Kā tranzistors darbojas ķēdē? Manekenu elektronikas pamati: kas ir tranzistors un kā tas darbojas

Tranzistors(tranzistors) - pusvadītāju elements ar trim spailēm (parasti), no kurām viena ( kolekcionārs) tiek piegādāta spēcīga strāva, un otrs ( bāze) kalpoja vāji ( vadības strāva). Pie noteiktas vadības strāvas stipruma it kā “atveras” vārsts un strāva no kolekcionāra sāk plūst ieslēgts trešā izeja ( emitētājs).

Tas ir, tranzistors ir sava veida vārsts, kas pie noteikta strāvas stipruma krasi samazina pretestību un raida strāvu tālāk (no kolektora uz emitētāju) Tas notiek tāpēc, ka noteiktos apstākļos caurumi, kuros ir elektrons, to zaudē, pieņemot jaunu utt. aplī. Ja bāzei netiek pievadīta elektriskā strāva, tranzistors būs līdzsvarotā stāvoklī un nenodos strāvu emitētājam.

Mūsdienu elektroniskajās mikroshēmās tranzistoru skaits skaitļi miljardos. Tos galvenokārt izmanto aprēķiniem un sastāv no sarežģītiem savienojumiem.

Pusvadītāju materiāli, ko galvenokārt izmanto tranzistoros, ir: silīcijs, gallija arsenīds Un germānija. Ir arī tranzistori oglekļa nanocaurules, caurspīdīgs displejiem LCD Un polimērs(daudzsološākais).

Tranzistoru veidi:

Bipolāri– tranzistori, kuros lādiņnesēji var būt gan elektroni, gan “caurumi”. Strāva var plūst kā pret emitētāju, tātad pret kolekcionāru. Plūsmas regulēšanai tiek izmantotas noteiktas vadības strāvas.

– plaši izplatītas ierīces, kurās elektriskā plūsma tiek kontrolēta caur elektrisko lauku. Tas ir, kad veidojas lielāks lauks, tas uztver vairāk elektronu un nevar tālāk pārnest lādiņus. Tas ir, tas ir sava veida vārsts, kas var mainīt pārnestā lādiņa daudzumu (ja tiek kontrolēts lauka efekta tranzistors p—n— pāreja). Šo tranzistoru atšķirīgā iezīme ir to augstais ieejas spriegums un augsta sprieguma pastiprinājums.

Kombinēts– tranzistori ar kombinētiem rezistoriem vai citi tranzistori vienā korpusā. Tie kalpo dažādiem mērķiem, bet galvenokārt, lai palielinātu pašreizējo peļņu.

Apakštipi:

Biotranzistori– ir balstīti uz bioloģiskiem polimēriem, kurus var izmantot medicīnā un biotehnoloģijā, nekaitējot dzīviem organismiem. Ir veikti pētījumi par metaloproteīniem, hlorofilu A (atvasināts no spinātiem) un tabakas mozaīkas vīrusu.

Viena elektrona tranzistori gadā pirmo reizi izveidoja krievu zinātnieki 1996. gads. Atšķirībā no saviem priekšgājējiem viņi varēja strādāt istabas temperatūrā. Darbības princips ir līdzīgs lauka efekta tranzistoram, bet smalkāks. Signāla raidītājs ir viens vai vairāki elektroni. Šo tranzistoru sauc arī par nano- un kvantu tranzistoru. Izmantojot šo tehnoloģiju, nākotnē viņi cer izveidot tranzistorus ar izmēru mazāks par 10 nm, pamatojoties grafēns.

Kam tiek izmantoti tranzistori?

Tranzistori tiek izmantoti pastiprināšanas shēmas, lampas, elektromotori un citas ierīces, kur nepieciešamas straujas strāvas vai pozīcijas izmaiņas ieslēgtsizslēgts. Tranzistors var ierobežot strāvu vai gludi, vai pēc metodes pulss—pauze. Otro biežāk izmanto -kontrolei. Izmantojot jaudīgu strāvas avotu, tas vada to caur sevi, regulējot to ar vāju strāvu.

Ja strāva nav pietiekama, lai ieslēgtu tranzistora ķēdi, izmantojiet vairāki tranzistori ar lielāku jutību, kas savienoti kaskādes veidā.

Jaudīgi tranzistori, kas savienoti vienā vai vairākos iepakojumos, tiek izmantoti pilnībā ciparu pastiprinātājos, kuru pamatā ir. Viņiem bieži vajag papildu dzesēšana. Lielākajā daļā shēmu viņi darbojas taustiņu režīms(pārslēgšanas režīmā).

Tiek izmantoti arī tranzistori energosistēmās, gan digitālā, gan analogā ( mātesplatēm, video kartes, Barošanas avoti un utt).

Centrālā procesori, sastāv arī no miljoniem un miljardiem tranzistoru, kas savienoti noteiktā secībā specializētiem aprēķinus.

Katra tranzistoru grupa noteiktā veidā kodē signālu un nosūta to tālāk apstrādei. Visu veidu un ROM atmiņas arī sastāv no tranzistoriem.

Visi mikroelektronikas sasniegumi būtu praktiski neiespējami bez tranzistoru izgudrošanas un izmantošanas. Ir grūti iedomāties vismaz vienu elektronisku ierīci bez vismaz viena tranzistora.

Nepieciešamie paskaidrojumi ir sniegti, ķersimies pie lietas.

Tranzistori. Definīcija un vēsture

Tranzistors- elektroniska pusvadītāju ierīce, kurā strāvu divu elektrodu ķēdē kontrolē trešais elektrods. (transistors.ru)

Lauka efekta tranzistori bija pirmie, kas tika izgudroti (1928), un bipolārie tranzistori parādījās 1947. gadā Bell Labs. Un tā bez pārspīlējuma bija revolūcija elektronikā.

Ļoti ātri tranzistori nomainīja vakuuma lampas dažādās elektroniskās ierīcēs. Šajā sakarā šādu ierīču uzticamība ir palielinājusies, un to izmērs ir ievērojami samazinājies. Un līdz šai dienai, lai cik “sarežģīta” būtu mikroshēma, tajā joprojām ir daudz tranzistoru (kā arī diodes, kondensatori, rezistori utt.). Tikai ļoti mazas.

Starp citu, sākotnēji “tranzistori” bija rezistori, kuru pretestību varēja mainīt, izmantojot pielietotā sprieguma daudzumu. Ja ignorējam procesu fiziku, tad mūsdienu tranzistoru var attēlot arī kā pretestību, kas ir atkarīga no tam piegādātā signāla.

Kāda ir atšķirība starp lauka efekta un bipolārajiem tranzistoriem? Atbilde slēpjas viņu nosaukumos. Bipolārā tranzistorā lādiņa pārnešana ietver Un elektroni, Un caurumi (“encore” - divas reizes). Un laukā (aka vienpolārais) - vai elektroni, vai caurumiem.

Arī šāda veida tranzistori atšķiras lietošanas jomās. Bipolāri tiek izmantoti galvenokārt analogajā tehnoloģijā, bet lauka - digitālajā tehnoloģijā.

Un visbeidzot: jebkura tranzistoru galvenā pielietojuma joma- vāja signāla nostiprināšana papildu barošanas avota dēļ.

