Все виды транзисторов: Виды, типы, характеристики, принцип работы

виды и различия — Техника на vc.ru

Транзистор — это полупроводниковый прибор с тремя и более электродами. Его сопротивление основного перехода нелинейно зависит от действующего на управляющем электроде напряжения.

454
просмотров

Приборы делятся на полевые и биполярные (позже появилось еще несколько видов). На данное время транзисторы выполняют практически все основные усилительные генераторные, а также коммутационные функции.

Из истории применения

Первые транзисторы могли работать лишь на невысоких напряжениях в десятки вольт и частоте до сотен МГц. Позже появились маломощные экземпляры — более 1 ГГц. При первом полете в космос корабля «Восток-1», на его борту находилось более 600 транзисторов. Все же, основные функции выполняли электронные радиолампы. Промышленность выпускала их вплоть до 80-х — 90-х годов. Но вакуумные лампы окончательно были вытеснены появлением сверхвысокочастотных, мощных высоковольтных, IGBT, mosfet и других транзисторов.

Классификация

На данное время существует уже десятки видов транзисторов и число их растет. Давайте рассмотрим некоторые из них.

Биполярные транзисторы

Это самые распространенные усилительные приборы, имеющие 3 электрода:

коллектор;

эмиттер;

база.

При экранировке кристалла иногда применяется 4-й электрод — корпус. Для включения в схему транзистора с двумя цепями (управляющей и управляемой), необходимо общее соединение одного из выводов. Существуют схемы с:

ОК — усиливается только по току;

ОЭ — усиливается ток и напряжение;

ОБ — усиливается напряжение.

Кристалл биполярных приборов изготавливают из кремния, реже германия. У последнего напряжение смещения меньше, примерно на 0,45 В. Оно подается на базу для нормальной работы прибора.

В структурах полупроводников на эмиттер подают p-n-p — плюс и n-p-n — минус. Существуют и другие типы, которые относятся к биполярным транзисторам.

Однопереходные транзисторы с одной стороны перехода имеют эмиттер, со второй — 2 базы, прикрепленные по разным сторонам второго перехода. У этих устройств дифференциальное сопротивление имеет отрицательный участок на вольт-амперной характеристике.

Многоэмиттерные транзисторы используются, в основном, в качестве интегральных компонентов в логических элементах. Однако есть сборки, содержащие биполярные транзисторы с несколькими эмиттерами для реализации эффективной развязки некоторого количества входных либо выходных цепей.

Сверхвысокочастотные транзисторы также используются в составе интегральных микросхем. Однако существуют дискретные элементы, усилительные свойства которых прекращаются, приближаясь к частоте в 100 ГГц.

Полевые транзисторы

Выводы полевого транзистора:

сток;

исток;

затвор.

Как и биполярные, так и полевые транзисторы имеют 3 типа включения, в которых схема:

с ОС (общим стоком) усиливает лишь ток;

ОИ — ток и напряжение;

ОЗ — напряжение.

Работа полевого транзистора основана на сужении/расширении токопроводящего участка, воздействием электрического поля, образованного подачей на управляющий электрод (затвор) определенного напряжения.

Приборы такого класса могут иметь затвор в виде p-n-перехода, а сам его электрод крепится к n-каналу (— на стоке) или p-каналу (+ на стоке). Разработаны также полевые транзисторы с изолированным затвором, которые бывают со встроенным или индукционным каналом. Причем все они разделяются по полярности, имея канал n или p-типа.

Mosfet-транзисторы содержат усложненную, так называемую, МОП-структуру. Благодаря этому, устройства имеют сопротивление основного перехода в пределах от единиц Ом, до нескольких в мОМ. Ток может составлять десятки или даже сотни ампер.

IGBT-транзисторы являются составными приборами, у которых на входе мощного биполярного транзистора, установлен полевой. При этом составное устройство обладает высоким усилением и входным сопротивлением. IGBT-структура может быть образована мощным высоковольтным биполярным транзистором, маломощным биполярным, полевым. Такое устройство используется в выходных каскадах мощных преобразователей напряжения, импульсных источников питания.

В современной электронике транзисторы играют важную роль, используются почти во всех ее каскадах. В каталоге компании «ЗУМ-СМД» есть практически все применяемые в электронике транзисторы от известных брендов.

Транзистор [База знаний]

Теория

КОМПОНЕНТЫ
  • Адресуемая светодиодная лента
  • Геркон
  • Диод
  • Зуммер
  • Кнопка
  • Кварцевый резонатор
  • Конденсатор
  • Макетная плата
  • Резистор
  • Реле
  • Светодиод
  • Светодиодные индикаторы
  • Сервопривод
  • Транзистор
ARDUINO
  • Что такое Arduino?
  • Среда разработки Arduino IDE
  • Сравнение плат Arduino. Какую выбрать?
  • Как прошить плату Arduino с помощью другой Arduino (ArduinoISP)
  • Онлайн-сервис TinkerCAD – эмулятор Arduino
  • Визуальная среда разработки Mixly для Arduino
RASPBERRY
  • Как установить ОС Raspbian/Raspberry Pi OS?
ИНТЕРФЕЙСЫ ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ
  • Интерфейс I2C (IIC)

Транзистор — один из самых распространенных полупроводниковых элементов самого широкого применения. Существуют различные виды транзисторов, но как правило данный электронный компонент имеет три вывода и, как и диод, основывается на явлении p-n перехода. Отсюда происходит его второе название – полупроводниковый триод.

