bolo, nakresliť písmeno TO tu pozri - TO| -. K = katóda! A na časti je katóda označená pásikom alebo bodkou.

Existuje ďalší zaujímavý typ diódy - Zenerova dióda... Použil som to v jednom z predchádzajúcich článkov. Jeho zvláštnosťou je, že v priepustnom smere funguje ako bežná dióda, ale v opačnom smere sa odlomí pri nejakom napätí, napríklad 3,3 voltu. Podobne ako ventil na obmedzenie tlaku parného kotla, ktorý sa otvorí pri prekročení tlaku a uvoľní prebytočnú paru. Zenerove diódy sa používajú, keď chcú získať napätie danej hodnoty bez ohľadu na vstupné napätia. Môže to byť napríklad referenčná hodnota, s ktorou sa porovnáva vstupný signál. Môžu znížiť vstupný signál na požadovanú hodnotu alebo ho použiť ako ochranu. V mojich obvodoch často dávam 5,5 voltovú zenerovu diódu na napájanie regulátora, takže ak sa niečo stane, ak náhle vyskočí napätie, táto zenerova dióda vybije prebytok. Existuje aj taká šelma ako supresor. Rovnaká zenerova dióda, len oveľa výkonnejšia a často obojsmerná. Používa sa na ochranu napájania.

Tranzistor.

Hrozná vec, ako dieťa som nerozumel, ako to funguje, ale ukázalo sa, že je to jednoduché.
Vo všeobecnosti možno tranzistor prirovnať k riadenému ventilu, kde s malým úsilím riadime silný tok. Mierne som pootočil kľučkou a cez potrubie sa prehnali tony sračiek, otvorili ich silnejšie a teraz bolo všetko naokolo zadusené odpadovými vodami. Tie. výstup je úmerný vstupu vynásobenému nejakou hodnotou. Táto hodnota je zisk.
Tieto zariadenia sú rozdelené na poľné a bipolárne.
Bipolárny tranzistor má žiarič, zberateľ a základňu(pozri výkres referenčného označenia). Je to žiarič so šípkou, základňa je označená ako rovná plocha medzi žiaričom a kolektorom. Medzi emitorom a kolektorom tečie veľký prúd užitočného zaťaženia, smer prúdu je určený šípkou na emitore... Ale medzi základňou a emitorom je malý riadiaci prúd. Zhruba povedané, veľkosť budiaceho prúdu ovplyvňuje odpor medzi kolektorom a emitorom. Bipolárne tranzistory sú dvoch typov: p-n-p a n-p-n zásadný rozdiel je len v smere prúdu cez ne.

Tranzistor s efektom poľa sa líši od bipolárneho tranzistora tým, že v ňom už nie je odpor kanála medzi zdrojom a kolektorom určený prúdom, ale napätím hradla. V poslednej dobe získali obrovskú popularitu tranzistory s efektom poľa (na nich sú postavené všetky mikroprocesory), od r. prúdy v nich sú mikroskopické, rozhodujúcu úlohu zohráva napätie, čo znamená, že straty a tvorba tepla sú minimálne.

Tranzistor vám to skrátka umožní pri slabom signáli, napríklad z päty mikrokontroléra. Ak nestačí zosilnenie jedného tranzistora, môžu byť zapojené v kaskádach - jeden po druhom, stále výkonnejšie. A niekedy aj jedno mocné pole MOSFET tranzistor. Pozrite si napríklad, ako sa ovláda vibračné upozornenie v obvodoch mobilného telefónu. Tam výstup z procesora ide do brány výkonu MOSFET kľúč.

Boli poskytnuté potrebné vysvetlenia, poďme k veci.

Tranzistory. Definícia a história

Tranzistor- elektronické polovodičové zariadenie, v ktorom je prúd v obvode dvoch elektród riadený treťou elektródou. (tranzistors.ru)

Tranzistory s efektom poľa boli vynájdené ako prvé (1928) a bipolárne sa objavili v roku 1947 v Bell Labs. A bola to bez preháňania revolúcia v elektronike.

Tranzistory veľmi rýchlo nahradili vákuové trubice v rôznych elektronických zariadeniach. V tomto ohľade sa spoľahlivosť takýchto zariadení zvýšila a ich veľkosť sa výrazne znížila. A dodnes, bez ohľadu na to, aký "sofistikovaný" je mikroobvod, stále obsahuje veľa tranzistorov (rovnako ako diódy, kondenzátory, odpory atď.). Len veľmi malé.

Mimochodom, pôvodne sa "tranzistory" nazývali odpory, ktorých odpor bolo možné meniť pomocou hodnoty použitého napätia. Ak ignorujeme fyziku procesov, potom moderný tranzistor môže byť reprezentovaný aj ako odpor, ktorý závisí od signálu, ktorý sa naň aplikuje.

Aký je rozdiel medzi tranzistormi s efektom poľa a bipolárnymi tranzistormi? Odpoveď sa skrýva v ich samotných menách. V bipolárnom tranzistore zahŕňa prenos náboja a elektróny, a diery ("bis" - dvakrát). A v teréne (aka unipolárne) - alebo elektróny, alebo diery.

Tieto typy tranzistorov sa tiež líšia v oblastiach použitia. Bipolárne sa používajú hlavne v analógovej technológii, zatiaľ čo poľné sa používajú v digitálnej technológii.