Bipolārais tranzistors. Darbības princips. Galvenās īpašības

Bipolārais tranzistors sastāv no trim reģioniem: emitera, bāzes un kolektora, no kuriem katrs tiek piegādāts ar spriegumu. Atkarībā no šo apgabalu vadītspējas veida tiek izdalīti n-p-n un p-n-p tranzistori. Parasti kolektora laukums ir plašāks nekā emitera laukums. Pamatne ir izgatavota no viegli leģēta pusvadītāja (tādēļ tai ir augsta pretestība) un ir izgatavota ļoti plāna. Tā kā emitētāja un bāzes kontakta laukums ir ievērojami mazāks nekā bāzes kolektora kontakta laukums, nav iespējams mainīt emitētāju un kolektoru, mainot savienojuma polaritāti. Tādējādi tranzistors ir asimetriska ierīce.

Pirms apsvērt tranzistoru darbības fiziku, ieskicēsim vispārējo problēmu.


Tas ir šāds: starp emitētāju un kolektoru plūst spēcīga strāva ( kolektora strāva), un starp emitētāju un bāzi ir vāja vadības strāva ( bāzes strāva). Kolektora strāva mainīsies atkarībā no bāzes strāvas izmaiņām. Kāpēc?
Apskatīsim tranzistora p-n krustojumus. Ir divi no tiem: emitētājs-bāze (EB) un bāzes kolektors (BC). Tranzistora aktīvajā darbības režīmā pirmais no tiem ir savienots ar priekšējo nobīdi, bet otrais ar apgriezto nobīdi. Kas notiek p-n krustojumos? Lai iegūtu lielāku noteiktību, mēs apsvērsim n-p-n tranzistoru. Attiecībā uz p-n-p viss ir līdzīgi, tikai vārds "elektroni" jāaizstāj ar "caurumiem".

Tā kā EB krustojums ir atvērts, elektroni viegli “skrien pāri” uz pamatni. Tur tie daļēji pārkombinējas ar caurumiem, bet O Lielākajai daļai no tiem mazā pamatnes biezuma un zemā dopinga dēļ izdodas sasniegt bāzes-kolektora pāreju. Kas, kā mēs atceramies, ir apgriezti neobjektīvs. Un tā kā elektroni bāzē ir mazākuma lādiņu nesēji, pārejas elektriskais lauks palīdz viņiem to pārvarēt. Tādējādi kolektora strāva ir tikai nedaudz mazāka par emitētāja strāvu. Tagad vērojiet savas rokas. Ja palielināsit bāzes strāvu, EB pāreja atvērsies spēcīgāk, un vairāk elektronu varēs izslīdēt starp emitētāju un kolektoru. Un tā kā kolektora strāva sākotnēji ir lielāka par bāzes strāvu, šīs izmaiņas būs ļoti, ļoti pamanāmas. Tādējādi vājais signāls, kas saņemts bāzē, tiks pastiprināts. Vēlreiz lielas kolektora strāvas izmaiņas ir proporcionālas nelielas bāzes strāvas izmaiņas.

Atceros, ka bipolārā tranzistora darbības princips manam klasesbiedram tika skaidrots, izmantojot ūdens krāna piemēru. Ūdens tajā ir kolektora strāva, un bāzes vadības strāva ir tas, cik daudz mēs pagriežam pogu. Pietiek ar nelielu spēku (vadības darbību), lai palielinātu ūdens plūsmu no krāna.

Papildus aplūkotajiem procesiem tranzistora p-n krustojumos var rasties vairākas citas parādības. Piemēram, ar spēcīgu sprieguma pieaugumu bāzes kolektora krustojumā, trieciena jonizācijas dēļ var sākties lavīnas lādiņa pavairošana. Un kopā ar tuneļa efektu tas vispirms radīs elektrisku bojājumu un pēc tam (ar pieaugošu strāvu) termisku bojājumu. Tomēr termiskais sabrukums tranzistorā var notikt bez elektriskās pārrāvuma (t.i., nepalielinot kolektora spriegumu līdz pārrāvuma spriegumam). Tam pietiks ar vienu pārmērīgu strāvu caur kolektoru.

Vēl viena parādība ir saistīta ar faktu, ka, mainoties spriegumam uz kolektora un emitera krustojuma, mainās to biezums. Un, ja pamatne ir pārāk plāna, var rasties aizvēršanas efekts (tā sauktais pamatnes "punkcija") - savienojums starp kolektora savienojumu un emitera savienojumu. Šajā gadījumā bāzes reģions pazūd un tranzistors pārstāj darboties normāli.

Tranzistora kolektora strāva parastajā tranzistora aktīvajā darbības režīmā ir noteikta reižu lielāka par bāzes strāvu. Šo numuru sauc pašreizējais pieaugums un ir viens no galvenajiem tranzistora parametriem. Tas ir norādīts h21. Ja tranzistors tiek ieslēgts bez slodzes uz kolektoru, tad pie nemainīga kolektora-emitera sprieguma tiks iegūta kolektora strāvas attiecība pret bāzes strāvu. statiskās strāvas pastiprinājums. Tas var būt vienāds ar desmitiem vai simtiem vienību, taču ir vērts ņemt vērā faktu, ka reālās shēmās šis koeficients ir mazāks tāpēc, ka, ieslēdzot slodzi, kolektora strāva dabiski samazinās.

Otrs svarīgais parametrs ir tranzistora ieejas pretestība. Saskaņā ar Oma likumu tā ir sprieguma attiecība starp bāzi un emitētāju pret bāzes vadības strāvu. Jo lielāks tas ir, jo zemāka ir bāzes strāva un lielāks pastiprinājums.

Trešais bipolārā tranzistora parametrs ir sprieguma pieaugums. Tas ir vienāds ar izejas (emitāra-kolektora) un ieejas (bāzes-emitera) mainīgo spriegumu amplitūdas vai efektīvo vērtību attiecību. Tā kā pirmā vērtība parasti ir ļoti liela (vienības un desmitiem voltu), bet otrā ir ļoti maza (desmitdaļas voltu), šis koeficients var sasniegt desmitiem tūkstošu vienību. Ir vērts atzīmēt, ka katram bāzes vadības signālam ir savs sprieguma pieaugums.

Ir arī tranzistoriem frekvences reakcija, kas raksturo tranzistora spēju pastiprināt signālu, kura frekvence tuvojas pastiprināšanas frekvencei. Fakts ir tāds, ka, palielinoties ieejas signāla frekvencei, pastiprinājums samazinās. Tas ir saistīts ar faktu, ka galveno fizisko procesu norises laiks (nesēju kustības laiks no emitētāja uz kolektoru, kapacitatīvo barjeru savienojumu uzlāde un izlāde) kļūst samērojams ar ieejas signāla maiņas periodu. . Tie. tranzistoram vienkārši nav laika reaģēt uz izmaiņām ieejas signālā un kādā brīdī vienkārši pārstāj to pastiprināt. Biežumu, kādā tas notiek, sauc robeža.

Arī bipolārā tranzistora parametri ir:

• reversās strāvas kolektors-emiters
• laikā
• reversā kolektora strāva
• maksimālā pieļaujamā strāva

Tranzistoru n-p-n un p-n-p simboli atšķiras tikai bultiņas virzienā, kas norāda emitētāju. Tas parāda, kā strāva plūst noteiktā tranzistorā.

Bipolārā tranzistora darbības režīmi

Iepriekš apspriestā opcija atspoguļo parasto tranzistora aktīvo darbības režīmu. Tomēr ir vēl vairākas atvērtu/slēgtu p-n savienojumu kombinācijas, no kurām katra apzīmē atsevišķu tranzistora darbības režīmu.