Главным свойством транзистора является управление током, протекающим через него (ток эмиттерколлектор у биполярных и ток истоксток у полевых транзисторов), с помощью третьего вывода (база у биполярных и затвор у полевых транзисторов). Иными словами транзисторы зачастую используют как выключатель и/или регулятор силы тока и напряжения.


Биполярный транзистор

Транзисторы данного типа состоят из трех слоев полупроводников с чередующимся типом проводимости:

  • Эмиттер (emitter)
  • База (base) – на схемах изображается между К. и Э. под прямым углом к несущей черте
  • Коллектор (collector) – на схемах обозначен стрелкой.

 

Таким образом, у биполярных транзисторов имеется два p-n перехода: эмиттер-база и база-коллектор. Наделение полупроводников определенным типом проводимости происходит с помощью легирования — добавления в них специальных примесей. Каждый слой легируется в разной степени.
Различают два типа биполярных транзиторов:

  • p-n-p, где эмиттер – полупроводник p-типа, база – n-типа, коллектор – p-типа
  • n-p-n, где эмиттер – полупроводник n-типа, база – p-типа, коллектор – n-типа.

 

Их схематичное устройство представлено представлено на иллюстрации ниже.

Также на иллюстрации обозначено направление движения тока в биполярных транзисторах обоих типов и типичное обозначение напряжений, имеющих место между его выводами.

 

В основе работы биполярных транзисторов лежит следующий процесс, который рассмотрим на примере транзистора со структурой npn в нормальном активном режиме. В этом режиме переход эметтер-база смещён в прямом направлении, иначе говоря, открыт, а переход база-коллектор смещён в обратном направлении или закрыт. При переходе носителей заряда (электронов) из эмиттера через открытый p-n переход эмиттер-база, часть их рекомбинирует с носителями заряда (дырками) в базе. Однако база делается очень тонкой и слабо легированной (по сравнению с эмиттером), из-за чего большая часть электронов, перешедших (инжектированных) в базу из эмиттера, так сказать, «не находит себе в базе места» и, как следствие, диффундирует в коллектор. Сильное электрическое поле обратносмещённого коллекторного перехода захватывает неосновные носители из базы и переносит их в коллекторный слой. Таким образом, ток коллектора практически равен току эмиттера, за исключением небольшой потери на рекомбинацию в базе, которая и образует ток базы. В случае с биполярными транзисторами структуры pnp процесс будет тем же, изменится лишь полярность и направление токов.

 


Полевой транзистор (униполярный)

Принцип действия полевых транзисторов основан на управлении электрическим сопротивлением токопроводящего канала поперечным электрическим полем, создаваемым приложенным к затвору напряжением.

 

Полевые транзисторы имеют следующие выводы:

  • Исток (source) — область, из которой носители заряда уходят в канал
  • Затвор (gate) – электрод, на который подается управляющее напряжение
  • Сток (drain) – область, в которую носители заряда входят.

Типы транзисторов — переходные транзисторы и полевые транзисторы

Транзистор стал важным компонентом современной электроники, и мы не можем представить мир без транзисторов. В этом уроке мы узнаем о классификации и различных типах транзисторов. Мы узнаем о BJT (NPN и PNP), JFET (N-Channel и P-Channel), MOSFET (Enhanced and Depletion), а также транзисторах на основе их приложений (Small Signal, Fast Switching, Power и т. д.).

Схема

Введение

Транзистор представляет собой полупроводниковое устройство, которое используется либо для усиления сигналов, либо для работы в качестве переключателя с электрическим управлением. Транзистор представляет собой устройство с тремя выводами, и небольшой ток / напряжение на одном выводе (или выводе) будет контролировать большой поток тока между двумя другими выводами (выводами).

В течение долгого времени электронные лампы были заменены транзисторами, потому что транзисторы имеют больше преимуществ перед электронными лампами. Транзисторы имеют небольшие размеры и требуют мало энергии для работы, а также имеют малое рассеивание мощности. Транзистор является одним из важных активных компонентов (устройство, которое может производить выходной сигнал большей мощности, чем входной сигнал).

Транзистор является важным компонентом почти каждой электронной схемы, такой как: усилители, переключатели, генераторы, регуляторы напряжения, источники питания и, что наиболее важно, цифровые логические ИС.

Со времени изобретения первого транзистора и до наших дней транзисторы подразделяются на различные типы в зависимости от их конструкции или принципа действия. Следующая древовидная диаграмма объясняет базовую классификацию различных типов транзисторов.

Схема дерева транзисторов

Классификацию транзисторов можно легко понять, наблюдая за приведенной выше древовидной диаграммой. Транзисторы в основном делятся на два типа. Это: биполярные переходные транзисторы (BJT) и полевые транзисторы (FET). BJT снова подразделяются на транзисторы NPN и PNP. Полевые транзисторы делятся на JFET и MOSFET. Транзисторы

Junction FET далее подразделяются на N-канальные JFET и P-канальные JFET в зависимости от их конструкции. МОП-транзисторы подразделяются на режим истощения и режим улучшения. Опять же, транзисторы режима истощения и улучшения дополнительно классифицируются на соответствующие N-канальные и P-канальные.