A nakoniec: hlavná oblasť použitia akýchkoľvek tranzistorov- zosilnenie slabého signálu v dôsledku dodatočného zdroja energie.

Bipolárny tranzistor. Princíp činnosti. Hlavné charakteristiky

Bipolárny tranzistor pozostáva z troch oblastí: emitor, báza a kolektor, z ktorých každá je pod napätím. V závislosti od typu vodivosti týchto oblastí sa rozlišujú tranzistory n-p-n a p-n-p. Oblasť kolektora je zvyčajne širšia ako oblasť žiariča. Základňa je vyrobená z jemne dopovaného polovodiča (kvôli ktorému má vysoký odpor) a je vyrobená veľmi tenká. Pretože kontaktná plocha emitor-báza je oveľa menšia ako kontaktná plocha báza-kolektor, nie je možné meniť miestami emitor a kolektor zmenou polarity spojenia. Tranzistor je teda klasifikovaný ako nevyvážené zariadenie.

Predtým, ako zvážime fyziku tranzistora, načrtnime všeobecný problém.


Sú nasledovné: medzi emitorom a kolektorom tečie silný prúd ( kolektorový prúd) a medzi vysielačom a základňou - slabý riadiaci prúd ( základný prúd). Kolektorový prúd sa bude meniť v závislosti od zmeny základného prúdu. prečo?
Zvážte pn prechody tranzistora. Existujú dva z nich: emitor-base (EB) a base-collector (BC). V aktívnom režime činnosti tranzistora je prvý z nich spojený s predpätím a druhý so spätným predpätím. Čo sa stane v tomto prípade na p-n križovatkách? Aby sme boli konkrétnejší, budeme uvažovať o tranzistore n-p-n. Pre p-n-p je všetko rovnaké, len slovo "elektróny" je potrebné nahradiť slovom "diery".

Keďže EB prechod je otvorený, elektróny ľahko „prebehnú“ k základni. Tam sa čiastočne rekombinujú s dierami, ale b O Väčšine z nich sa vďaka malej hrúbke základne a jej slabému legovaniu podarí dosiahnuť prechod základňa-kolektor. Ktorý, ako si pamätáme, je zapnutý s reverzným sklonom. A keďže elektróny v báze sú menšími nosičmi náboja, elektrické pole prechodu im pomáha ho prekonať. Kolektorový prúd je teda len o niečo menší ako prúd emitora. Teraz pozor na ruky. Ak sa základný prúd zvýši, potom sa spoj EB otvorí silnejšie a medzi emitorom a kolektorom bude môcť prekĺznuť viac elektrónov. A keďže kolektorový prúd je spočiatku vyšší ako základný prúd, táto zmena bude veľmi, veľmi nápadná. teda dôjde k zosilneniu slabého signálu prijatého na základni... Opäť platí, že veľká zmena kolektorového prúdu je proporcionálnym odrazom malej zmeny základného prúdu.

Pamätám si, že môj spolužiak vysvetlil princíp fungovania bipolárneho tranzistora na príklade vodovodného kohútika. Voda v nej je kolektorový prúd a základný riadiaci prúd je to, o koľko otáčame gombíkom. Na zvýšenie prietoku vody z kohútika stačí malé úsilie (kontrolná činnosť).

Okrem uvažovaných procesov sa na pn prechodoch tranzistora môže vyskytnúť množstvo ďalších javov. Napríklad pri silnom zvýšení napätia na spoji báza-kolektor môže začať lavínové znásobenie náboja v dôsledku nárazovej ionizácie. A v spojení s tunelovým efektom to spôsobí najskôr elektrický a potom (s rastúcim prúdom) a tepelný rozpad. Tepelný prieraz v tranzistore však môže nastať aj bez elektrického (t.j. bez zvýšenia napätia kolektora na prierazné napätie). Na to postačí jeden nadmerný prúd cez kolektor.

Ďalší jav je spojený so skutočnosťou, že pri zmene napätí na prechodoch kolektora a emitora sa mení ich hrúbka. A ak je základňa príliš tenká, potom môže dôjsť k uzatváraciemu efektu (tzv. "prepichnutiu" základne) - k spojeniu kolektorového prechodu s emitorovým prechodom. V tomto prípade základná oblasť zmizne a tranzistor prestane normálne fungovať.

Kolektorový prúd tranzistora v normálnom aktívnom režime činnosti tranzistora je o určitý počet väčší ako základný prúd. Toto číslo sa volá aktuálny zisk a je jedným z hlavných parametrov tranzistora. Je určený h21... Ak sa tranzistor zapne bez zaťaženia kolektora, potom pri konštantnom napätí kolektor-emitor poskytne pomer kolektorového prúdu k základnému prúdu statický prúdový zisk... Môže sa rovnať desiatkam alebo stovkám jednotiek, ale stojí za to zvážiť skutočnosť, že v reálnych obvodoch je tento koeficient menší, pretože pri zapnutí záťaže sa kolektorový prúd prirodzene znižuje.

Druhým dôležitým parametrom je vstupná impedancia tranzistora... Podľa Ohmovho zákona je to pomer napätia medzi bázou a emitorom k riadiacemu prúdu bázy. Čím je väčší, tým nižší je základný prúd a tým vyšší je zisk.

