Транзистор. Назначение, схемы и принцип работы биполярных транзисторов. Назначение транзистора

Транзисторы. Классификация, характеристики, принцип действия и назначение.

Поиск Лекций

Транзи́стор (англ. transistor), полупроводниковый триод — радиоэлектронный компонент из полупроводникового материала, обычно с тремя выводами, позволяющий входным сигналам управлять током в электрической цепи. Обычно используется для усиления, генерации и преобразования электрических сигналов. В общем случае транзистором называют любое устройство, которое имитирует главное свойство транзистора изменения сигнала между двумя различными состояниями при изменении сигнала на управляющем электроде.

Классификация:

1.По основному полупроводниковому материалу:

Помимо основного полупроводникового материала, применяемого обычно в виде монокристалла, транзистор содержит в своей конструкции легирующие добавки к основному материалу, металлические выводы, изолирующие элементы, части корпуса (пластиковые или керамические). Иногда употребляются комбинированные наименования, частично описывающие материалы конкретной разновидности (например, «кремний на сапфире» или «металл-окисел-полупроводник»). Однако основными являются транзисторы на основе кремния, германия, арсенида галлия.

Другие материалы для транзисторов до недавнего времени не использовались. В настоящее время имеются транзисторы на основе, например, прозрачных полупроводников для использования в матрицах дисплеев. Перспективный материал для транзисторов — полупроводниковые полимеры.

2. По структуре:

2.1 Биполярные:

2.1.1 n-p-n структуры, «обратной проводимости».

2.1.2 p-n-p структуры, «прямой проводимости»

В биполярном транзисторе носители заряда движутся от эмиттера через тонкую базу к коллектору. База отделена от эмиттера и коллектора pn переходами. Ток протекает через транзистор лишь тогда, когда носители заряда инжектируются из эмиттера в базу через pn переход. В базе они являются неосновными носителями заряда и легко проникают через другой pn переход между базой и коллектором, ускоряясь при этом. В самой базе носители заряда движутся за счет диффузионного механизма, поэтому база должна быть достаточно тонкой. Управления током между эмиттером и коллектором осуществляется изменением напряжения между базой и эмиттером, от которой зависят условия инжекции носителей заряда в базу.

2.2 Полевые

2.2.1 с p-n переходом

2.2.2 с изолированным затвором

В полевом транзисторе ток протекает от истока до стока через канал под затвором. Канал существует в легированном полупроводнике в промежутке между затвором и нелегированной подложкой, в которой нет носителей заряда, и она не может проводить ток. Преимущественно под затвором существует область обеднения, в которой тоже нет носителей заряда благодаря образованию между легированным полупроводником и металлическим затвором контакта Шоттки. Таким образом ширина канала ограничена пространством между подложкой и областью обеднения. Приложенное к затвору напряжение увеличивает или уменьшает ширину области обеднения и, тем самым, ширину канала, контролируя ток.

2.3. Однопереходные

2.4. Криогенные транзисторы (на эффекте Джозефсона

2.5. Многоэмиттерные транзисторы

2.6. Баллистические транзисторы

2.7. Одномолекулярный транзистор

3. По мощности

По рассеиваемой в виде тепла мощности различают:

3.1маломощные транзисторы до 100 мВт

3.2транзисторы средней мощности от 0,1 до 1 Вт

3.3мощные транзисторы (больше 1 Вт).

4. По исполнению:

4.1 дискретные транзисторы:

4.1.1 корпусные:

4.1.1.1 Для свободного монтажа;

4.1.1.2 Для установки на радиатор;

4.1.1.3 Для автоматизированных систем пайки.

4.1.2 бескорпусные;

4.2 транзисторы в составе интегральных схем.

5. По материалу и конструкции корпуса:

5.1 металло-стеклянный

5.2 пластмассовый

5.3 керамический

6. Прочие типы

6.1 Одноэлектронные транзисторы содержат квантовую точку (т. н. «остров») между двумя туннельными переходами. Ток туннелирования управляется напряжением на затворе, связанном с ним ёмкостной связью.[5]

6.2 Биотранзистор

Характерестики:

Принцип действия:

В полевых и биполярных транзисторах управление током в выходной цепи осуществляется за счёт изменения входного напряжения или тока. Небольшое изменение входных величин может приводить к существенно большему изменению выходного напряжения и тока. Это усилительное свойство транзисторов используется в аналоговой технике (аналоговые ТВ, радио, связь и т. п.). В настоящее время в аналоговой технике доминируют биполярные транзисторы (БТ) (международный термин — BJT, bipolar junction transistor). Другой важнейшей отраслью электроники является цифровая техника (логика, память, процессоры, компьютеры, цифровая связь и т. п.), где, напротив, биполярные транзисторы почти полностью вытеснены полевыми.