Типы транзисторов

Как упоминалось ранее, в более широком смысле основными семействами транзисторов являются BJT и FET. Независимо от семейства, к которому они принадлежат, все транзисторы имеют правильное/специфическое расположение различных полупроводниковых материалов. Обычно используемые полупроводниковые материалы для изготовления транзисторов — это кремний, германий и арсенид галлия.

В основном транзисторы классифицируют в зависимости от их конструкции. Каждый тип транзисторов имеет свои особенности, преимущества и недостатки.

Физически и конструктивно разница между BJT и FET заключается в том, что в BJT для работы требуются как основные, так и неосновные носители заряда, тогда как в случае FET требуются только основные носители заряда.

Исходя из своих свойств и характеристик, некоторые транзисторы в основном используются для переключения (MOSFET), а с другой стороны, некоторые транзисторы используются для целей усиления (BJT). Некоторые транзисторы предназначены как для усиления, так и для переключения.

Соединительные транзисторы

Соединительные транзисторы обычно называются биполярными соединительными транзисторами (BJT). Термин «биполярный» означает, что для проведения тока необходимы как электроны, так и дырки, а термин «переход» означает, что он содержит PN-переход (фактически два перехода).

BJT имеют три клеммы: излучатель (E), база (B) и коллектор (C). Транзисторы BJT классифицируются на транзисторы NPN и PNP в зависимости от конструкции.

Биполярные транзисторы по существу являются устройствами с управлением по току. Если через базу биполярного транзистора протекает небольшой ток, то это вызывает протекание большого тока от эмиттера к коллектору. Транзисторы с биполярным соединением имеют низкое входное сопротивление, что приводит к протеканию большого тока через транзистор.

Биполярные переходные транзисторы включаются только входным током, подаваемым на базовую клемму. BJT могут работать в трех регионах. Это:

  • Область отсечки: здесь транзистор находится в состоянии «ВЫКЛ», т. е. ток, протекающий через транзистор, равен нулю. По сути, это открытый переключатель.
  • Активная область: Здесь транзистор действует как усилитель.
  • Область насыщения: здесь транзистор полностью включен и работает как замкнутый переключатель.
Транзистор NPN

NPN — это один из двух типов транзисторов с биполярным переходом (BJT). Транзистор NPN состоит из двух полупроводниковых материалов n-типа, разделенных тонким слоем полупроводника p-типа. Здесь основными носителями заряда являются электроны, а дырки — неосновные носители заряда. Поток электронов от эмиттера к коллектору управляется током, протекающим в базовой клемме.

Небольшой ток на базовой клемме вызывает протекание большого тока от эмиттера к коллектору. В настоящее время наиболее часто используемым биполярным транзистором является NPN-транзистор, поскольку подвижность электронов больше, чем подвижность дырок. Стандартное уравнение для токов, протекающих в транзисторе, имеет вид 9.0003

 I E = I B + I C

Ниже приведены символы и структура транзисторов NPN.

Транзистор PNP

PNP — это еще один тип транзисторов с биполярным переходом (BJT). Транзисторы PNP содержат два полупроводниковых материала p-типа и разделены тонким слоем полупроводника n-типа. Основными носителями заряда в PNP-транзисторах являются дырки, в то время как электроны являются неосновными носителями заряда. Стрелка на выводе эмиттера транзистора указывает на протекание обычного тока. В транзисторе PNP ток течет от эмиттера к коллектору.

Транзистор PNP включен, когда на базовую клемму подается НИЗКИЙ уровень относительно эмиттерной. Символ и структура транзистора PNP показаны ниже.

FET (полевой транзистор)

Полевой транзистор (FET) — еще один основной тип транзисторов. По сути, полевой транзистор также имеет три вывода (как и биполярные транзисторы). Три терминала: Ворота (G), Слив (D) и Источник (S). Полевые транзисторы подразделяются на полевые транзисторы с переходом (JFET) и полевые транзисторы с изолированным затвором (IG-FET) или металлооксидно-полупроводниковые полевые транзисторы (MOSFET).

Для соединений в цепи мы также рассматриваем четвертую клемму, называемую Базой или Подложкой. Полевые транзисторы контролируют размер и форму канала между истоком и стоком, который создается напряжением, приложенным к затвору.

Полевые транзисторы являются однополярными устройствами, так как для их работы требуются только основные носители заряда (в отличие от BJT, которые являются биполярными транзисторами).

JFET (полевой транзистор)

Полевой транзистор (JFET) — это самый ранний и простой тип полевого транзистора. JFET используются в качестве переключателей, усилителей и резисторов. Этот транзистор является устройством, управляемым напряжением. Ему не нужен ток смещения.

Напряжение между затвором и истоком управляет протеканием электрического тока между истоком и стоком транзистора. Транзисторы JFET доступны как в N-канальном, так и в P-канальном исполнении.

N-канальный JFET

В N-канальном JFET ток течет за счет электронов. Когда между затвором и истоком подается напряжение, между истоком и стоком формируется канал для протекания тока. Этот канал называется N-Channel. В настоящее время N-канальные JFET предпочтительнее, чем P-канальные JFET. Обозначения для N-канального транзистора JFET приведены ниже.