Tretím parametrom bipolárneho tranzistora je zosilnenie napätia... Rovná sa pomeru amplitúdy alebo efektívnych hodnôt striedavého napätia na výstupe (emitor-kolektor) a vstupu (základňa-emitor). Keďže prvá hodnota je zvyčajne veľmi veľká (jednotky a desiatky voltov) a druhá je veľmi malá (desatiny voltu), tento koeficient môže dosiahnuť desiatky tisíc jednotiek. Stojí za zmienku, že každý základný riadiaci signál má svoj vlastný napäťový zisk.

Tiež tranzistory majú frekvenčná odozva, ktorý charakterizuje schopnosť tranzistora zosilňovať signál, ktorého frekvencia sa blíži medznej frekvencii zosilnenia. Faktom je, že so zvýšením frekvencie vstupného signálu sa zisk znižuje. Je to spôsobené tým, že čas hlavných fyzikálnych procesov (čas pohybu nosiča od žiariča ku kolektoru, nabitie a vybitie bariérových kapacitných prechodov) sa stáva úmerným perióde zmeny vstupného signálu. Tie. tranzistor jednoducho nestihne reagovať na zmeny vstupného signálu a v určitom momente ho jednoducho prestane zosilňovať. Frekvencia, s ktorou sa to deje, sa nazýva hranica.

Tiež parametre bipolárneho tranzistora sú:

• spätný prúd kolektor-emitor
• čas zapnutia
• kolektorový spätný prúd
• maximálny povolený prúd

Legenda n-p-n a p-n-p tranzistory sa líšia iba smerom šípky označujúcej emitor. Ukazuje, ako prúdi prúd v danom tranzistore.

Spôsoby činnosti bipolárneho tranzistora

Vyššie uvedená možnosť je normálny aktívny režim tranzistora. Existuje však niekoľko ďalších kombinácií otvorených / uzavretých pn prechodov, z ktorých každý predstavuje samostatný režim činnosti tranzistora.

1. Inverzný aktívny režim... Tu je prechod BC otvorený a EB je naopak uzavretý. Zosilňovacie vlastnosti v tomto režime samozrejme nie sú nikde horšie, takže tranzistory v tomto režime sa používajú veľmi zriedka.
2. Režim nasýtenia... Oba priechody sú otvorené. V súlade s tým hlavné nosiče náboja kolektora a žiariča "nabiehajú" do základne, kde sa aktívne rekombinujú s jej hlavnými nosičmi. V dôsledku vznikajúcej redundancie nosičov náboja klesá odpor bázy a p-n prechodov. Preto obvod obsahujúci tranzistor v režime nasýtenia možno považovať za skratovaný a tento rádiový prvok samotný môže byť reprezentovaný ako ekvipotenciálny bod.
3. Režim cutoff... Oba prechody tranzistora sú uzavreté, t.j. prúd hlavných nosičov náboja medzi emitorom a kolektorom sa zastaví. Malé toky nosiča náboja vytvárajú len malé a nekontrolovateľné prúdy tepelného prechodu. V dôsledku zlej základne a prechodov nosičov náboja sa ich odpor veľmi zvyšuje. Preto sa často predpokladá, že medzný tranzistor je otvorený obvod.
4. Bariérový režim V tomto režime je základňa priamo alebo cez nízky odpor uzavretá s kolektorom. V obvode kolektora alebo emitora je tiež zahrnutý odpor, ktorý nastavuje prúd cez tranzistor. Takto sa získa ekvivalent diódového obvodu so sériovo zapojeným odporom. Tento režim je veľmi užitočný, nakoľko umožňuje obvodu pracovať na takmer akejkoľvek frekvencii, v širokom rozsahu teplôt a je nenáročný na parametre tranzistorov.

Spínacie obvody bipolárnych tranzistorov

Keďže tranzistor má tri kontakty, vo všeobecnosti musí byť napájaný z dvoch zdrojov, ktoré majú spolu štyri výstupy. Preto musí byť jeden z kontaktov tranzistora napájaný napätím rovnakého znamienka z oboch zdrojov. A v závislosti od toho, o aký druh kontaktu ide, existujú tri schémy zapínania bipolárnych tranzistorov: so spoločným emitorom (OE), spoločným kolektorom (OK) a spoločnou základňou (OB). Každý z nich má výhody aj nevýhody. Voľba medzi nimi sa uskutočňuje v závislosti od toho, ktoré parametre sú pre nás dôležité a od ktorých možno upustiť.

Obvod spínania spoločného emitora

Tento obvod poskytuje najväčšie napäťové a prúdové zosilnenie (a teda z hľadiska výkonu - až desiatky tisíc jednotiek), a preto je najbežnejší. Tu je spojenie emitor-báza zapnuté priamo a spojenie báza-kolektor je zapnuté späť. A keďže na základňu aj kolektor je privedené napätie rovnakého znamienka, obvod môže byť napájaný z jedného zdroja. V tomto obvode je fáza výstupného striedavého napätia 180 stupňov vzhľadom k fáze vstupného striedavého napätia.

Ale pre všetky žemle má OE obvod aj značnú nevýhodu. Spočíva v tom, že zvýšenie frekvencie a teploty vedie k výraznému zhoršeniu zosilňovacích vlastností tranzistora. Ak teda tranzistor musí pracovať pri vysokých frekvenciách, potom je lepšie použiť iný spínací obvod. Napríklad so spoločným základom.