1. Apgrieztais aktīvais režīms. Šeit BC pāreja ir atvērta, bet gluži pretēji, EB ir slēgta. Pastiprināšanas īpašības šajā režīmā, protams, ir sliktākas nekā jebkad agrāk, tāpēc tranzistori šajā režīmā tiek izmantoti ļoti reti.
2. Piesātinājuma režīms. Abas pārejas ir atvērtas. Attiecīgi kolektora un emitētāja galvenie lādiņu nesēji “skrien” uz bāzi, kur aktīvi rekombinējas ar tās galvenajiem nesējiem. Tā rezultātā rodas lādiņnesēju pārpalikums, pamatnes un p-n savienojumu pretestība samazinās. Tāpēc ķēdi, kas satur tranzistoru piesātinājuma režīmā, var uzskatīt par īssavienojumu, un pašu šo radioelementu var attēlot kā ekvipotenciālu punktu.
3. Nogriešanas režīms. Abas tranzistora pārejas ir slēgtas, t.i. galveno lādiņnesēju strāva starp emitētāju un kolektoru apstājas. Mazākuma lādiņu nesēju plūsmas rada tikai nelielas un nekontrolējamas termiskās pārejas strāvas. Pamatnes nabadzības un pāreju ar lādiņnesējiem dēļ to pretestība stipri palielinās. Tāpēc bieži tiek uzskatīts, ka tranzistors, kas darbojas izslēgšanas režīmā, ir atvērta ķēde.
4. Barjeras režīmsŠajā režīmā bāze ir tieši vai caur zemu pretestību savienota ar kolektoru. Kolektora vai emitera ķēdē ir iekļauts arī rezistors, kas nosaka strāvu caur tranzistoru. Tas rada ekvivalentu diodes ķēdei ar rezistoru virknē. Šis režīms ir ļoti noderīgs, jo ļauj ķēdei darboties gandrīz jebkurā frekvencē, plašā temperatūras diapazonā un ir mazprasīgs pret tranzistoru parametriem.

Bipolāru tranzistoru komutācijas shēmas

Tā kā tranzistoram ir trīs kontakti, parasti tam ir jāpiegādā jauda no diviem avotiem, kas kopā rada četras izejas. Tāpēc vienam no tranzistora kontaktiem ir jāpiegādā vienādas zīmes spriegums no abiem avotiem. Un atkarībā no tā, kāda veida kontakts tas ir, ir trīs shēmas bipolāro tranzistoru savienošanai: ar kopējo emitētāju (CE), kopējo kolektoru (OC) un kopējo bāzi (CB). Katram no tiem ir gan priekšrocības, gan trūkumi. Izvēle starp tiem tiek veikta atkarībā no tā, kuri parametri mums ir svarīgi un kurus var upurēt.

Savienojuma ķēde ar kopējo emitētāju

Šī ķēde nodrošina vislielāko sprieguma un strāvas pieaugumu (un līdz ar to arī jaudu - līdz pat desmitiem tūkstošu vienību), un tāpēc tā ir visizplatītākā. Šeit emitētāja-bāzes savienojums tiek ieslēgts tieši, bet bāzes kolektora savienojums tiek ieslēgts apgriezti. Un tā kā gan pamatnei, gan kolektoram tiek piegādāts vienas zīmes spriegums, ķēdi var darbināt no viena avota. Šajā shēmā izejas maiņstrāvas sprieguma fāze mainās par 180 grādiem attiecībā pret ieejas maiņstrāvas sprieguma fāzi.

Bet papildus visiem labumiem OE shēmai ir arī ievērojams trūkums. Tas ir saistīts ar faktu, ka frekvences un temperatūras pieaugums ievērojami pasliktina tranzistora pastiprināšanas īpašības. Tādējādi, ja tranzistoram jādarbojas augstās frekvencēs, tad labāk ir izmantot citu komutācijas ķēdi. Piemēram, ar kopīgu bāzi.

Savienojuma shēma ar kopīgu pamatni

Šī shēma nenodrošina ievērojamu signāla pastiprinājumu, bet ir laba augstās frekvencēs, jo tā ļauj pilnīgāk izmantot tranzistora frekvences reakciju. Ja viens un tas pats tranzistors vispirms ir savienots saskaņā ar ķēdi ar kopīgu emitētāju un pēc tam ar kopīgu bāzi, tad otrajā gadījumā ievērojami palielināsies tā pastiprinājuma izslēgšanas frekvence. Tā kā pie šāda pieslēguma ieejas pretestība ir zema un izejas pretestība nav īpaši liela, tad antenu pastiprinātājos izmanto tranzistoru kaskādes, kas samontētas pēc OB ķēdes, kur kabeļu raksturīgā pretestība parasti nepārsniedz 100 Omus.

Kopējās bāzes shēmā signāla fāze netiek invertēta, un trokšņu līmenis augstās frekvencēs tiek samazināts. Bet, kā jau minēts, tā pašreizējais ieguvums vienmēr ir nedaudz mazāks par vienotību. Tiesa, sprieguma pieaugums šeit ir tāds pats kā ķēdē ar kopēju emitētāju. Kopējās bāzes shēmas trūkumi ietver arī nepieciešamību izmantot divus barošanas avotus.

Savienojuma shēma ar kopējo kolektoru

Šīs shēmas īpatnība ir tāda, ka ieejas spriegums tiek pilnībā pārsūtīts atpakaļ uz ieeju, t.i., negatīvā atgriezeniskā saite ir ļoti spēcīga.

Atgādināšu, ka negatīvā atgriezeniskā saite ir tāda atgriezeniskā saite, kurā izejas signāls tiek padots atpakaļ uz ieeju, tādējādi samazinot ieejas signāla līmeni. Tādējādi automātiska regulēšana notiek, ja ieejas signāla parametri nejauši mainās

Strāvas pastiprinājums ir gandrīz tāds pats kā kopējā emitētāja ķēdē. Bet sprieguma pieaugums ir mazs (šīs ķēdes galvenais trūkums). Tā tuvojas vienotībai, bet vienmēr ir mazāka par to. Tādējādi jaudas pieaugums ir vienāds tikai ar dažiem desmitiem vienību.

Kopējā kolektora shēmā starp ieejas un izejas spriegumu nav fāzes nobīdes. Tā kā sprieguma pieaugums ir tuvu vienībai, izejas spriegums sakrīt ar ieejas spriegumu fāzē un amplitūdā, t.i., atkārto to. Tāpēc šādu ķēdi sauc par emitera sekotāju. Emitētājs - jo izejas spriegums tiek noņemts no emitētāja attiecībā pret kopējo vadu.

Šo savienojumu izmanto, lai saskaņotu tranzistora pakāpes vai ja ieejas signāla avotam ir augsta ieejas pretestība (piemēram, pjezoelektriskais noņēmējs vai kondensatora mikrofons).

Divi vārdi par kaskādēm

Gadās, ka jāpalielina izejas jauda (t.i., jāpalielina kolektora strāva). Šajā gadījumā tiek izmantots vajadzīgā tranzistoru skaita paralēlais savienojums.

Protams, tiem jābūt aptuveni vienādiem pēc īpašībām. Bet jāatceras, ka maksimālā kopējā kolektora strāva nedrīkst pārsniegt 1,6-1,7 no jebkura kaskādes tranzistoru maksimālās kolektora strāvas.
Tomēr (paldies wrewolf par piezīmi) tas nav ieteicams bipolāru tranzistoru gadījumā. Jo divi, pat viena veida tranzistori, vismaz nedaudz atšķiras viens no otra. Attiecīgi, savienojot paralēli, caur tiem plūdīs dažāda lieluma strāvas. Lai izlīdzinātu šīs strāvas, tranzistoru emitētāja ķēdēs tiek uzstādīti balansēti rezistori. To pretestības vērtību aprēķina tā, lai sprieguma kritums tiem darba strāvas diapazonā būtu vismaz 0,7 V. Ir skaidrs, ka tas noved pie ievērojamas ķēdes efektivitātes pasliktināšanās.