P-Channel JFET

В этом типе JFET ток течет из-за отверстий. Канал между истоком и стоком называется P-Channel. Символы для P-Channel JFET приведены ниже. Здесь стрелки указывают направление тока.

МОП-транзистор

Металлооксид-полупроводниковый полевой транзистор (МОП-транзистор) является наиболее часто используемым и наиболее популярным типом среди всех транзисторов. Название «оксид металла» указывает на то, что область затвора и канал разделены тонким слоем оксида металла (обычно SiO 2 ).

Следовательно, МОП-транзистор также известен как полевой транзистор с изолированным затвором, поскольку область затвора полностью изолирована от области исток-сток. Существует дополнительная клемма, известная как подложка или корпус, которая является основным полупроводником (кремнием), из которого изготовлен полевой транзистор. Итак, MOSFET имеет четыре вывода: сток, исток, затвор и корпус или подложка.

MOSFET имеет много преимуществ по сравнению с BJT и JFET, в основном он предлагает высокий входной импеданс и низкий выходной импеданс. Он используется в коммутационных и силовых цепях и является основным компонентом технологий проектирования интегральных схем.

Полевые МОП-транзисторы доступны в вариантах истощения и расширения. Кроме того, типы истощения и улучшения подразделяются на типы N-Channel и P-Channel.

N-канальный МОП-транзистор

МОП-транзистор с N-канальной областью между истоком и стоком называется N-канальным МОП-транзистором. Здесь клеммы истока и затвора сильно легированы материалами n-типа, расположенными в сильно легированном полупроводниковом материале p-типа (подложке).

Течение тока между истоком и стоком происходит из-за электронов. Напряжение затвора управляет током, протекающим в цепи. N-канальный MOSFET используется чаще, чем P-канальный MOSFET, потому что подвижность электронов выше, чем подвижность дырок.

Ниже приведены символы и структуры для N-канальных MOSFET-транзисторов (как в режиме расширения, так и в режиме истощения).

P-Channel MOSFET

MOSFET с P-Channel областью между истоком и стоком называется P-Channel MOSFET. Здесь выводы истока и стока сильно легированы материалом P-типа, а подложка легирована материалом N-типа. Течение тока между истоком и стоком происходит из-за концентрации дырок. Приложенное напряжение на затворе будет управлять протеканием тока через область канала.

Символы и структуры для P-Channel MOSFET транзисторов приведены ниже (как в режиме расширения, так и в режиме истощения).

Транзисторы в зависимости от функции

Транзисторы также классифицируются в зависимости от функций (операций или приложений), которые они выполняют. Ниже описаны различные типы транзисторов в зависимости от их функции.

Транзисторы слабого сигнала

Основная функция транзисторов слабого сигнала заключается в усилении слабого сигнала, но иногда эти транзисторы также используются для целей переключения. Транзисторы с малым сигналом доступны на рынке в виде транзисторов NPN и PNP. Обычно мы можем видеть некоторое значение, напечатанное на корпусе малосигнального транзистора, которое указывает hFE транзистора.

В зависимости от этого значения hFE мы можем понять способность транзистора усиливать сигнал. Общедоступные значения hFE находятся в диапазоне от 10 до 500. Значение тока коллектора этих транзисторов составляет от 80 до 600 мА. Этот тип транзисторов работает в диапазоне частот от 1 до 300 МГц. Само название транзистора указывает на то, что эти транзисторы усиливают слабые сигналы, которые используют малые напряжения и токи, например, несколько милливольт и миллиампер тока.

Транзисторы с малым сигналом используются почти во всех типах электронного оборудования, а также эти транзисторы используются в нескольких приложениях, некоторые из них являются переключателями ВКЛ или ВЫКЛ для общего использования, драйвером светодиодных диодов, драйвером реле, функцией отключения звука, схемами таймера. , Инфракрасный диодный усилитель, Цепи питания смещения и т. д.

Малые переключающие транзисторы

Малые переключающие транзисторы — это транзисторы, которые в основном используются для переключения, но иногда и для усиления. Как и маломощные транзисторы, малые переключающие транзисторы также доступны в форме NPN и PNP, и эти типы транзисторов также имеют значения hFE.

Диапазон значений hFE для этих транзисторов составляет от 10 до 200. При значении hFE 200 транзисторы не являются хорошими усилителями, но они действуют как лучшие переключатели. Значения тока коллектора находятся в диапазоне от 10 до 1000 мА. Эти транзисторы используются в основном в переключающих устройствах.

 

Силовые транзисторы

Транзисторы, используемые в мощных усилителях и источниках питания, называются силовыми транзисторами. Вывод коллектора этого транзистора подключен к базе металлического устройства, и эта структура действует как радиатор, который рассеивает избыточную мощность для приложений.

Эти типы транзисторов доступны в виде транзисторов NPN, PNP и транзисторов Дарлингтона. Здесь значения тока коллектора находятся в пределах от 1 до 100 А. Диапазон рабочих частот от 1 до 100 МГц. Значения мощности этих транзисторов находятся в диапазоне от 10 до 300 Вт. Само название транзистора указывает на то, что силовые транзисторы используются в приложениях, где требуется большая мощность, высокое напряжение и большой ток.