Schéma zapojenia so spoločnou základňou

Tento obvod neposkytuje výrazné zosilnenie signálu, ale je dobrý pri vysokých frekvenciách, pretože vám umožňuje lepšie využiť frekvenčnú odozvu tranzistora. Ak je jeden a ten istý tranzistor zapnutý najskôr podľa schémy so spoločným žiaričom a potom so spoločnou základňou, potom v druhom prípade dôjde k výraznému zvýšeniu jeho medznej frekvencie zosilnenia. Pretože pri takomto zapojení je vstupná impedancia nízka a výstupná impedancia nie je príliš veľká, potom sa tranzistorové kaskády zostavené podľa obvodu s OB používajú v anténnych zosilňovačoch, kde charakteristická impedancia káblov zvyčajne nepresahuje 100 Ohm.

V spoločnej základnej schéme nie je invertovaná fáza signálu a úroveň šumu pri vysokých frekvenciách je znížená. Ale ako už bolo spomenuté, jeho súčasný zisk je vždy o niečo menší ako jednota. Je pravda, že zisk napätia je tu rovnaký ako v obvode so spoločným emitorom. Nevýhody obvodu so spoločnou základňou možno pripísať aj potrebe použiť dva napájacie zdroje.

Schéma zapojenia so spoločným kolektorom

Zvláštnosťou tohto obvodu je, že vstupné napätie sa úplne prenesie späť na vstup, to znamená, že negatívna spätná väzba je veľmi silná.

Dovoľte mi pripomenúť, že negatívna spätná väzba sa nazýva spätná väzba, v ktorej sa výstupný signál privádza späť na vstup, čo znižuje úroveň vstupného signálu. Pri náhodnej zmene parametrov vstupného signálu teda dochádza k automatickej korekcii.

Prúdové zosilnenie je takmer rovnaké ako v obvode so spoločným emitorom. Ale zisk napätia je malý (hlavná nevýhoda tohto obvodu). Blíži sa k jednému, ale vždy menej ako on. Výkonový zisk je teda len niekoľko desiatok jednotiek.

V spoločnom kolektorovom obvode nedochádza k fázovému posunu medzi vstupným a výstupným napätím. Pretože zosilnenie napätia je blízke jednotke, výstupné napätie vo fáze a v amplitúde sa zhoduje so vstupným napätím, to znamená, že ho opakuje. Preto sa takýto obvod nazýva emitorový sledovač. Emitor - pretože výstupné napätie je odstránené z emitora vzhľadom na spoločný vodič.

Takéto prepínanie sa používa na prispôsobenie tranzistorových stupňov alebo keď má zdroj vstupného signálu vysokú vstupnú impedanciu (napríklad piezoelektrický snímač alebo kondenzátorový mikrofón).

Dve slová o kaskádach

Stáva sa, že potrebujete zvýšiť výstupný výkon (t.j. zvýšiť kolektorový prúd). V tomto prípade sa používa paralelné pripojenie požadovaného počtu tranzistorov.

Prirodzene, z hľadiska charakteristík by mali byť približne rovnaké. Treba však pamätať na to, že maximálny celkový kolektorový prúd by nemal presiahnuť 1,6-1,7 obmedzujúceho kolektorového prúdu ktoréhokoľvek z kaskádových tranzistorov.
Avšak (vďaka za komentár), toto sa neodporúča pre bipolárne tranzistory. Pretože dva tranzistory, dokonca rovnakého typu, sa od seba aspoň trochu líšia. V súlade s tým, keď sú zapojené paralelne, cez ne budú pretekať prúdy rôznej veľkosti. Na vyrovnanie týchto prúdov sú v emitorových obvodoch tranzistorov inštalované vyrovnávacie odpory. Hodnota ich odporu sa vypočíta tak, aby pokles napätia na nich v rozsahu prevádzkových prúdov nebol menší ako 0,7 V. Je zrejmé, že to vedie k výraznému zhoršeniu účinnosti obvodu.

Môže byť tiež potrebný tranzistor s dobrou citlivosťou a dobrým ziskom. V takýchto prípadoch sa používa kaskáda citlivého, ale nízkoenergetického tranzistora (na obrázku - VT1), ktorý riadi napájaciu energiu výkonnejšieho brata (na obrázku - VT2).

Iné použitia bipolárnych tranzistorov

Tranzistory môžu byť použité nielen pre obvody zosilnenia signálu. Napríklad vďaka tomu, že môžu pracovať v saturačných a cut-off režimoch, používajú sa ako elektronické kľúče. V obvodoch generátora signálu je tiež možné použiť tranzistory. Ak pracujú v kľúčovom režime, potom sa vygeneruje štvorcový signál, a ak v režime zosilnenia, potom ľubovoľný priebeh v závislosti od ovládania.

Označovanie

Keďže článok sa už rozrástol do obscénne veľkého objemu, v tomto odseku uvediem iba dva dobré odkazy, ktoré podrobne popisujú hlavné systémy označovania polovodičových zariadení (vrátane tranzistorov): http://kazus.ru/guide/tranzistors /mark_all .html a súbor .xls (35 kb).

Užitočné komentáre:
http://habrahabr.ru/blogs/easyelectronics/133136/#comment_4419173

Značky:

• tranzistory
• bipolárne tranzistory
• elektronika

Pridať značky

Dozvedeli sme sa, ako funguje tranzistor, vo všeobecnosti sme skúmali výrobné technológie germánium a kremík tranzistorov a prišiel som na to, ako sú sú označené.

Dnes vykonáme niekoľko experimentov a uistíme sa, že bipolárny tranzistor skutočne pozostáva z dve diódy, zahrnuté v opačnom smere, a že tranzistor je zosilňovač signálu.