Var būt nepieciešams arī tranzistors ar labu jutību un tajā pašā laikā labu pastiprinājumu. Šādos gadījumos tiek izmantota jutīga, bet mazjaudas tranzistora (attēlā VT1) kaskāde, kas kontrolē jaudīgāka biedra barošanu (attēlā VT2).

Citi bipolāro tranzistoru pielietojumi

Tranzistorus var izmantot ne tikai signāla pastiprināšanas shēmās. Piemēram, sakarā ar to, ka tās var darboties piesātinājuma un izslēgšanas režīmos, tās tiek izmantotas kā elektroniskās atslēgas. Ir iespējams izmantot arī tranzistorus signālu ģeneratoru ķēdēs. Ja tie darbojas atslēgas režīmā, tiks ģenerēts taisnstūra signāls, un, ja pastiprināšanas režīmā, tad patvaļīgas formas signāls atkarībā no vadības darbības.

Marķēšana

Tā kā raksts jau ir izaudzis līdz nepieklājīgi lielam apjomam, tad šajā vietā es vienkārši iedošu divas labas saites, kurās ir sīki aprakstītas galvenās pusvadītāju ierīču (ieskaitot tranzistoru) marķēšanas sistēmas: http://kazus.ru/guide/transistors /mark_all .html un .xls fails (35 kb).

Noderīgi komentāri:
http://habrahabr.ru/blogs/easyelectronics/133136/#comment_4419173

Birkas: pievienojiet atzīmes

Tranzistors (transistor, angļu valodā) ir no pusvadītāju materiāliem izgatavota triode ar trim izejām, kuru galvenā īpašība ir kontrolēt ievērojamu strāvu ķēdes izejā ar salīdzinoši zemu ieejas signālu. Lauka efekta tranzistori tiek izmantoti radio komponentos, no kuriem tiek montētas modernas sarežģītas elektriskās ierīces. To īpašības ļauj atrisināt problēmas, kas saistītas ar strāvas izslēgšanu vai ieslēgšanas iespiedshēmas plates elektriskajā ķēdē, vai tās pastiprināšanu.

Kas ir lauka efekta tranzistors

Lauka efekta tranzistors ir ierīce ar trim vai četriem kontaktiem, kurā strāva uz diviem kontaktiem ir regulējama elektriskā lauka spriegums uz trešo. Tāpēc tos sauc par laukiem.

Kontakti:

Lauka tranzistors ar n-p savienojumu ir īpašs tranzistoru veids, kas kalpo strāvas kontrolei.

Tas atšķiras no vienkāršas parastās ar to, ka strāva iet caur to, nešķērsojot p-n savienojuma zonu, zonu, kas veidojas pie šo divu zonu robežām. P-n zonas izmērs ir regulējams.

Lauka efekta tranzistori, to veidi

Lauka efekta tranzistori ar n-p savienojumu ir sadalīti klasēs:

1. Pēc vadītāja kanāla veida: n vai r. Vadības signāla zīme, polaritāte ir atkarīga no kanāla. Tam jābūt pretī zīmei n-zonai.
2. Pēc ierīces uzbūves: difūzs, leģēts gar p-n krustojumu, ar aizvaru, plānslāņa.
3. Pēc kontaktu skaita: 3 un 4 kontaktu. 4 kontaktu ierīces gadījumā substrāts darbojas arī kā vārti.
4. Pēc izmantotajiem materiāliem: germānija, silīcijs, gallija arsenīds.

Klases tiek sadalītas pēc darbības principa:

• ierīce, ko kontrolē p-n pāreja;
• izolēti vārti vai Schottky barjeras ierīce.

Lauka efekta tranzistors, darbības princips

Vienkāršā veidā, kā darbojas lauka tranzistors ar vadības p-n pāreju, var pateikt šādi: radio komponents sastāv no divām zonām: p - pāreja un n - pāreja. Caur zonu n plūst elektriskā strāva. Zona p ir pārklāšanās zona, sava veida vārsts. Ja jūs to stingri nospiežat, tas bloķē pašreizējo caurbraukšanas zonu un tas pāriet mazāk. Vai arī, ja spiediens tiek samazināts, pāries vairāk. Šo spiedienu veic, palielinot spriegumu pie vārtu kontakta, kas atrodas upes zonā.

Ierīce ar vadības p-n kanāla savienojumu ir pusvadītāju plāksne ar vienu no šiem veidiem. Plāksnes galos ir savienoti kontakti: noteka un avots, vidū ir vārtu kontakts. Ierīces darbības pamatā ir p-n savienojuma telpas biezuma mainīgums. Tā kā bloķēšanas reģionā gandrīz nav mobilo lādiņu nesēju, tas vadītspēja ir nulle. Pusvadītāju plāksnē zonā, kas nav bloķējošā slāņa ietekmē, tiek izveidots strāvu vadošs kanāls. Ja attiecībā pret avotu tiek pielikts negatīvs spriegums, pie vārtiem tiek izveidota plūsma, caur kuru izplūst lādiņnesēji.

Izolētu vārtu gadījumā uz tiem ir plāns dielektriķa slānis. Šāda veida ierīce darbojas pēc elektriskā lauka principa. Lai to iznīcinātu, pietiek ar nelielu elektrības daudzumu. Tāpēc, lai aizsargātu pret statisko spriegumu, kas var sasniegt tūkstošiem voltu, tiek izveidoti īpaši ierīču korpusi - tie palīdz samazināt vīrusu elektrības ietekmi.

Kāpēc jums ir nepieciešams lauka efekta tranzistors?

Ņemot vērā sarežģītu elektronisko iekārtu darbību, piemēram, lauka tranzistora darbību (kā vienu no integrālās shēmas sastāvdaļām), ir grūti iedomāties, ka viņa darbības galvenie virzieni pieci:

1. Augstas frekvences pastiprinātāji.
2. Basu pastiprinātāji.
3. Modulācija.
4. Līdzstrāvas pastiprinātāji.
5. Galvenās ierīces (slēdži).

Izmantojot vienkāršu piemēru, tranzistora, tāpat kā slēdža, darbību var iedomāties kā mikrofona sakārtošanu ar spuldzi. Mikrofons uztver skaņu, kas ģenerē elektrisko strāvu. Tas iet uz bloķētu lauka efekta tranzistoru. Ar savu klātbūtni strāva ieslēdz ierīci, ieslēdz elektrisko ķēdi, kurai ir pievienota spuldze. Gaisma iedegas, kad mikrofons uztver skaņu, bet tas iedegas strāvas avota dēļ, kas nav savienots ar mikrofonu un ir jaudīgāks.

Piemērota modulācija lai kontrolētu informācijas signālu. Signāls kontrolē svārstību frekvenci. Modulācija tiek izmantota augstas kvalitātes skaņas signāliem radio, audio pārraidīšanai televīzijas programmās, krāsu un augstas kvalitātes televīzijas signālu pārraidīšanai. To izmanto visur, kur nepieciešams darbs ar augstas kvalitātes materiāliem.