 

Высокочастотные транзисторы

Высокочастотные транзисторы используются для слабых сигналов, которые работают на высоких частотах, и они используются в приложениях с высокоскоростным переключением. Высокочастотные транзисторы также называются радиочастотными транзисторами.

Эти транзисторы имеют максимальные значения частоты около 2000 МГц. Значение тока коллектора (I C ) колеблется от 10 до 600 мА. Эти типы транзисторов также доступны в виде NPN и PNP. Они в основном используются в приложениях для высокочастотных сигналов, а также эти транзисторы должны быть включены или выключены только на высоких скоростях. Эти транзисторы используются в схемах генераторов и усилителей ВЧ, УКВ, УВЧ, CATV и MATV.

Фототранзистор

Фототранзисторы — это транзисторы, которые работают в зависимости от света, т. е. эти транзисторы чувствительны к свету. Простой фототранзистор — это не что иное, как биполярный транзистор, который содержит светочувствительную область вместо базовой клеммы.

Фототранзисторы имеют только 2 вывода вместо 3 (у BJT). Когда светочувствительная область темная, ток в транзисторе не течет, т. е. транзистор находится в выключенном состоянии.

Когда светочувствительная область подвергается воздействию света, на базовой клемме генерируется небольшой ток, который вызывает протекание большого тока от коллектора к эмиттеру. Фототранзисторы доступны как в BJT, так и в FET транзисторах. Они называются фото-BJT и фото-FET.

В отличие от фото-биполярных транзисторов, фото-полевые транзисторы генерируют напряжение затвора с помощью света, который управляет протеканием тока между выводами стока и истока. Photo-FET более чувствительны к свету, чем photo-BJT. Символы для фото-BJT и фото-FET показаны выше.

Однопереходные транзисторы (UJT)

Однопереходные транзисторы (UJT) используются только в качестве переключателей с электрическим управлением. Эти транзисторы не содержат каких-либо характеристик усиления из-за своей конструкции. Обычно это три ведущих транзистора, в которых два называются базовыми выводами, а третий называется эмиттером.

Теперь посмотрим на работу однопереходного транзистора. Если нет разности потенциалов между эмиттером и любой из клемм базы (B1 или B2), то между B1 и B2 протекает небольшой ток.

Если к клемме эмиттера приложено достаточное количество напряжения, то на клемме эмиттера генерируется большой ток, который добавляется к небольшому току между B1 и B2, что вызывает протекание большого тока в транзисторе.

Здесь ток эмиттера является основным источником тока для управления полным током в транзисторе. Ток между клеммами B1 и B2 очень мал, и по этой причине эти транзисторы не подходят для целей усиления.

 

Различные типы транзисторов и их работа

Поскольку наш мозг состоит из 100 миллиардов клеток, называемых нейронами, которые используются для мышления и запоминания вещей. Как и в компьютере, также есть миллиарды крошечных клеток мозга, называемых Транзисторами . Он состоит из экстракта химического элемента из песка под названием кремний. Транзисторы радикально меняют теорию электроники, поскольку они были разработаны более полувека назад Джоном Бардином, Уолтером Браттейном и Уильямом Шокли.

Итак, мы расскажем вам, как они работают или что они собой представляют?

 

Что такое транзисторы?

Эти устройства изготовлены из полупроводникового материала, который обычно используется для усиления или переключения, его также можно использовать для управления потоками напряжения и тока. Он также используется для усиления входных сигналов в выходной сигнал экстента. Транзистор обычно представляет собой твердотельное электронное устройство, состоящее из полупроводниковых материалов. Циркуляция электронного тока может быть изменена добавлением электронов. Этот процесс вызывает изменения напряжения, которые пропорционально влияют на многие изменения выходного тока, создавая усиление. Не все, но большинство электронных устройств содержат один или несколько типов транзисторов. Некоторые из транзисторов размещены по отдельности или вообще в интегральных схемах, которые различаются в зависимости от их состояния.

«Транзистор представляет собой компонент типа насекомого с тремя ногами, который размещается по отдельности в некоторых устройствах, но в компьютерах он упакован внутри миллионами штук в маленьких микрочипах»

 

из?

Транзистор состоит из трех слоев полупроводника, способных удерживать ток. Электропроводящие материалы, такие как кремний и германий, обладают способностью проводить электричество между проводниками и изолятором, окруженным пластиковыми проводами. Полупроводниковые материалы обрабатываются с помощью некоторой химической процедуры, называемой легированием полупроводника. Если кремний легировать мышьяком, фосфором и сурьмой, он получит дополнительные носители заряда, то есть электроны, известные как 9. 0211 N-типа или отрицательного полупроводника , тогда как, если кремний легирован другими примесями, такими как бор, галлий, алюминий, он получит меньше носителей заряда, то есть дырок, известен как P-тип или положительный полупроводник .

   

 

Как работает транзистор?

Рабочая концепция является основной частью для понимания того, как использовать транзистор или как он работает? В транзисторе есть три вывода:

•    Основание: Подает базу на электроды транзистора.

•    Излучатель : Излучаемые им носители заряда.

•    Коллектор : Носители заряда, собранные этим.