Назначение:

Вне зависимости от типа транзистора, принцип применения его един:

Источник питания питает электрической энергией нагрузку, которой может быть громкоговоритель, реле, лампа накаливания, вход другого, более мощного транзистора, электронной лампы и т. п. Именно источник питания даёт нужную мощность для «раскачки» нагрузки.

Транзистор же используется для ограничения силы тока, поступающего в нагрузку, и включается в разрыв между источником питания и нагрузкой. То есть транзистор представляет собой некий вариант полупроводникового резистора, сопротивление которого можно очень быстро изменять.

Выходное сопротивление транзистора меняется в зависимости от напряжения на управляющем электроде. Важно то, что это напряжение, а также сила тока, потребляемая входной цепью транзистора, гораздо меньше напряжения и силы тока в выходной цепи. Таким образом, за счёт контролируемого управления источником питания достигается усиление сигнала.

Если мощности входного сигнала недостаточно для «раскачки» входной цепи применяемого транзистора, или конкретный транзистор не даёт нужного усиления, применяют каскадное включение транзисторов, когда более чувствительный и менее мощный транзистор управляет энергией источника питания на входе более мощного транзистора. Также подключение выхода одного транзистора ко входу другого может использоваться в генераторных схемах типа мультивибратора. В этом случае применяются одинаковые по мощности транзисторы.

Транзистор применяется в:

1.Усилительных схемах. Работает, как правило, в усилительном режиме. Существуют экспериментальные разработки полностью цифровых усилителей, на основе ЦАП, состоящих из мощных транзисторов.Транзисторы в таких усилителях работают в ключевом режиме.

2.Генераторах сигналов. В зависимости от типа генератора транзистор может использоваться либо в ключевом (генерация прямоугольных сигналов), либо в усилительном режиме (генерация сигналов произвольной формы).

3.Электронных ключах. Транзисторы работают в ключевом режиме. Ключевые схемы можно условно назвать усилителями (регенераторами) цифровых сигналов. Иногда электронные ключи применяют и для управления силой тока в аналоговой нагрузке. Это делается, когда нагрузка обладает достаточно большой инерционностью, а напряжение и сила тока в ней регулируются не амплитудой, а шириной импульсов. На подобном принципе основаны бытовые диммеры для ламп накаливания и нагревательных приборов, а также импульсные источники питания.

poisk-ru.ru

Транзистор. Назначение, схемы и принцип работы биполярных транзисторов.

⇐ ПредыдущаяСтр 5 из 5

Транзистором называется полупроводниковый прибор, предназначенный для усиления и генерирования электрических колебаний. Он представляет собой кристалл, помещенный в корпус, снабженный выводами. Кристалл изготовляют из полупроводникового материала. По своим электрическим свойствам полупроводники занимают некоторое промежуточное положение между проводниками и непроводниками тока (изоляторами). Небольшой кристалл полупроводникового материала (полупроводника) после соответствующей технологической обработки становится способным менять свою электропроводность в очень широких пределах при подведении к нему слабых электрических колебаний и постоянного напряжения смещения. Кристалл помещают в металлический или пластмассовый корпус и снабжают тремя выводами, жесткими или мягкими, присоединенными к соответствующим зонам кристалла. Металлический корпус иногда имеет собственный вывод, но чаща с корпусом соединяют один из трех электродов транзистора.

В настоящее время находят применение транзисторы двух видов — биполярные и полевые. Биполярные транзисторы появились первыми и получили наибольшее распространение. Поэтому обычно их называют просто транзисторами. Полевые транзисторы появились позже и пока используются реже биполярных.

Биполярный транзистор — трёхэлектродный полупроводниковый прибор, один из типов транзистора. Электроды подключены к трём последовательно расположенным слоям полупроводника с чередующимся типом примесной проводимости. По этому способу чередования различают npn и pnp транзисторы (n (negative) — электронный тип примесной проводимости, p (positive) — дырочный). В биполярном транзисторе, в отличие от полевого транзистора, используются заряды одновременно двух типов, носителями которых являются электроны и дырки (от слова «би» — «два»). Схематическое устройство транзистора показано на втором рисунке.

Электрод, подключённый к центральному слою, называют базой, электроды, подключённые к внешним слоям, называют коллектором и эмиттером. На простейшей схеме различия между коллектором и эмиттером не видны. В действительности же главное отличие коллектора — бо́льшая площадь p — n-перехода. Кроме того, для работы транзистора абсолютно необходима малая толщина базы.

Биполярный транзистор состоит из трёх различным образом легированных полупроводниковых зон: эмиттера E, базы B и коллектора C. В зависимости от типа проводимости этих зон различают NPN (эмиттер − n-полупроводник, база − p-полупроводник, коллектор − n-полупроводник) и PNP транзисторы. К каждой из зон подведены проводящие контакты. База расположена между эмиттером и коллектором и изготовлена из слаболегированного полупроводника, обладающего большим сопротивлением. В активном режиме работы транзистор включён так, что его эмиттерный переход смещён в прямом направлении (открыт), а коллекторный переход смещён в обратном направлении (закрыт). Для определённости рассмотрим npn транзистор, все рассуждения повторяются абсолютно аналогично для случая pnp транзистора, с заменой слова «электроны» на «дырки», и наоборот, а также с заменой всех напряжений на противоположные по знаку. В npn транзисторе электроны, основные носители тока в эмиттере, проходят через открытый переход эмиттер-база (инжектируются) в область базы. Часть этих электронов рекомбинирует с основными носителями заряда в базе (дырками). Однако, из-за того что базу делают очень тонкой и сравнительно слабо легированной, большая часть электронов, инжектированных из эмиттера, диффундирует в область коллектора[1]. Сильное электрическое поле обратно смещённого коллекторного перехода захватывает электроны, и проносит их в коллектор. Ток коллектора, таким образом, практически равен току эмиттера, за исключением небольшой потери на рекомбинацию в базе, которая и образует ток базы (Iэ=Iб + Iк). Коэффициент α, связывающий ток эмиттера и ток коллектора (Iк = α Iэ) называется коэффициентом передачи тока эмиттера. Численное значение коэффициента α 0.9 — 0.999. Чем больше коэффициент, тем эффективней транзистор передаёт ток. Этот коэффициент мало зависит от напряжения коллектор-база и база-эмиттер. Поэтому в широком диапазоне рабочих напряжений ток коллектора пропорционален току базы, коэффициент пропорциональности равен β = α / (1 − α) =(10..1000). Таким образом, изменяя малый ток базы, можно управлять значительно большим током коллектора.

Существует три основные схемы включения транзисторов

Рис. 1 - Схема включения транзистора с общим эмиттером является наиболее распространненой, т. к. дает наибольшее усиление по мощности.

Рис. 2 - Схема включения транзистора с общей базой. Такая схема включения не дает значительного усиления, но обладает хорошими частотными и температурными свойствами.

Рис. 3 - Схема включения транзистора с общим коллектором. Особенность этой схемы в том, что входное напряжение полностью передается обратно на вход, т. е. очень сильна отрицательная обратная связь.

Назначение - транзистор - Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 1

Назначение - транзистор

Cтраница 1

Каковое назначение транзисторов и в чем состоит принцип их действия. [1]

Назначением транзисторов в рассматриваемых ниже схемах логических элементов является инвертирование и усиление мощности сигнала. [3]

Поскольку назначение транзистора - усиление мощности входного сигнала, ток / Брек является нежелательным, вследствие чего его стремятся уменьшать. Достигается это путем уменьшения толщины базы так, чтобы vv Lp, где Lf - диффузионная длина дырок. [4]

Поскольку назначение транзистора - усиление мощности входного сигнала, ток 1Брск является нежелательным, вследствие чего его стремятся уменьшать. [5]

Кроме перечисленных выше общих электрических параметров в зависимости от назначения транзистора указывают ряд специфических параметров. [6]

Набор параметров и характеристик, приводимый в справочнике, соответствует в первую очередь этому назначению транзистора и обеспечивает детальный расчет ЭС указанного класса. [7]

В большинстве импульсных схем транзисторы работают в режиме переключения, или, как часто говорят, в режиме ключа, поскольку назначение транзистора в таких схемах заключается в замыкании и размыкании цепи нагрузки при поступлении во входную цепь управляющих сигналов. При работе в ключевом режиме рабочая точка транзистора перемещается из области насыщения в область отсечки и обратно. [9]

Существует множество различных символов, используемых для описания характеристик приборов и их параметров. В зависимости от назначения транзистора она выражается в ваттах или милливаттах. [10]

Они могут быть успешно использованы не только в классе схем, для которых они разработаны, но и во многих других схемах. Однако набор параметров и характеристик, приводимых в справочнике, соответствует в первую очередь назначению транзистора. [11]

Он содержит три усилительных каскада. Это позволяет перейти от симметричной схемы к несимметричной. Назначение транзисторов VT2 и VT5 ( в диодном включении), а также резисторов R2, R5, R6 и R7 не отличается от аналогичных элементов схемы дифференциального усилителя, рассмотренного в параграфе 17.1. Эти элементы обеспечивают глубокую отрицательную обратную связь и тем самым стабилизируют работу усилителя. [14]

Основой транзистора является кристалл полупроводника, имеющий слои с чередующими знаками проводимости. От каждого слоя полупроводника делают вывод. Получается элемент с тремя выводами, называемыми эмиттером, коллектором и базой. Элемент помещают в корпус, состоящий из основания и колпачка. В зависимости от назначения транзистора элемент крепят к основанию областью коллектора или базы. [15]

Страницы: 1 2