Tāpat kā pastiprinātājs lauka efekta tranzistors darbojas vienkāršotā veidā: grafiski jebkuru signālu, it īpaši audio sēriju, var attēlot kā pārtrauktu līniju, kur tā garums ir laiks, bet pārtraukumu augstums ir skaņas frekvence. Lai pastiprinātu skaņu, radio komponentam tiek piegādāts jaudīgs spriegums, kas iegūst nepieciešamās frekvences, bet ar lielākām vērtībām, pateicoties vāja signāla padevei vadības kontaktam. Citiem vārdiem sakot, ierīce proporcionāli pārzīmē sākotnējo līniju, bet ar augstākām pīķa vērtībām.

Lauka efekta tranzistoru pielietojums

Pirmā ierīce, kas tika pārdota, izmantojot lauka efekta tranzistoru ar vadības pn savienojumu, bija Dzirdes aparāts. Tās izskats tika reģistrēts pagājušā gadsimta piecdesmitajos gados. Rūpnieciskā mērogā tos izmantoja telefona centrālēs.

Mūsdienu pasaulē tiek izmantotas ierīces visā elektrotehnikā. Lauka tranzistora mazā izmēra un raksturlielumu dažādības dēļ to var atrast virtuves iekārtās, audio un televīzijas iekārtās, datoros un elektroniskajās bērnu rotaļlietās. Tos izmanto gan apsardzes mehānismu, gan ugunsgrēka signalizācijas sistēmās.

Tranzistoru iekārtas tiek izmantotas rūpnīcās mašīnu jaudas regulatoriem. Transportā, sākot no iekārtu ekspluatācijas vilcienos un lokomotīvēs, līdz privāto automašīnu degvielas iesmidzināšanas sistēmām. Mājokļos un komunālajos pakalpojumos no dispečeru sistēmām līdz ielu apgaismojuma vadības sistēmām.

Viens no svarīgākajiem tranzistoru lietojumiem ir procesoru ražošana. Faktiski viss procesors sastāv no daudziem miniatūriem radio komponentiem. Bet, pārejot uz darba frekvencēm virs 1,5 GHz, tās sāk patērēt enerģiju kā lavīna. Tāpēc procesoru ražotāji ir izvēlējušies vairāku kodolu ceļu, nevis palielināt pulksteņa ātrumu.

Lauka efekta tranzistoru plusi un mīnusi

Lauka efekta tranzistori ar to īpašībām atstāja tālu aiz citām sugām ierīces. Tos plaši izmanto integrālajās shēmās kā slēdžus.

• detaļu kaskāde patērē maz enerģijas;
• ieguvums ir lielāks nekā citām sugām;
• augsta trokšņa imunitāte tiek panākta, ja vārtos nav strāvas plūsmas;
• lielāks ieslēgšanas un izslēgšanas ātrums - tie var darboties frekvencēs, kas nav pieejamas citiem tranzistoriem.

• zemāka iznīcināšanas temperatūra nekā citām sugām;
• ar frekvenci 1,5 GHz enerģijas patēriņš sāk strauji palielināties;
• jutība pret statisko elektrību.

Pusvadītāju materiālu raksturlielumi, kas tika ņemti par lauka efekta tranzistoru pamatu, ļāva to izdarīt izmantot ierīces ikdienas dzīvē un ražošanā. Pamatojoties uz tranzistoriem, sadzīves tehnika tika izveidota mūsdienu cilvēkiem pazīstamā formā. Augstas kvalitātes signālu apstrāde, procesoru un citu augstas precizitātes komponentu ražošana nav iespējama bez mūsdienu zinātnes sasniegumiem.

Savulaik tranzistori nomainīja vakuuma lampas. Tas ir saistīts ar to, ka tiem ir mazāki izmēri, augsta uzticamība un zemākas ražošanas izmaksas. Tagad bipolāri tranzistoriir pamatelementi visās pastiprināšanas shēmās.

Tas ir pusvadītāju elements ar trīsslāņu struktūru, kas veido divus elektronu caurumu savienojumus. Tāpēc tranzistoru var attēlot kā divas savstarpēji savienotas diodes. Atkarībā no tā, kas būs galvenie lādiņu nesēji, tie atšķiras p-n-p Un n-p-n tranzistori.

Bāze– pusvadītāju slānis, kas ir tranzistora konstrukcijas pamatā.

Izstarotājs sauc par pusvadītāju slāni, kura funkcija ir ievadīt lādiņnesējus pamatslānī.

Kolekcionārs sauc par pusvadītāju slāni, kura funkcija ir savākt lādiņnesējus, kas iet caur pamatslāni.

Parasti emitētājs satur daudz lielāku galveno lādiņu skaitu nekā bāzē. Tas ir galvenais nosacījums tranzistora darbībai, jo šajā gadījumā, kad emitera pāreja ir nobīdīta uz priekšu, strāvu noteiks galvenie emitētāja nesēji. Izstarotājs varēs veikt savu galveno funkciju – nesēju ievadīšanu pamatslānī. Viņi parasti cenšas padarīt emitētāja reverso strāvu pēc iespējas mazāku. Izstarotāju vairākuma nesēju pieaugums tiek panākts, izmantojot augstu dopanta koncentrāciju.

Padariet pamatni pēc iespējas plānāku. Tas ir saistīts ar maksas kalpošanas laiku. Lādiņnesējiem jāšķērso bāze un pēc iespējas mazāk jākombinē ar galvenajiem bāzes nesējiem, lai sasniegtu kolektoru.

Lai kolekcionārs varētu pilnīgāk savākt caur bāzi ejošos medijus, cenšas to padarīt plašāku.

Tranzistora darbības princips

Apskatīsim p-n-p tranzistora piemēru.

Ja nav ārēju spriegumu, starp slāņiem tiek noteikta potenciāla atšķirība. Pie krustojumiem uzstādītas potenciālās barjeras. Turklāt, ja caurumu skaits emitētājā un kolektorā ir vienāds, potenciālie šķēršļi būs vienāda platuma.

Lai tranzistors darbotos pareizi, emitera pārejai jābūt nospriegotai uz priekšu, bet kolektora savienojumam jābūt apgrieztam.. Tas atbildīs tranzistora aktīvajam darbības režīmam. Lai izveidotu šādu savienojumu, ir nepieciešami divi avoti. Avots ar spriegumu Ue ir savienots ar pozitīvo polu ar emitētāju un negatīvo polu ar pamatni. Avots ar spriegumu Uк ir savienots ar negatīvo polu ar kolektoru un pozitīvo polu ar pamatni. Turklāt Ue< Uк.

Sprieguma Ue ietekmē emitera pāreja ir novirzīta uz priekšu. Kā zināms, kad elektronu caurumu pāreja ir novirzīta uz priekšu, ārējais lauks ir vērsts pretēji pārejas laukam un tāpēc to samazina. Lielākā daļa nesēju sāk iziet cauri pārejai; emitētājā ir 1–5 caurumi, bet bāzē ir 7–8 elektroni. Un tā kā caurumu skaits emitētājā ir lielāks nekā elektronu skaits bāzē, emitētāja strāva galvenokārt ir saistīta ar tiem.

Emitatora strāva ir emitera strāvas caurumu komponentes un bāzes elektroniskās sastāvdaļas summa.

Tā kā noderīga ir tikai cauruma sastāvdaļa, viņi cenšas padarīt elektronisko komponentu pēc iespējas mazāku. Izstarotāja savienojuma kvalitatīvais raksturojums ir injekcijas attiecība.

Viņi cenšas tuvināt injekcijas koeficientu 1.