Если транзистор является транзистором NPN типа , нам нужно подать напряжение 0,7 В, чтобы запустить его, и когда напряжение, подаваемое на базовый вывод, транзистор включается, что является условием прямого смещения , и ток начинает течь через коллектор к эмиттеру (также называемая областью насыщения). Когда транзистор в Состояние обратного смещения или базовый вывод заземлен или на нем нет напряжения, транзистор остается в выключенном состоянии и не позволяет току течь от коллектора к эмиттеру (также называемая областью отсечки).

                                         

 

   

После заземления базы транзистор будет в Состояние обратного смещения или считается включенным. Поскольку питание подается на базовый контакт, оно перестает проводить ток от коллектора к эмиттеру, и транзистор, как говорят, находится в выключенном состоянии или в состоянии прямого смещения .

                                                           

Для защиты транзистора последовательно с ним подключаем сопротивление, для нахождения значения этого сопротивления используем следующую формулу:

R B

05BE

/ I B

 

Различные типы транзисторов:

В основном мы можем разделить транзистор на две категории Биполярный переходной транзистор (BJT)

2 и

1 Полевой транзистор (

1 Полевой транзистор). Далее мы можем разделить его, как показано ниже:

 

Транзистор с биполярным переходом (BJT)

Транзистор с биполярным переходом состоит из легированного полупроводника с тремя выводами, то есть базой, эмиттером и коллектором. В этой процедуре участвуют и дырки, и электроны. Большое количество тока, проходящего от коллектора к эмиттеру, переключается путем изменения небольшого тока от базы к выводам эмиттера. Их также называют устройства, управляемые током . NPN и PNP являются двумя основными частями BJT, как мы обсуждали ранее. BJT включается, подавая вход на базу, потому что он имеет самый низкий импеданс для всех транзисторов. Усиление также самое высокое для всех транзисторов.

Типы BJT следующие:

1. NPN транзистор :

коллекторы n-типа.

                                            

В прямом активном режиме транзистор NPN смещен. Источником постоянного тока Vbb переход база-эмиттер будет смещен в прямом направлении. Следовательно, на этом стыке область обеднения будет уменьшаться. Переход коллектор-база имеет обратное смещение, область истощения перехода коллектор-база будет увеличена. Основными носителями заряда являются электроны для эмиттера n-типа. Переход база-эмиттер смещен в прямом направлении, поэтому электроны движутся в сторону базы. Следовательно, это вызывает ток эмиттера Ie . Базовая область тонкая и слабо легирована дырками, образовалась электронно-дырочная комбинация, и часть электронов остается в базовой области. Это приводит к очень маленькому току базы Ib . Переход база-коллектор смещен в обратном направлении к дыркам в базовой области и электронам в области коллектора, но смещен в прямом направлении к электронам в базовой области. Оставшиеся электроны базовой области, притянутые выводом коллектора, вызывают ток коллектора Ic. Узнайте больше о транзисторе NPN здесь.

 

2. PNP-транзистор :

                                                           

Как мы обсуждали выше в NPN транзисторе, он также работает в активном режиме. Большинство носителей заряда являются дырками для эмиттера p-типа. Для этих отверстий переход база-эмиттер будет смещен в прямом направлении и перемещается в область базы. Это вызывает ток эмиттера Ie . Базовая область тонкая и слабо легирована электронами, образовалась электронно-дырочная комбинация, и в базовой области осталось некоторое количество дырок. Это приводит к очень маленькому току базы Ib . Переход база-коллектор смещен в обратном направлении к отверстиям в базовой области и отверстиям в области коллектора, но смещен в прямом направлении к отверстиям в базовой области. Оставшиеся отверстия базовой области, притягиваемые выводом коллектора, вызывают ток коллектора Ic. Узнайте больше о транзисторе PNP здесь.

 

Что такое конфигурации транзисторов?

Обычно существует три типа конфигураций, и их описания в отношении усиления следующие:

Конфигурация с общей базой (CB) : Нет усиления по току, но есть усиление по напряжению.

Конфигурация с общим коллектором (CC) : Имеет усиление по току, но без усиления по напряжению.

Конфигурация с общим эмиттером (CE) : Имеет усиление по току и по напряжению.

 

Общая база транзисторов (CB) Конфигурация:

В этой схеме база размещена как на входе, так и на выходе. Он имеет низкое входное сопротивление (50-500 Ом). Он имеет высокое выходное сопротивление (1-10 МОм). Напряжение измеряется относительно базовых клемм. Таким образом, входное напряжение и ток будут равны Vbe и Ie, а выходное напряжение и ток будут равны Vcb и Ic.

  • Коэффициент усиления по току будет меньше единицы, т. е. alpha(dc)= Ic/Ie
  • Коэффициент усиления по напряжению будет высоким.
  • Прирост мощности будет средним.

 

Транзистор с общим эмиттером (CE) Конфигурация:

В этой схеме эмиттер размещен как на входе, так и на выходе. Входной сигнал подается между базой и эмиттером, а выходной сигнал подается между коллектором и эмиттером. Vbb и Vcc — напряжения. Он имеет высокое входное сопротивление (500-5000 Ом). Он имеет низкое выходное сопротивление (50-500 кОм).

  • Коэффициент усиления по току будет высоким (98), т. е. бета (пост. ток) = Ic/Ie
  • Прирост мощности до 37 дБ.
  • Выходной сигнал будет сдвинут по фазе на 180 градусов.