Potrebujeme nízkovýkonový germániový tranzistor štruktúry p-n-p zo série MP39 - MP42, žiarovku určenú na napätie 2,5V a zdroj na 4 - 5V. Vo všeobecnosti pre začínajúcich rádioamatérov odporúčam zostaviť malý nastaviteľný, s ktorým budete napájať svoje návrhy.

1. Tranzistor pozostáva z dvoch diód.

Aby sme sa o tom presvedčili, zostavme malý obvod: základňu tranzistora VT1 pripojte k mínusu napájacieho zdroja a kolektorovú svorku k jednej zo svoriek žiarovky EL... Teraz, ak je druhá svorka lampy pripojená k plus zdroja napájania, svetlo sa rozsvieti.

Svetlo sa rozsvietilo, pretože sme aplikovali na kolektorový prechod tranzistora priamy- priechodné napätie, ktoré otvorilo prechod kolektora a pretieklo ním priamy prúd zberateľ Ik... Veľkosť tohto prúdu závisí od odporu vlákna lampy a vnútorný odpor Zdroj.

A teraz zvážime rovnaký obvod, ale tranzistor zobrazíme vo forme polovodičovej dosky.

Hlavné nosiče náboja v základni elektróny, prekonávajúc p-n prechod, spadajú do oblasti otvoru zberateľ a stať sa maloletým. Keď sa základné elektróny stanú menšinovými, sú absorbované väčšinovými nosičmi v oblasti otvoru kolektora diery... Rovnakým spôsobom sa diery z oblasti kolektora, spadajúce do elektronickej oblasti základne, stávajú menšinovými a sú absorbované väčšinovými nosičmi náboja v základni. elektróny.

Základný kolík pripojený k zápornému pólu napájacieho zdroja bude konať prakticky neobmedzený počet elektróny, doplnenie rozpadu elektrónov zo základnej oblasti. A kolektorový kontakt pripojený k kladnému pólu zdroja energie cez vlákno žiarovky je schopný súhlasiť rovnaký počet elektrónov, v dôsledku čoho je koncentrácia dier v oblasti základňu.

Preto sa vodivosť p-n prechodu stane veľkou a odpor voči prúdu bude malý, čo znamená, že kolektorový prúd bude pretekať cez kolektorový prechod. Ik... A čo viac tam bude tento prúd, jasnejšie lampa bude svietiť.

Svetlo bude tiež svietiť, ak je zahrnuté v obvode prechodu vysielača. Obrázok nižšie zobrazuje presne tento variant schémy.

Teraz trochu zmeníme obvod a bázu tranzistora. VT1 pripojiť sa k plus Zdroj. V tomto prípade lampa nebude horieť, pretože sme zapli p-n prechod tranzistora obrátene smer. To znamená, že odpor p-n prechodu sa stal skvelé a preteká ním len veľmi málo spätný prúd zberateľ Ikbo neschopný vlákna žiarovky EL... Vo väčšine prípadov tento prúd nepresahuje niekoľko mikroampérov.

A aby ste sa o tom konečne uistili, zvážte opäť obvod s tranzistorom zobrazeným vo forme polovodičovej dosky.

Elektróny v oblasti základňu sa presunie do plus zdroj energie, vzďaľujúci sa od pn križovatky. Diery v okolí zberateľ, sa tiež vzdiali od p-n križovatky, presunie sa do negatívne pól napájacieho zdroja. V dôsledku toho je hranica regiónov akoby sa rozšíri, preto sa vytvorí zóna ochudobnená o diery a elektróny, ktorá zabezpečí vysokú odolnosť voči prúdu.

Ale keďže v každej z oblastí základne a kolektora sú nejadrový nosiče náboja, potom malé výmena elektróny a diery medzi oblasťami sa budú stále vyskytovať. Preto cez kolektorový prechod bude pretekať prúd, ktorý je mnohonásobne menší ako jednosmerný prúd a tento prúd nebude stačiť na zapálenie vlákna žiarovky.

2. Činnosť tranzistora v spínacom režime.

Urobme ďalší experiment ukazujúci jeden z režimov činnosti tranzistora.
Medzi kolektor a emitor tranzistora pripájame sériovo zapojené napájanie a rovnakú žiarovku. Pripojíme plus napájacieho zdroja k žiariču a mínus cez vlákno žiarovky s kolektorom. Lampa je vypnutá. prečo?

Všetko je veľmi jednoduché: ak medzi emitor a kolektor použijete napájacie napätie, potom pre akúkoľvek polaritu bude jeden z prechodov v smere dopredu a druhý v opačnom smere a bude interferovať s prechodom prúdu. To nie je ťažké zistiť, ak sa pozriete na nasledujúci obrázok.

Obrázok ukazuje, že spojenie báza-emitor je súčasťou priamy smer a je otvorený a pripravený prijať neobmedzený počet elektrónov. Kolektorový prechod základňa-kolektor je naopak zahrnutý v obrátene smere a bráni prechodu elektrónov do bázy.

Z toho vyplýva, že väčšina nosičov náboja je v oblasti žiariča diery, odpudzované plusom zdroja energie, sa ponáhľajú do oblasti základne a tam sa vzájomne absorbujú (rekombinujú) s hlavnými nosičmi náboja v základni elektróny... V momente nasýtenia, keď na žiadnej strane nie sú voľné nosiče náboja, sa ich pohyb zastaví, čo znamená, že prestane tiecť prúd. prečo? Pretože zo strany kolektora nebude dobiť elektróny.