Caurumi 1-5, kas iekļuvuši pamatnē, uzkrājas pie emitera savienojuma robežas. Tādējādi tiek radīta liela bedrīšu koncentrācija emitētāja tuvumā un zema koncentrācija kolektora savienojuma tuvumā, kā rezultātā sākas caurumu difūzijas kustība no emitera uz kolektora savienojumu. Bet kolektora savienojuma tuvumā caurumu koncentrācija paliek nulle, jo, tiklīdz urbumi sasniedz krustojumu, tos paātrina tā iekšējais lauks un tiek izvilkti (ievilkti) kolektorā. Šis lauks atgrūž elektronus.

Kamēr caurumi šķērso pamatslāni, tie rekombinējas ar tur esošajiem elektroniem, piemēram, kā caurums 5 un elektrons 6. Un, tā kā caurumi nāk pastāvīgi, tie rada lieko pozitīvo lādiņu, tāpēc ir jāienāk arī elektroniem, kas tiek ievilkti. caur bāzes spaili un veido bāzes strāvu Ibr. Tas ir svarīgs nosacījums tranzistora darbībai – caurumu koncentrācijai pamatnē jābūt aptuveni vienādai ar elektronu koncentrāciju. Citiem vārdiem sakot Jānodrošina pamatnes elektriskā neitralitāte.

Caurumu skaits, kas sasniedz kolektoru, ir mazāks par caurumu skaitu, kas atstāj emitētāju, par rekombinēto caurumu skaitu pamatnē. Tas ir, Kolektora strāva atšķiras no emitētāja strāvas ar bāzes strāvas lielumu.

No šejienes tas parādās pārneses koeficients pārvadātājiem, kurus viņi arī cenšas tuvināt 1.

Tranzistora kolektora strāva sastāv no caurumu komponentes Icr un reversās kolektora strāvas.

Reversā kolektora strāva rodas kolektora savienojuma reversās nobīdes rezultātā, tāpēc tā sastāv no 9. cauruma un elektrona 10 mazākuma nesējiem. Tieši tāpēc, ka pretējo strāvu veido mazākuma nesēji, tā ir atkarīga tikai no termiskās ģenerēšanas procesa tas ir, uz temperatūru. Tāpēc to bieži sauc termiskā strāva.

Tranzistora kvalitāte ir atkarīga no termiskās strāvas lieluma; jo mazāks tas ir, jo labāks ir tranzistors.

Kolektora strāva ir savienota ar emitētāju strāvas pārvades koeficients.

Kā darbojas tranzistors?

Labi apskatiet rīsus. 93. Kreisajā pusē šajā attēlā redzama pastiprinātāja vienkāršota shēma, kuras pamatā ir p-n-p tranzistora struktūra, un ilustrācijas, kas izskaidro šī pastiprinātāja darbības būtību. Šeit, tāpat kā iepriekšējos attēlos, caurumi p-veida apgabalos parasti tiek attēloti kā apļi, un elektroni n-tipa reģionā tiek attēloti kā tāda paša izmēra melnas bumbiņas. Atcerieties p-n savienojumu nosaukumus: starp kolektoru un bāzi - kolektoru, starp emitētāju un bāzi - emitētāju.

Rīsi. 93. Pastiprinātāja vienkāršota shēma, kuras pamatā ir p-n-p struktūras tranzistors un grafiki, kas ilustrē tā darbību.

Starp kolektoru un emitētāju atrodas akumulators B k (kolektors), kas uz kolektora rada negatīvu spriegumu par vairākiem voltiem attiecībā pret emitētāju. Tajā pašā shēmā, ko sauc par kolektora ķēdi, ir iekļauta slodze R n, kas var būt telefons vai cita ierīce atkarībā no pastiprinātāja mērķa.

Ja bāze nav pievienota nekam, kolektora ķēdē parādīsies ļoti vāja strāva (miliamperu desmitdaļas), jo ar šādu polaritāti, savienojot akumulatoru B ar kolektora pretestību, p-n pāreja būs ļoti liela; kolektora savienojumam tā būs reversā strāva. Kolektora ķēdes strāva Ik strauji palielinās, ja starp bāzi un emitētāju ir pievienots nobīdes elements Bc, pieliekot bāzei nelielu negatīvu spriegumu, vismaz desmito voltu, attiecībā pret emitētāju. Tā tas notiks. Ar šo elementa B c savienojumu (tas nozīmē, ka tiek īssavienoti spailes pastiprinātā signāla avota pievienošanai, kas diagrammā apzīmētas ar zīmi “~” - sinusoidāls vilnis) šajā jaunajā shēmā, ko sauc par bāzi. ķēde, plūdīs kāda līdzstrāva I b; tāpat kā diodē, caurumi emitētājā un elektroni bāzē pārvietosies pretējos virzienos un izzudīs, izraisot strāvas plūsmu caur emitētāja savienojumu.

Bet lielākajai daļai caurumu, kas no emitētāja tiek ievadīti bāzē, ir cits liktenis, nevis pazušana, satiekoties ar elektroniem. Fakts ir tāds, ka, ražojot tranzistorus ar p-n-p struktūrām, caurumu piesātinājums emitētājā (un kolektorā) vienmēr ir lielāks nekā elektronu piesātinājums bāzē. Sakarā ar to tikai neliela daļa caurumu (mazāk nekā 10%) pazūd, saskaroties ar elektroniem. Galvenā caurumu masa brīvi nonāk pamatnē, nokrīt zem kolektora augstāka negatīvā sprieguma, nonāk kolektorā un vispārējā plūsmā ar caurumiem pāriet uz tā negatīvo kontaktu. Šeit tos neitralizē pretelektroni, ko kolektorā ievada baterijas Bk negatīvais pols, kā rezultātā samazinās visa kolektora ķēdes pretestība un tajā ieplūst strāva, kas daudzkārt lielāka par kolektora savienojuma reverso strāvu. Jo lielāks ir negatīvais spriegums pie pamatnes, jo vairāk caurumu tiek ievadīts no emitētāja pamatnē, jo lielāka ir strāva kolektora ķēdē. Un, gluži pretēji, jo zemāks ir negatīvais spriegums pie pamatnes, jo zemāka ir strāva tranzistora kolektora ķēdē.

Ko darīt, ja bāzes ķēdē tiek ievadīts mainīgs elektriskais signāls virknē ar pastāvīgu sprieguma avotu, kas baro šo ķēdi? Tranzistors to pastiprinās.

Pastiprināšanas process parasti notiek šādi. Ja nav signāla sprieguma, bāzes un kolektora ķēdēs plūst noteikta lieluma strāvas (93. att. grafikos O a sadaļa), ko nosaka akumulatora spriegumi un tranzistora īpašības. Tiklīdz bāzes ķēdē parādās signāls, strāvas tranzistoru ķēdēs sāk attiecīgi mainīties: negatīvo pusperiodu laikā, kad kopējais negatīvais spriegums pie bāzes palielinās, ķēdes strāvas palielinās, un pozitīvo pusciklu laikā kad signāla un elementa B spriegumi ir pretēji un Tāpēc negatīvais spriegums pie pamatnes samazinās, un arī strāvas abās ķēdēs samazinās. Rodas sprieguma un strāvas pieaugums.

Ja audio frekvences elektriskais signāls tiek piegādāts ievades ķēdei, t.i., bāzes ķēdei, un telefons ir izejas - kolektora - ķēdes slodze, tas pārvērš pastiprināto signālu skaņā. Ja slodze ir rezistors, tad uz tā radīto spriegumu, pastiprinātā signāla mainīgo komponentu, var ievadīt otrā tranzistora ieejas ķēdē papildu pastiprināšanai. Viens tranzistors var pastiprināt signālu 30 - 50 reizes.

Tieši tāpat darbojas n-p-n struktūras tranzistori, tikai tajos galvenie strāvas nesēji ir nevis caurumi, bet gan elektroni. Šajā sakarā elementu un bateriju iekļaušanas polaritātei, kas nodrošina n-p-n tranzistoru bāzes ķēdes un kolektorus, nevajadzētu būt tādai pašai kā p-n-p tranzistoru polaritātei, bet gan apgrieztai.

Atcerieties ļoti svarīgu apstākli: tranzistora pamatnei (attiecībā pret emitētāju) jāpavada pastāvīgs spriegums, ko sauc par slīpo spriegumu, kas atver tranzistoru, kopā ar pastiprinātā signāla spriegumu.

Pastiprinātājā saskaņā ar shēmu attēlā. 93 nobīdes sprieguma avota lomu pilda elements B c. P-n-p struktūras germānija tranzistoram tam jābūt negatīvam un jābūt 0,1-0,2 V, bet n-p-n struktūras tranzistoram - pozitīvam. Silīcija tranzistoriem nobīdes spriegums ir 0,5–0,7 V. Bez sākotnējā nobīdes sprieguma emitera pn pāreja līdzīgi kā diodei “nogriezīs” pozitīvos (pnp tranzistors) vai negatīvos (npn tranzistors) pusviļņus. signāls, izraisot pastiprinājumu pavada kropļojumus. Nobīdes spriegums netiek pielietots bāzei tikai gadījumos, kad tranzistora emitētāja savienojumu izmanto augstfrekvences modulēta signāla noteikšanai.

Vai jums ir nepieciešama īpaša šūna vai akumulators, lai bāzes spriegumu pievienotu sākotnējām nobīdēm? Protams, nē. Šim nolūkam parasti tiek izmantots kolektora akumulatora spriegums, savienojot bāzi ar šo strāvas avotu, izmantojot rezistoru. Šāda rezistora pretestība bieži tiek izvēlēta eksperimentāli, jo tā ir atkarīga no konkrētā tranzistora īpašībām.

Šīs sarunas daļas sākumā es teicu, ka bipolāru tranzistoru var iedomāties kā divas plakanās diodes, kas ir savstarpēji savienotas vienā pusvadītāju plāksnē un kurām ir viens kopīgs katods, kura lomu spēlē bāze. tranzistors. To ir viegli pārbaudīt ar eksperimentiem, kuriem būs nepieciešams jebkurš lietots, bet nebojāts pnp struktūras germānija zemfrekvences tranzistors, piemēram, MP39 vai līdzīgi tranzistori MP40 - MP42. Starp kolektoru un tranzistora pamatni pievienojiet sērijveidā savienotu 3336L akumulatoru un lukturīša spuldzi, kas paredzēta 2,5 V spriegumam un 0,075 vai 0,15 A strāvai. Ja ir pievienots akumulatora plus ( caur spuldzi) uz kolektoru, bet mīnuss uz pamatni (94. att., a), tad gaisma degs. Ja akumulators ir ieslēgts citā polaritātē (94.b att.), gaismai nevajadzētu iedegties.

Rīsi. 94. Eksperimenti ar tranzistoru.

Kā izskaidrot šīs parādības? Pirmkārt, jūs pielietojāt tiešu, t.i., caurlaides spriegumu kolektora p-n savienojumam. Šajā gadījumā kolektora savienojums ir atvērts, tā pretestība ir zema un caur to plūst tiešā kolektora strāva Ik. Šīs strāvas vērtību šajā gadījumā nosaka galvenokārt spuldzes kvēldiega pretestība un akumulatora iekšējā pretestība. Kad akumulators tika ieslēgts otrreiz, tā spriegums tika piegādāts kolektora savienojumam pretējā, neplūsmas virzienā. Šajā gadījumā krustojums ir slēgts, tā pretestība ir augsta un caur to plūst tikai neliela reversā kolektora strāva. Apkalpojamam mazjaudas zemfrekvences tranzistoram I KBO reversā kolektora strāva nepārsniedz 30 μA. Šāda strāva, protams, nevarēja uzsildīt spuldzes kvēldiegu, tāpēc tā nedega.

Veiciet līdzīgu eksperimentu ar emitera savienojumu. Rezultāts būs tāds pats: ar apgriezto spriegumu krustojums tiks aizvērts - spuldze nedeg, un ar priekšējo spriegumu tas būs atvērts - spuldze būs ieslēgta.

Sekojošais eksperiments, kas ilustrē vienu no tranzistora darbības režīmiem, tiek veikts saskaņā ar shēmu, kas parādīta attēlā. 95, a. Starp viena un tā paša tranzistora emitētāju un kolektoru pievienojiet 3336L akumulatoru un virknē savienotu kvēlspuldzi. Akumulatora pozitīvajam spailem jābūt savienotam ar emitētāju, bet negatīvajam - ar kolektoru (caur spuldzes kvēldiegu). Vai gaisma ir ieslēgta? Nē, tas neiedegas. Savienojiet pamatni ar emitētāju ar džempera vadu, kā parādīts diagrammā ar pārtrauktu līniju. Nedegs arī spuldze, kas pievienota tranzistora kolektora ķēdei. Noņemiet džemperi un tā vietā pievienojiet šiem elektrodiem virknē savienotu rezistoru ar pretestību 200 - 300 omi un vienu galvanisko elementu Eb, piemēram, 332. tipa, bet tā, lai elementa mīnuss būtu uz pamatnes un pluss uz emitētājs. Tagad gaismai vajadzētu būt ieslēgtai. Mainiet polaritāti, savienojot elementu ar šiem tranzistora elektrodiem. Šajā gadījumā gaisma neiedegsies. Atkārtojiet šo eksperimentu vairākas reizes, un jūs būsiet pārliecināts, ka spuldze kolektora ķēdē iedegsies tikai tad, ja tranzistora pamatnē ir negatīvs spriegums attiecībā pret emitētāju.

Rīsi. 95. Eksperimenti, kas ilustrē tranzistora darbību komutācijas režīmā (a) un pastiprināšanas režīmā (b).

Apskatīsim šos eksperimentus. Pirmajā no tiem, savienojot bāzi ar emitētāju ar džemperi un īssavienojot emitētāja savienojumu, tranzistors kļuva vienkārši par diodi, kurai tika pielikts apgrieztais spriegums, aizverot tranzistoru. Caur tranzistoru gāja tikai neliela kolektora savienojuma reversā strāva, kas nevarēja uzsildīt spuldzes kvēldiegu. Šajā laikā tranzistors bija slēgtā stāvoklī. Pēc tam, noņemot džemperi, jūs atjaunojāt emitētāja savienojumu. Vispirms ieslēdzot elementu starp pamatni un emitētāju, emitera savienojumam pieslēdzāt tiešo spriegumu. Atvērās emitera pāreja, caur to plūda līdzstrāva, kas atvēra tranzistora otro savienojumu - kolektoru. Tranzistors izrādījās atvērts, un caur emitera-bāzes-kolektora ķēdi plūda tranzistora strāva, kas daudzkārt pārsniedza emitētāja-bāzes ķēdes strāvu. Tas bija viņš, kurš uzsildīja spuldzes kvēldiegu. Mainot elementa polaritāti uz pretējo, tā spriegums aizvēra emitera pāreju, un tajā pašā laikā aizvērās arī kolektora pāreja. Tajā pašā laikā tranzistora strāva gandrīz apstājās (tecēja tikai reversā kolektora strāva) un spuldze neiedegas.