 

Конфигурация общего коллектора транзистора:

В этой схеме коллектор размещен как на входе, так и на выходе. Это также известно как эмиттерный повторитель. Имеет высокое входное сопротивление (150-600 кОм). Низкое выходное сопротивление (100-1000 Ом).

  • Коэффициент усиления по току будет высоким (99).
  • Коэффициент усиления по напряжению будет меньше единицы.
  • Прирост мощности будет средним.

 

 

Полевой транзистор (FET):

Полевой транзистор содержит три области, такие как сток, исток, затвор. Их называют устройствами , управляемыми напряжением , поскольку они контролируют уровень напряжения. Для управления электрическим поведением можно выбрать электрическое поле, приложенное извне, поэтому оно называется 9.0211 полевые транзисторы . При этом ток протекает за счет большинства носителей заряда, то есть электронов, поэтому он также известен как однополярный транзистор . Он имеет в основном высокое входное сопротивление в мегаомах с низкочастотной проводимостью между стоком и истоком, управляемой электрическим полем. Полевые транзисторы очень эффективны, энергичны и менее затратны.

Полевые транзисторы бывают двух типов: Полевые транзисторы с переходом (JFET) и Полевые транзисторы на основе оксида металла (MOSFET). Ток проходит между двумя каналами, обозначенными как n-канал и p-канал .

 

Полевой транзистор с переходом (JFET)

Полевой транзистор с переходом не имеет PN-перехода, но вместо полупроводниковых материалов с высоким удельным сопротивлением они образуют кремниевые каналы типа n&p для протекания основных носителей заряда с двумя выводами либо сток или терминал истока. В n-канале поток тока отрицателен, тогда как в p-канале поток тока положителен.

. мы должны обсудить принцип работы n-канального JFET для двух следующих условий:

Во-первых, когда Vgs=0,

Подайте небольшое положительное напряжение на клемму стока, где Vds положительный. Из-за этого приложенного напряжения Vds электроны текут от истока к стоку, вызывая ток стока Id . Канал между стоком и истоком действует как сопротивление. Пусть n-канал однороден. Различные уровни напряжения задаются током стока Id и перемещаются от истока к стоку. Напряжения самые высокие на клемме стока и самые низкие на клемме истока. Дренаж имеет обратное смещение, поэтому обедненный слой здесь шире.

Vds увеличивается, Vgs=0 В

Слой истощения увеличивается, ширина канала уменьшается. Vds увеличивается на уровне, где соприкасаются две обедненные области, это состояние известно как процесс отсечки и вызывает напряжение отсечки Впик.

Здесь Id отсечения падает до 0 MA, а Id достигает уровня насыщения. Id с Vgs=0 , известный как ток насыщения сток-исток (Idss). Vds увеличился до Vp , где ток Id остается прежним, а JFET действует как источник постоянного тока.

 

Во-вторых, когда Vgs не равно 0,

Применить отрицательные значения Vgs и Vds варьируются. Ширина области обеднения увеличивается, канал сужается, а сопротивление увеличивается. Меньший ток стока течет и достигает уровня насыщения. Из-за отрицательных Vgs снижается уровень насыщения, уменьшается Id. Напряжение отсечки постоянно падает. Поэтому его называют устройством, управляемым напряжением.

                                            

 

Характеристики полевого транзистора JFET:

Характеристики показывают различные области:

Омическая область : Vgs=0, обедненный слой мал.

Область отсечки : Также известна как область отсечки, так как сопротивление канала максимально.

Насыщение или активная область : Управляется напряжением затвор-исток, где напряжение сток-исток ниже.

Область пробоя : Высокое напряжение между стоком и истоком вызывает пробой в резистивном канале.

 

P-канальный JFET:

p-канальный JFET работает так же, как n-канальный JFET, но существуют некоторые исключения, т. е. из-за отверстий ток в канале положительный и необходимо изменить полярность напряжения смещения.

Ток слив в активной области:

ID = IDSS [1-VGS/VP]

Сопротивление канала источника канала дренажа: RDS = Delta VDS/Delta ID

0002  

Полевой транзистор на основе оксида металла (MOSFET):

Полевой транзистор на основе оксида металла также известен как полевой транзистор, управляемый напряжением. Здесь электроны затвора оксида металла электрически изолированы от n-канала и p-канала тонким слоем диоксида кремния, называемым стеклом.

Ток между стоком и истоком прямо пропорционален входному напряжению .

Это устройство с тремя выводами, т. е. затвор, сток и исток. Существует два типа полевых МОП-транзисторов по функционированию каналов, т. Е. p-канальный полевой МОП-транзистор и n-канальный полевой МОП-транзистор.

Существует две формы полевых транзисторов на основе оксида металла, т. е. типа истощения и типа улучшения.

 

Тип истощения: Для выключения требуется напряжение затвор-исток, а режим истощения соответствует нормально замкнутому переключателю.

Vgs=0, если Vgs положителен, электронов больше, а если Vgs отрицателен, электронов меньше.

 

 

Тип расширения : Для включения требуется Vgs, т. е. напряжение источника затвора, а режим расширения равен нормально разомкнутому переключателю.

Здесь дополнительной клеммой является подложка , используемая для заземления.