Ukazuje sa, že hlavné nosiče náboja v kolektore diery priťahované záporným pólom zdroja energie a niektoré z nich sa vzájomne absorbujú elektróny prichádzajúce z negatívnej strany napájacieho zdroja. A v momente nasýtenia, keď na oboch stranách nebude č zadarmo nosiče náboja, diery, vďaka svojej prevahe v oblasti kolektora, budú blokovať ďalší prechod elektrónov do bázy.

Medzi kolektorom a základňou sa tak vytvorí zóna ochudobnená o diery a elektróny, ktorá zabezpečí vysoký odpor voči prúdu.

Samozrejme, vďaka magnetickému poľu a tepelným účinkom bude stále tiecť mizivý prúd, ale sila tohto prúdu je taká malá, že nie je schopný zahriať vlákno žiarovky.

Teraz pridajte do okruhu prepojovací kábel a zatvorte základňu s žiaričom. Svetlo zahrnuté v kolektorovom obvode tranzistora sa znova nerozsvieti. prečo?

Pretože keď sa báza a emitor uzavrú prepojkou, z kolektorového prechodu sa stane len dióda ku ktorej opak Napätie. Tranzistor je v uzavretom stave a preteká ním len nepatrný spätný kolektorový prúd. Ikbo.

Teraz poďme zmeniť obvod trochu viac a pridať odpor Rb odpor 200 - 300 Ohm, a ešte jeden zdroj napätia GB vo forme prstovej batérie.
Pripojte mínus batérie cez odpor Rb so základňou tranzistora a plus batérie s emitorom. Rozsvietila sa lampa.

Lampa sa rozsvietila, pretože sme pripojili batériu medzi základňu a vysielač, a tým sme ju pripojili k prechodu vysielača priamy odblokovacie napätie. Spojenie emitoru sa otvorilo a prešlo ním rovno aktuálne že otvorené kolektorový prechod tranzistora. Tranzistor sa otvoril a pozdĺž obvodu emitor-base-collector kvapkanie kolektorového prúdu Ik, mnohonásobne väčší ako obvodový prúd žiarič-základňa... A vďaka tomuto prúdu sa rozsvietilo svetlo.

Ak zmeníme polaritu batérie a aplikujeme plus na základňu, potom sa uzavrie prechod emitoru a s ním sa uzavrie aj prechod kolektora. Tranzistorom bude pretekať spätný kolektorový prúd Ikbo a svetlo zhasne.

Rezistor Rb obmedzuje prúd v základnom obvode. Ak prúd nie je obmedzený a všetkých 1,5 voltov je aplikovaných na základňu, potom cez emitorovú križovatku preteká príliš veľa prúdu, v dôsledku čoho tepelný rozpad prechod a tranzistor zlyhá. Typicky pre germánium tranzistorov, odblokovacie napätie nie je väčšie ako 0,2 voltov a pre kremík nikdy viac 0,7 voltov.

A opäť budeme analyzovať rovnaký obvod, ale predstavovať tranzistor vo forme polovodičovej dosky.

Keď sa na bázu tranzistora privedie odblokovacie napätie, otvorí sa žiarič prechod a voľné otvory z žiariča sa začnú interabsorbovať s elektrónmi základňu vytvorenie malého dopredného základného prúdu Ib.

Ale nie všetky diery zavedené z žiariča do základne sa rekombinujú s jeho elektrónmi. Zvyčajne je základná plocha hotová tenký, a pri výrobe tranzistorov p-n-p štruktúry koncentrácia otvorov v žiarič a rozdeľovač je mnohonásobne väčšia ako koncentrácia elektrónov v základňu, preto je len malá časť otvorov absorbovaná elektrónmi bázy.

Hlavná hmota emitorových otvorov prechádza cez základňu a vplyvom vyššieho záporného napätia pôsobiaceho v kolektore padá a už spolu s kolektorovými otvormi prechádza k svojmu zápornému kontaktu, kde je vzájomne pohlcovaná vnesenými elektrónmi. záporným pólom zdroja energie GB.

V dôsledku toho odpor kolektorového okruhu emitor-base-collector bude klesať a tečie v ňom priamy kolektorový prúd Ik mnohonásobok základného prúdu Ib reťaze žiarič-základňa.

Ako viac viac otvory sú zavedené z emitora do základne, tak významnejšie kolektorový prúd. A naopak menšie odblokovacie napätie na základni, menej kolektorový prúd.

Ak je v čase prevádzky tranzistora v základnom a kolektorovom obvode zahrnutý miliampérmeter, potom by pri uzavretom tranzistore neboli v týchto obvodoch prakticky žiadne prúdy.

Keď je tranzistor otvorený, základný prúd Ib by bol 2-3 mA a kolektorový prúd Ik bude asi 60 - 80 mA. To všetko naznačuje, že tranzistor môže byť prúdový zosilňovač.

V týchto experimentoch bol tranzistor v jednom z dvoch stavov: otvorený alebo zatvorený. Prepnutie tranzistora z jedného stavu do druhého nastalo pod vplyvom odblokovacieho napätia na báze Uб... Tento tranzistorový režim sa nazýva režim prepínania alebo kľúč... Tento režim činnosti tranzistora sa používa v zariadeniach a automatizačných zariadeniach.

Týmto sa uzatvára a v ďalšej časti rozoberieme činnosť tranzistora na príklade jednoduchého audio zosilňovača zostaveného na jednom tranzistore.
Veľa štastia!

Literatúra:

1. Borisov VG - Mladý rádioamatér. 1985
2. E. Iceberg - Tranzistor? .. Je to veľmi jednoduché! 1964

V tomto článku sa pokúsime opísať princíp fungovania najbežnejší typ tranzistora je bipolárny. Bipolárny tranzistor je jedným z hlavných aktívnych prvkov elektronických zariadení. Jeho účelom je pracovať na zosilnení výkonu elektrického signálu prichádzajúceho na jeho vstup. Zosilnenie výkonu sa vykonáva pomocou externého zdroja energie. Tranzistor je elektronická súčiastka s tromi vodičmi

Dizajnový prvok bipolárneho tranzistora

Na výrobu bipolárneho tranzistora je potrebný polovodič dierového alebo elektronického typu vodivosti, ktorý sa získa difúziou alebo fúziou s prímesami akceptora. V dôsledku toho sa na oboch stranách základne vytvárajú oblasti s polárnymi typmi vodivosti.

Bipolárne tranzistory vodivosti sú dvoch typov: n-p-n a p-n-p. Prevádzkové pravidlá, ktoré podliehajú bipolárnemu tranzistoru s vodivosťou n-p-n (pre p-n-p je potrebné zmeniť polaritu použitého napätia):

1. Pozitívny potenciál na kolektore je dôležitejší ako na emitore.
2. Každý tranzistor má svoje vlastné maximálne prípustné parametre Ib, Ic a Uke, ktorých prekročenie je v zásade neprijateľné, pretože to môže viesť k zničeniu polovodiča.
3. Piny základňa-emitor a základňa-kolektor fungujú ako diódy. Spravidla je dióda v smere báza - emitor otvorená a v smere báza - kolektor je predpätá v opačnom smere, to znamená, že prichádzajúce napätie interferuje s tokom elektrického prúdu cez ňu.
4. Ak sú splnené body 1 až 3, potom je prúd Ik priamo úmerný prúdu Ib a má tvar: Ik = he21 * Ib, kde he21 je prúdový zisk. Toto pravidlo charakterizuje hlavnú kvalitu tranzistora, a to, že nízky základný prúd riadi silný kolektorový prúd.

Pre rôzne bipolárne tranzistory rovnakej série sa index he21 môže zásadne líšiť od 50 do 250. Jeho hodnota závisí aj od pretekajúceho kolektorového prúdu, napätia medzi emitorom a kolektorom a od teploty okolia.

Pozrime sa na pravidlo číslo 3. Z toho vyplýva, že napätie aplikované medzi žiaričom a základňou by sa nemalo výrazne zvyšovať, pretože ak je napätie základne o 0,6 ... 0,8 V väčšie ako žiarič (dopredné napätie diódy), potom bude extrémne vysoký prúd objaviť. V prevádzkovom tranzistore sú teda napätia na emitore a báze prepojené podľa vzorca: Ub = Ue + 0,6 V (Ub = Ue + Ube)

Ešte raz pripomíname, že všetky tieto body sa týkajú tranzistorov s vodivosťou n-p-n. Pre typ p-n-p by malo byť všetko naopak.

Mali by ste tiež venovať pozornosť skutočnosti, že kolektorový prúd nemá žiadnu súvislosť s vodivosťou diódy, pretože do diódy kolektorovej bázy sa spravidla privádza spätné napätie. Okrem toho prúd pretekajúci kolektorom veľmi málo závisí od potenciálu na kolektore (táto dióda je podobná malému zdroju prúdu)

Keď je tranzistor zapnutý v režime zosilnenia, prechod emitora sa ukáže ako otvorený a prechod kolektora je uzavretý. To sa dosiahne pripojením napájacích zdrojov.

Keďže je prechod žiariča otvorený, bude ním pretekať emitorový prúd, ktorý vzniká prechodom otvorov z bázy do žiariča, ako aj elektrónov z žiariča na bázu. Emitorový prúd teda obsahuje dve zložky - dieru a elektrón. Vstrekovací pomer určuje účinnosť žiariča. Vstreknutie náboja sa týka presunu nosičov náboja zo zóny, kde boli základné, do zóny, kde sú menšie.

V báze sa elektróny rekombinujú a ich koncentrácia v báze sa dopĺňa z plusu EE zdroja. V dôsledku toho bude v elektrickom obvode základne prúdiť dosť slabý prúd. Zvyšné elektróny, ktoré sa nestihli rekombinovať v báze, sa pod zrýchľovacím účinkom poľa uzamknutého kolektorového prechodu ako menšinové nosiče presunú do kolektora a vytvoria kolektorový prúd. Presun nosičov náboja z oblasti, kde boli menšie, do oblasti, kde sa stanú základnými, sa nazýva extrakcia elektrických nábojov.

Kedysi tranzistory nahradili vákuové elektrónky. Je to spôsobené tým, že sú menšie, spoľahlivejšie a menej nákladné na výrobu. Teraz bipolárne tranzistorysú základnými prvkami vo všetkých zosilňovacích obvodoch.

Ide o polovodičový prvok s trojvrstvovou štruktúrou, ktorý tvorí dva prechody elektrón-diera. Preto môže byť tranzistor reprezentovaný ako dve opačne zapojené diódy. V závislosti od toho, aké budú hlavné nosiče náboja, rozlišujte p-n-p a n-p-n tranzistory.

Základňa- polovodičová vrstva, ktorá je základom konštrukcie tranzistora.

Emitor nazývaná polovodičová vrstva, ktorej funkciou je vstrekovanie nosičov náboja do základnej vrstvy.

Zberateľ sa nazýva polovodičová vrstva, ktorej funkciou je zhromažďovať nosiče náboja, ktoré prešli cez základnú vrstvu.

Typicky žiarič obsahuje oveľa viac základných nábojov ako základňa. Toto je hlavná podmienka pre činnosť tranzistora, pretože v tomto prípade s predpätím emitorového prechodu bude prúd určený hlavnými nosičmi žiariča. Emitor bude môcť vykonávať svoju hlavnú funkciu - vstrekovanie nosičov do základnej vrstvy. Spätný prúd emitora sa zvyčajne snaží udržiavať čo najmenší. Zvýšenie väčšiny nosičov žiaričov sa dosiahne použitím vysokej koncentrácie nečistôt.

Základňa je vyrobená čo najtenšia... Je to spôsobené životnosťou nábojov. Nosiče náboja musia prechádzať cez základňu a čo najmenej sa rekombinovať so základnými nosičmi, aby sa dostali ku kolektoru.

Aby zberač mohol plnšie pozbierať nosiče, ktoré prešli základňou, snažia sa ju rozšíriť.

Princíp činnosti tranzistora

Zvážte príklad tranzistora p-n-p.

Pri absencii vonkajších napätí sa medzi vrstvami vytvorí potenciálny rozdiel. Na priecestiach sa stavajú potenciálne zábrany. Okrem toho, ak je počet otvorov vo vysielači a kolektore rovnaký, potenciálne bariéry budú mať rovnakú šírku.

Aby tranzistor fungoval správne, prechod emitoru musí byť predpätý a prechod kolektora v opačnom smere.... To bude zodpovedať aktívnemu režimu tranzistora. Na vytvorenie takéhoto spojenia sú potrebné dva zdroje. Zdroj s napätím Ue je pripojený kladným pólom k emitoru a záporným pólom k báze. Zdroj s napätím Uk je pripojený záporným pólom ku kolektoru a kladným pólom k báze. A Ue< Uк.

Vplyvom napätia Ue sa prechod emitora posunie v smere dopredu. Ako je známe, pri predpätí prechodu elektrón-diera je vonkajšie pole nasmerované opačne k poľu prechodu, a preto ho znižuje. Väčšina nosičov začína prechádzať prechodom, v emitore sú to diery 1-5 a v základných elektrónoch 7-8. A keďže počet otvorov v emitore je väčší ako počet elektrónov v základni, prúd emitora je spôsobený hlavne nimi.

Prúd emitora je súčtom dierovej zložky prúdu emitora a elektronickej zložky základne.

Keďže užitočný je len komponent s otvorom, snažia sa, aby bol elektronický komponent čo najmenší. Kvalitatívna charakteristika emitorového prechodu je vstrekovací pomer.

Koeficient vstrekovania sa snažia priblížiť k 1.

Otvory 1-5, ktoré prešli do základne, sa hromadia na hranici spoja emitora. Vzniká tak vysoká koncentrácia otvorov v blízkosti žiariča a nízka koncentrácia v blízkosti prechodu kolektora, v dôsledku čoho začína difúzny pohyb otvorov z emitora do prechodu kolektora. Ale v blízkosti spoja kolektora zostáva koncentrácia otvorov nulová, pretože akonáhle otvory dosiahnu spoj, sú urýchlené jeho vnútorným poľom a sú extrahované (vťahované) do kolektora. Toto pole odpudzuje elektróny.

Kým diery prechádzajú základnou vrstvou, rekombinujú sa s elektrónmi, ktoré sa tam nachádzajú, napríklad ako diera 5 a elektrón 6. A keďže diery neustále vstupujú, vytvárajú prebytočný kladný náboj, preto musia vstúpiť aj elektróny, ktoré sa ťahajú cez základnú svorku a tvoria základný prúd Ibr. Toto je dôležitá podmienka pre činnosť tranzistora. - koncentrácia otvorov v základni by sa mala približne rovnať koncentrácii elektrónov. Inými slovami základňa musí byť elektricky neutrálna.

Počet otvorov dosahujúcich kolektor je menší ako počet otvorov opúšťajúcich emitor o počet rekombinovaných otvorov v základni. teda kolektorový prúd sa líši od prúdu emitora základným prúdom.

Odtiaľto pochádza prenosový pomer dopravcov, ktorí sa ho tiež snažia priblížiť k 1.

Kolektorový prúd tranzistora pozostáva z dierovej zložky Icr a spätného kolektorového prúdu.

Spätný kolektorový prúd vzniká ako dôsledok spätného predpätia kolektorového prechodu, takže pozostáva z minoritných nosičov diery 9 a elektrónu 10. Práve preto, že spätný prúd tvoria minoritné nosiče, závisí len od procesu termogenerácie, resp. teda na teplotu. Preto je často tzv tepelný prúd.

Kvalita tranzistora závisí od veľkosti tepelného prúdu, čím je menší, tým je tranzistor lepší.

Kolektorový prúd je spojený s emitorom aktuálny prevodný pomer.

Prúdy v tranzistore môžu byť reprezentované nasledovne