Šajos eksperimentos tranzistors bija vienā no diviem stāvokļiem: atvērts vai aizvērts. Tranzistors pārslēdzās no viena stāvokļa uz otru sprieguma ietekmē pie bāzes UB. Šis tranzistora darbības režīms, ko ilustrē grafiki attēlā. 95, a, sauc par pārslēgšanas režīmu vai, kas ir tas pats, taustiņu režīmu. Šis tranzistoru darbības režīms tiek izmantots galvenokārt elektroniskās automatizācijas iekārtās.

Kāda ir rezistora Rb loma šajos eksperimentos? Principā šis rezistors var nebūt. Es ieteicu to ieslēgt tikai tāpēc, lai ierobežotu strāvu bāzes ķēdē. Pretējā gadījumā caur emitera pāreju plūdīs pārāk liela līdzstrāva, kā rezultātā var rasties savienojuma termiskais sadalījums un tranzistors neizdosies.

Ja šo eksperimentu laikā bāzes un kolektora ķēdēs tiktu iekļauti mērinstrumenti, tad ar aizvērtu tranzistoru tā ķēdēs gandrīz nebūtu strāvas. Kad tranzistors ir atvērts, bāzes strāva I B būtu ne vairāk kā 2 - 3 mA, bet kolektora strāva I K būtu 60 - 75 mA. Tas nozīmē, ka tranzistors var būt strāvas pastiprinātājs.

Audio frekvences uztvērējos un pastiprinātājos tranzistori darbojas pastiprināšanas režīmā. Šis režīms atšķiras no komutācijas režīma ar to, ka, izmantojot nelielas strāvas bāzes ķēdē, mēs varam kontrolēt daudz lielākas strāvas tranzistora kolektora ķēdē.

Tranzistora darbību pastiprināšanas režīmā var ilustrēt ar šādu eksperimentu (95. att., b). Tranzistora T kolektora ķēdē savienojiet elektromagnētisko telefonu Tf 2 starp barošanas avota B pamatni un mīnusu - rezistoru R b ar pretestību 200 - 250 kOhm. Savienojiet otro tālruni TF 1 starp bāzi un emitētāju, izmantojot savienojuma kondensatoru C ar jaudu 0,1–0,5 µF. Jūs iegūsit vienkāršu pastiprinātāju, kas var kalpot, piemēram, kā vienvirziena tālrunis. Ja jūsu draugs klusi runā tālruņa priekšā, kas pievienots pastiprinātāja ieejai, jūs dzirdēsiet viņa sarunu tālruņos, kas savienoti ar pastiprinātāja izeju.

Kāda ir rezistora Rb loma šajā pastiprinātājā? Caur to tranzistora pamatnei no akumulatora B tiek piegādāts neliels sākotnējais nobīdes spriegums, kas atver tranzistoru un tādējādi nodrošina tā darbību pastiprināšanas režīmā. Tālruņa TF 1 vietā pie pastiprinātāja ieejas var ieslēgt pikapu un atskaņot ierakstu. Tad TF2 tālruņos būs skaidri dzirdamas melodijas skaņas vai dziedātāja balss, kas ierakstīta gramofona ierakstā.

Šajā eksperimentā pastiprinātāja ieejai tika pielikts maiņstrāvas audio frekvences spriegums, kura avots bija telefons, kas līdzīgi kā mikrofons skaņas vibrācijas pārvērš elektriskās vibrācijās, vai arī pikaps, kas pārvērš sava mehāniskās vibrācijas. adatu elektriskajās vibrācijās. Šis spriegums radīja vāju maiņstrāvu emitera-bāzes ķēdē, kas kontrolēja ievērojami lielāku strāvu kolektora ķēdē: ar negatīviem puscikliem pie pamatnes kolektora strāva palielinājās, bet ar pozitīviem puscikliem tā samazinājās (sk. grafiki 95. att., b). Signāls tika pastiprināts, un tranzistora pastiprinātais signāls tika pārveidots ar kolektora ķēdi pievienoto telefonu skaņas vibrācijās. Tranzistors darbojās pastiprināšanas režīmā.

Līdzīgus eksperimentus varat veikt ar n-p-n struktūras tranzistoru, piemēram, MP35. Šajā gadījumā ir jāmaina tikai tranzistora barošanas avota polaritāte: mīnus jāpievieno emitētājam, bet akumulatora plus jāpievieno kolektoram (izmantojot tālruni).

Īsi par bipolāro tranzistoru elektriskajiem parametriem. Bipolāro tranzistoru kvalitāti un pastiprinošās īpašības novērtē pēc vairākiem parametriem, kurus mēra, izmantojot īpašus instrumentus. No praktiskā viedokļa jūs galvenokārt interesē trīs galvenie parametri: reversā kolektora strāva I KBO, statiskais strāvas pārneses koeficients h 21E (lasīt kā pelni divi viens e) un strāvas pārneses koeficienta gr izslēgšanas frekvence. .

Reversā kolektora strāva I KBO ir nekontrolēta strāva caur kolektora p-n savienojumu, ko rada tranzistora mazākuma strāvas nesēji. BSC I parametrs raksturo tranzistora kvalitāti: jo mazāks tas ir, jo augstāka ir tranzistora kvalitāte. Mazjaudas zemfrekvences tranzistoriem, piemēram, tipiem MP39 - MP42, I BAC nedrīkst pārsniegt 30 μA, bet mazjaudas augstfrekvences tranzistoriem - ne vairāk kā 5 μA. Tranzistori ar lielām I KBO vērtībām darbojas nestabili.

Statiskais strāvas pārneses koeficients h 21E raksturo tranzistora pastiprinošās īpašības. To sauc par statisku, jo šo parametru mēra ar nemainīgu spriegumu uz tā elektrodiem un nemainīgu strāvu tā ķēdēs. Lielais (lielais) burts “E” šajā izteiksmē norāda, ka, veicot mērījumus, tranzistors tiek savienots saskaņā ar ķēdi ar kopēju emitētāju (par tranzistora savienojuma shēmām es runāšu nākamajā sarunā). Koeficientu h 21E raksturo tiešās kolektora strāvas attiecība pret pastāvīgo bāzes strāvu pie noteikta konstanta reversā kolektora-emitera sprieguma un emitētāja strāvas. Jo lielāka ir koeficienta h 21E skaitliskā vērtība, jo lielāku signāla pastiprinājumu var nodrošināt šis tranzistors.

Strāvas pārvades koeficienta gr robežfrekvence, kas izteikta kilohercos vai megahercos, ļauj spriest par iespēju izmantot tranzistoru, lai pastiprinātu noteiktu frekvenču svārstības. Piemēram, tranzistoru MP39 izslēgšanas frekvence ir 500 kHz, bet tranzistoru P401 - P403 frekvence ir lielāka par 30 MHz. Praksē tranzistori tiek izmantoti, lai pastiprinātu frekvences, kas ir daudz zemākas par ierobežojošajām, jo, palielinoties frekvencei, tranzistora strāvas pārvades koeficients h 21E samazinās.

Praktiskajā darbā jāņem vērā tādi parametri kā maksimālais pieļaujamais kolektora-emitera spriegums, maksimālā pieļaujamā kolektora strāva, kā arī tranzistora kolektora maksimālā pieļaujamā jaudas izkliede - jauda, ​​kas pārvēršas siltumā tranzistora iekšpusē.

Pamatinformāciju par mazjaudas tranzistoriem masveida lietošanai var atrast pielikumā. 4.