Напряжение источника затвора (VGS) больше, чем пороговое напряжение (VTH)

Режимы смещения для транзисторов. прямое и обратное смещение , тогда как в зависимости от смещения существует четыре различных схемы смещения:

 

Фиксированное смещение базы и смещение фиксированного сопротивления :

На рисунке базовый резистор Rb подключен между базой и Vcc. Переход база-эмиттер смещен в прямом направлении из-за падения напряжения Rb, что приводит к потоку Ib через него. Здесь Ib получается из:

Ib=(Vcc-Vbe)/Rb 

Это приводит к коэффициенту стабильности (бета +1), что приводит к низкой термической стабильности. Здесь выражения напряжений и токов, т. е.

Vb=Vbe=Vcc-IbRb
Vc=Vcc-IcRc=Vcc-Vce
Ic = Бета Ib
То есть=Iс 

 

Смещение обратной связи коллектора:

На этом рисунке базовый резистор Rb подключен между коллектором и базой транзистора. Следовательно, напряжение базы Vb и напряжение коллектора Vc подобны друг другу этим

Vb =Vc-IbRb
Где,
Vb=Vcc-(Ib+Ic)Rc 

 По этим уравнениям Ic уменьшается на Vc , что уменьшает Ib , автоматически уменьшая Ic .

Здесь коэффициент (бета +1) будет меньше единицы, а Ib приведет к уменьшению коэффициента усиления усилителя.

Итак, напряжения и токи могут быть представлены как-

Вб=Вбэ
Ic = бета Ib
То есть почти равно Ib 

 

Двойное смещение обратной связи:

На этом рисунке это модифицированная форма схемы, базирующей коллекторную обратную связь. Так как имеет дополнительную цепь R1, повышающую стабильность. Следовательно, увеличение базового сопротивления приводит к изменениям коэффициента бета, т. е. коэффициента усиления.

Сейчас,

I1=0,1Ic
Vc= Vcc-(Ic+I(Rb)Rc
Vb=Vbe=I1R1=Vc-(I1+Ib)Rb
Ic = бета Ib
Т.е. почти равно Ic 

 

Фиксированное смещение с эмиттерным резистором:

На этом рисунке такая же схема с фиксированным смещением, но она имеет дополнительный эмиттерный резистор. Ic увеличивается из-за температуры, Ie также увеличивается, что снова увеличивает падение напряжения на Re. Это приводит к снижению Vc, уменьшает Ib, что возвращает iC к его нормальному значению. Коэффициент усиления по напряжению снижается за счет присутствия Re.

Сейчас,

Ve=Ie Re
Vc=Vcc – Ic Rc
Vb=Vbe+Ve
Ic = бета Ib
Т.е. почти равно Ic 

 

 

Смещение эмиттера:

смещен к переходу базы коллектора.

Сейчас,

Ve=-Vee+Ie Re
Vc= Vcc- Ic Rc
Vb=Vbe+Ve
Ic = бета Ib
То есть почти равно Ib
Где, Re>>Rb/бета
Vee>>Vbe 

Обеспечивает стабильную работу.

 

Смещение обратной связи эмиттера:

На этом рисунке в качестве обратной связи используется как коллектор, так и эмиттер для повышения стабильности. Из-за протекания эмиттерного тока Ie падение напряжения происходит на эмиттерном резисторе Re, поэтому эмиттерно-базовый переход будет иметь прямое смещение. Здесь температура увеличивается, Ic увеличивается, Ie также увеличивается. Это приводит к падению напряжения на Re, уменьшению напряжения коллектора Vc и Ib. Это приводит к тому, что выходное усиление будет уменьшено. Выражения могут быть даны как:

Iрб=0,1 Iк=Iб+I1
Ve=IeRe=0.1Vcc
Vc=Vcc-(Ic+Irb)Rc
Vb=Vbe+Ve=I  1  R1=Vc-(I  1  +Ib0Rb)
Ic=бета Ib
То есть почти равно I  c  

 

Смещение делителя напряжения:

На этом рисунке для смещения транзистора используется форма делителя напряжения резисторов R1 и R2. Напряжение на резисторе R2 будет базовым, поскольку оно смещает переход база-эмиттер в прямом направлении. Здесь I2= 10Ib.

Это делается для того, чтобы пренебречь током делителя напряжения и изменить значение бета.

Ib=Vcc R2/R1+R2
Ve=Ie Re
Vb=I2 R2=Vbe+Ve 

Ic сопротивляется изменениям бета и Vbe, что приводит к коэффициенту стабильности, равному 1. При этом Ic увеличивается при повышении температуры, Ie увеличивается при увеличении напряжения эмиттера Ve, что уменьшает базу напряжение Vbe. Это приводит к уменьшению базовых токов ib и ic до их фактических значений.

Применение транзисторов

  • Транзисторы для большинства деталей используются в электронных устройствах, таких как усилители напряжения и мощности.
  • Используется в качестве переключателей во многих цепях.
  • Используется при создании цифровых логических схем, т. е. И, НЕ и т. д.
  • Транзисторы вставлены во всё, т.е. от плит до компьютеров.
  • Используется в микропроцессоре в качестве микросхем, в которых внутри него интегрированы миллиарды транзисторов.

Опубликовано

в

от

Метки:

Комментарии

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *