ทรานซิสเตอร์ทำงานในวงจรอย่างไร? ข้อมูลเบื้องต้นเกี่ยวกับอิเล็กทรอนิกส์สำหรับหุ่น: ทรานซิสเตอร์คืออะไรและทำงานอย่างไร

ทรานซิสเตอร์(ทรานซิสเตอร์) - องค์ประกอบเซมิคอนดักเตอร์ที่มีสามขั้ว (ปกติ) ซึ่งหนึ่งในนั้น ( นักสะสม) มีการจ่ายกระแสไฟแรงและอื่น ๆ ( ฐาน) ทำหน้าที่อ่อนแอ ( ควบคุมกระแส). ที่ความแรงของกระแสควบคุมระดับหนึ่ง จะเหมือนกับว่าวาล์ว "เปิด" และกระแสไฟ จากนักสะสมเริ่มไหล บนเอาท์พุทที่สาม ( ตัวส่ง).

นั่นก็คือทรานซิสเตอร์ชนิดหนึ่ง วาล์วซึ่งที่ความแรงของกระแสที่แน่นอนจะลดความต้านทานลงอย่างรวดเร็วและส่งกระแสต่อไป (จากตัวสะสมไปยังตัวปล่อย) สิ่งนี้เกิดขึ้นเพราะภายใต้เงื่อนไขบางประการหลุมที่มีอิเล็กตรอนจะสูญเสียมันไปยอมรับอันใหม่และอื่น ๆ เป็นวงกลม หากไม่มีกระแสไฟฟ้าจ่ายไปที่ฐาน ทรานซิสเตอร์จะอยู่ในสถานะสมดุลและจะไม่ส่งกระแสไปยังตัวปล่อย

ในชิปอิเล็กทรอนิกส์สมัยใหม่ จำนวนของทรานซิสเตอร์ ตัวเลขเป็นพันล้าน. ใช้สำหรับการคำนวณเป็นหลักและประกอบด้วยการเชื่อมต่อที่ซับซ้อน

วัสดุเซมิคอนดักเตอร์ที่ใช้ในทรานซิสเตอร์ส่วนใหญ่ ได้แก่ : ซิลิคอน, แกลเลียมอาร์เซไนด์และ เจอร์เมเนียม. นอกจากนี้ยังมีทรานซิสเตอร์ ท่อนาโนคาร์บอน, โปร่งใสสำหรับการแสดงผล จอแอลซีดีและ พอลิเมอร์(มีแนวโน้มมากที่สุด)

ประเภทของทรานซิสเตอร์:

ไบโพลาร์– ทรานซิสเตอร์ซึ่งตัวพาประจุสามารถเป็นได้ทั้งอิเล็กตรอนและ “รู” กระแสสามารถไหลได้เช่น ไปทางตัวปล่อย, ดังนั้น ไปทางนักสะสม. เพื่อควบคุมการไหล จะใช้กระแสควบคุมบางอย่าง

– อุปกรณ์ทั่วๆ ไปซึ่งกระแสไฟฟ้าถูกควบคุมผ่านสนามไฟฟ้า นั่นคือเมื่อเกิดสนามแม่เหล็กขนาดใหญ่ขึ้น สนามก็จะจับอิเล็กตรอนได้มากขึ้นและไม่สามารถถ่ายโอนประจุต่อไปได้ นั่นคือนี่คือวาล์วชนิดหนึ่งที่สามารถเปลี่ยนปริมาณประจุที่ถ่ายโอนได้ (หากควบคุมทรานซิสเตอร์เอฟเฟกต์สนาม พี—n— การเปลี่ยนแปลง) คุณสมบัติที่โดดเด่นของทรานซิสเตอร์เหล่านี้คือแรงดันไฟฟ้าขาเข้าสูงและอัตราขยายแรงดันไฟฟ้าสูง

รวม– ทรานซิสเตอร์ที่มีตัวต้านทานรวมกัน หรือทรานซิสเตอร์อื่น ๆ ในเรือนเดียว พวกเขาให้บริการเพื่อวัตถุประสงค์ต่าง ๆ แต่ส่วนใหญ่เพื่อเพิ่มผลกำไรในปัจจุบัน

ประเภทย่อย:

ไบโอทรานซิสเตอร์– ขึ้นอยู่กับโพลีเมอร์ชีวภาพที่สามารถนำไปใช้ในการแพทย์และเทคโนโลยีชีวภาพได้โดยไม่เป็นอันตรายต่อสิ่งมีชีวิต มีการศึกษาเกี่ยวกับ metalloproteins, คลอโรฟิลล์ A (ที่ได้มาจากผักโขม) และไวรัสโมเสกยาสูบ

ทรานซิสเตอร์อิเล็กตรอนเดี่ยว– ถูกสร้างขึ้นครั้งแรกโดยนักวิทยาศาสตร์ชาวรัสเซียในปี 1996. สามารถทำงานได้ที่อุณหภูมิห้อง ไม่เหมือนรุ่นก่อนๆ หลักการทำงานคล้ายกับทรานซิสเตอร์แบบสนามแม่เหล็ก แต่จะละเอียดกว่า เครื่องส่งสัญญาณคืออิเล็กตรอนตั้งแต่หนึ่งตัวขึ้นไป ทรานซิสเตอร์นี้เรียกอีกอย่างว่าทรานซิสเตอร์นาโนและควอนตัม ด้วยการใช้เทคโนโลยีนี้ ในอนาคตพวกเขาหวังว่าจะสร้างทรานซิสเตอร์ที่มีขนาด น้อยกว่า 10 นาโนเมตร, ซึ่งเป็นรากฐาน กราฟีน.

ทรานซิสเตอร์ใช้ทำอะไร?

ทรานซิสเตอร์ถูกนำมาใช้ใน วงจรขยายเสียง, โคมไฟ, มอเตอร์ไฟฟ้าและอุปกรณ์อื่นๆ ที่ต้องการการเปลี่ยนแปลงกระแสหรือตำแหน่งอย่างรวดเร็ว บนปิด. ทรานซิสเตอร์สามารถจำกัดกระแสหรือ อย่างราบรื่นหรือโดยวิธีการ ชีพจร—หยุดชั่วคราว. ส่วนที่สองมักใช้สำหรับ -control การใช้แหล่งพลังงานอันทรงพลังจะควบคุมมันด้วยกระแสไฟอ่อน

หากกระแสไฟฟ้าไม่เพียงพอที่จะเปิดวงจรทรานซิสเตอร์ให้ใช้ ทรานซิสเตอร์หลายตัวมีความไวมากขึ้น เชื่อมต่อกันในลักษณะเรียงซ้อน

ทรานซิสเตอร์ที่ทรงพลังที่เชื่อมต่อในแพ็คเกจตั้งแต่หนึ่งแพ็คเกจขึ้นไปนั้นถูกใช้ในแอมพลิฟายเออร์ดิจิตอลเต็มรูปแบบ พวกเขามักจะต้องการ ความเย็นเพิ่มเติม. ในรูปแบบส่วนใหญ่พวกเขาจะทำงานเข้า โหมดคีย์(ในโหมดสวิตช์)

ทรานซิสเตอร์ก็ใช้เช่นกัน ในระบบไฟฟ้าทั้งแบบดิจิตอลและอนาล็อก ( เมนบอร์ด, การ์ดแสดงผล, แหล่งจ่ายไฟและอื่นๆ)

ศูนย์กลาง โปรเซสเซอร์ยังประกอบด้วยทรานซิสเตอร์นับล้านและพันล้านตัวที่เชื่อมต่อกันตามลำดับเฉพาะทาง การคำนวณ.

ทรานซิสเตอร์แต่ละกลุ่มจะเข้ารหัสสัญญาณด้วยวิธีใดวิธีหนึ่งและส่งต่อไปเพื่อการประมวลผล ทุกประเภทและ รอมความทรงจำยังประกอบด้วยทรานซิสเตอร์

ทั้งหมด ความสำเร็จของไมโครอิเล็กทรอนิกส์จะเป็นได้จริง เป็นไปไม่ได้โดยไม่มีการประดิษฐ์และใช้ทรานซิสเตอร์ เป็นการยากที่จะจินตนาการถึงอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์อย่างน้อยหนึ่งเครื่องที่ไม่มีทรานซิสเตอร์อย่างน้อยหนึ่งตัว

มีการอธิบายที่จำเป็นแล้ว เรามาเข้าประเด็นกันดีกว่า

ทรานซิสเตอร์ ความหมายและประวัติ

ทรานซิสเตอร์- อุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์อิเล็กทรอนิกส์ซึ่งกระแสในวงจรของอิเล็กโทรดสองตัวถูกควบคุมโดยอิเล็กโทรดตัวที่สาม (transistors.ru)

ทรานซิสเตอร์แบบ Field-Effect เป็นตัวแรกที่ถูกประดิษฐ์ขึ้น (พ.ศ. 2471) และทรานซิสเตอร์แบบไบโพลาร์ปรากฏในปี พ.ศ. 2490 ที่ Bell Labs และมันก็เป็นการปฏิวัติทางอิเล็กทรอนิกส์โดยไม่ต้องพูดเกินจริง

อย่างรวดเร็วมาก ทรานซิสเตอร์เข้ามาแทนที่หลอดสุญญากาศในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ต่างๆ ในเรื่องนี้ความน่าเชื่อถือของอุปกรณ์ดังกล่าวเพิ่มขึ้นและขนาดลดลงอย่างมาก และจนถึงทุกวันนี้ ไม่ว่าวงจรไมโครจะ "ซับซ้อน" แค่ไหน แต่ก็ยังมีทรานซิสเตอร์จำนวนมาก (เช่นเดียวกับไดโอด ตัวเก็บประจุ ตัวต้านทาน ฯลฯ) ตัวเล็กมากเท่านั้น

อย่างไรก็ตาม ในตอนแรก "ทรานซิสเตอร์" เป็นตัวต้านทานซึ่งสามารถเปลี่ยนความต้านทานได้โดยใช้ปริมาณแรงดันไฟฟ้าที่ใช้ หากเราเพิกเฉยต่อฟิสิกส์ของกระบวนการ ทรานซิสเตอร์สมัยใหม่ก็สามารถแสดงเป็นความต้านทานที่ขึ้นอยู่กับสัญญาณที่จ่ายให้

ความแตกต่างระหว่างทรานซิสเตอร์ภาคสนามและทรานซิสเตอร์แบบไบโพลาร์คืออะไร? คำตอบอยู่ในชื่อของพวกเขาเอง ในทรานซิสเตอร์แบบไบโพลาร์ การถ่ายโอนประจุจะเกี่ยวข้องกับ และอิเล็กตรอน, และหลุม (“ อีกครั้ง” - สองครั้ง) และในสนาม (หรือที่เรียกว่า unipolar) - หรืออิเล็กตรอน, หรือหลุม

นอกจากนี้ ทรานซิสเตอร์ประเภทนี้ยังแตกต่างกันไปตามพื้นที่การใช้งาน ไบโพลาร์ส่วนใหญ่จะใช้ในเทคโนโลยีอะนาล็อกและภาคสนามในเทคโนโลยีดิจิทัล

และในที่สุดก็: พื้นที่หลักของการใช้งานทรานซิสเตอร์ใด ๆ- การเสริมกำลังสัญญาณอ่อนเนื่องจากแหล่งพลังงานเพิ่มเติม

ทรานซิสเตอร์แบบไบโพลาร์ หลักการทำงาน ลักษณะสำคัญ

ทรานซิสเตอร์แบบไบโพลาร์ประกอบด้วยสามส่วน: ตัวปล่อย ฐาน และตัวสะสม ซึ่งแต่ละส่วนจะได้รับแรงดันไฟฟ้า ขึ้นอยู่กับประเภทของการนำไฟฟ้าของพื้นที่เหล่านี้ ทรานซิสเตอร์ n-p-n และ p-n-p มีความโดดเด่น โดยทั่วไปพื้นที่ตัวรวบรวมจะกว้างกว่าพื้นที่ตัวปล่อย ฐานทำจากเซมิคอนดักเตอร์ที่มีการเจือเล็กน้อย (ซึ่งเป็นเหตุผลว่าทำไมจึงมีความต้านทานสูง) และมีความบางมาก เนื่องจากพื้นที่หน้าสัมผัสฐานตัวปล่อยมีขนาดเล็กกว่าพื้นที่หน้าสัมผัสตัวรวบรวมฐานอย่างมาก จึงเป็นไปไม่ได้ที่จะสลับตัวปล่อยและตัวรวบรวมโดยการเปลี่ยนขั้วการเชื่อมต่อ ดังนั้นทรานซิสเตอร์จึงเป็นอุปกรณ์ที่ไม่สมมาตร

ก่อนที่จะพิจารณาฟิสิกส์ของวิธีการทำงานของทรานซิสเตอร์ เรามาสรุปปัญหาทั่วไปกันก่อน


เป็นดังนี้: กระแสแรงไหลระหว่างตัวปล่อยและตัวสะสม ( กระแสสะสม) และระหว่างตัวปล่อยและฐานจะมีกระแสควบคุมที่อ่อนแอ ( กระแสฐาน). กระแสสะสมจะเปลี่ยนไปตามการเปลี่ยนแปลงของกระแสฐาน ทำไม
ลองพิจารณารอยต่อ p-n ของทรานซิสเตอร์ มีสองอย่าง: emitter-base (EB) และ base-collector (BC) ในโหมดการทำงานของทรานซิสเตอร์ที่ใช้งานอยู่ตัวแรกจะเชื่อมต่อกับอคติไปข้างหน้าและตัวที่สองจะเชื่อมต่อกับอคติย้อนกลับ จะเกิดอะไรขึ้นที่ทางแยก p-n? เพื่อความชัดเจนยิ่งขึ้น เราจะพิจารณาทรานซิสเตอร์แบบ n-p-n สำหรับ p-n-p ทุกอย่างจะคล้ายกัน เพียงคำว่า "อิเล็กตรอน" เท่านั้นที่ต้องแทนที่ด้วย "หลุม"

เนื่องจากทางแยก EB เปิดอยู่ อิเล็กตรอนจึง "วิ่งผ่าน" ไปยังฐานได้อย่างง่ายดาย ที่นั่นพวกมันกลับมารวมตัวกันอีกครั้งด้วยรู แต่ โอส่วนใหญ่เนื่องจากความหนาเล็กน้อยของฐานและการเติมสารต่ำจึงสามารถจัดการให้ถึงช่วงเปลี่ยนผ่านของตัวสะสมฐานได้ ซึ่งอย่างที่เราจำได้นั้นมีอคติแบบย้อนกลับ และเนื่องจากอิเล็กตรอนในฐานเป็นตัวพาประจุส่วนน้อย สนามไฟฟ้าของการเปลี่ยนแปลงจึงช่วยให้พวกมันเอาชนะมันได้ ดังนั้นกระแสของตัวสะสมจึงน้อยกว่ากระแสของตัวปล่อยเพียงเล็กน้อยเท่านั้น ตอนนี้ระวังมือของคุณ ถ้าคุณเพิ่มกระแสเบส จุดเชื่อมต่อ EB จะเปิดออกแรงมากขึ้น และอิเล็กตรอนจำนวนมากขึ้นจะสามารถเลื่อนไปมาระหว่างตัวปล่อยและตัวสะสมได้ และเนื่องจากกระแสสะสมนั้นมากกว่ากระแสพื้นฐานในตอนแรก การเปลี่ยนแปลงนี้จึงเห็นได้ชัดเจนมาก ดังนั้น, สัญญาณอ่อนที่ได้รับที่ฐานจะถูกขยาย. อีกครั้งที่การเปลี่ยนแปลงครั้งใหญ่ของกระแสสะสมเป็นการสะท้อนสัดส่วนของการเปลี่ยนแปลงเล็กน้อยของกระแสฐาน

ฉันจำได้ว่าหลักการทำงานของทรานซิสเตอร์แบบไบโพลาร์ได้รับการอธิบายให้เพื่อนร่วมชั้นของฉันฟังโดยใช้ตัวอย่างก๊อกน้ำ น้ำในนั้นคือกระแสสะสม และกระแสควบคุมพื้นฐานคือปริมาณที่เราหมุนลูกบิด แรงเพียงเล็กน้อย (การควบคุม) ก็เพียงพอที่จะเพิ่มการไหลของน้ำจากก๊อกน้ำได้

นอกเหนือจากกระบวนการที่พิจารณาแล้ว ยังมีปรากฏการณ์อื่นๆ อีกจำนวนหนึ่งที่สามารถเกิดขึ้นได้ที่จุดเชื่อมต่อ p-n ของทรานซิสเตอร์ ตัวอย่างเช่น เมื่อแรงดันไฟฟ้าเพิ่มขึ้นอย่างมากที่จุดเชื่อมต่อตัวสะสมฐาน การเพิ่มจำนวนประจุของหิมะถล่มอาจเริ่มต้นเนื่องจากการกระทบต่อไอออนไนซ์ เมื่อประกอบกับเอฟเฟกต์อุโมงค์ จะทำให้ไฟฟ้าเสียก่อน และจากนั้น (เมื่อกระแสเพิ่มขึ้น) จะมีการสลายความร้อน อย่างไรก็ตาม การพังทลายเนื่องจากความร้อนในทรานซิสเตอร์สามารถเกิดขึ้นได้โดยไม่มีการพังทลายทางไฟฟ้า (เช่น โดยไม่เพิ่มแรงดันไฟฟ้าของตัวสะสมเป็นแรงดันพังทลาย) กระแสไฟฟ้าที่มากเกินไปผ่านตัวสะสมจะเพียงพอสำหรับสิ่งนี้

ปรากฏการณ์อีกประการหนึ่งเกิดจากการที่เมื่อแรงดันไฟฟ้าบนจุดเชื่อมต่อตัวสะสมและตัวปล่อยการเปลี่ยนแปลง ความหนาของมันจะเปลี่ยนไป และถ้าฐานบางเกินไปก็อาจเกิดเอฟเฟกต์การปิด (ที่เรียกว่า "การเจาะ" ของฐาน) - การเชื่อมต่อระหว่างทางแยกของตัวรวบรวมและทางแยกของตัวปล่อย ในกรณีนี้บริเวณฐานจะหายไปและทรานซิสเตอร์หยุดทำงานตามปกติ

กระแสสะสมของทรานซิสเตอร์ในโหมดแอคทีฟปกติของทรานซิสเตอร์มีค่ามากกว่ากระแสพื้นฐานตามจำนวนครั้งที่กำหนด เบอร์นี้มีชื่อว่า กำไรปัจจุบันและเป็นหนึ่งในตัวแปรหลักของทรานซิสเตอร์ มันถูกกำหนดไว้ h21. หากทรานซิสเตอร์เปิดอยู่โดยไม่มีโหลดบนตัวสะสม ดังนั้นที่แรงดันไฟฟ้าของตัวสะสม - อิมิตเตอร์คงที่อัตราส่วนของกระแสของตัวสะสมต่อกระแสฐานจะให้ อัตราขยายกระแสคงที่. อาจมีค่าเท่ากับสิบหรือหลายร้อยหน่วย แต่ก็ควรพิจารณาถึงความจริงที่ว่าในวงจรจริงค่าสัมประสิทธิ์นี้มีขนาดเล็กลงเนื่องจากความจริงที่ว่าเมื่อเปิดโหลดกระแสไฟฟ้าของตัวสะสมจะลดลงตามธรรมชาติ

พารามิเตอร์ที่สำคัญที่สองคือ ความต้านทานอินพุตของทรานซิสเตอร์. ตามกฎของโอห์ม มันคืออัตราส่วนของแรงดันไฟฟ้าระหว่างฐานและตัวปล่อยต่อกระแสควบคุมของฐาน ยิ่งมีขนาดใหญ่ กระแสฐานก็จะยิ่งต่ำลงและอัตราขยายก็จะสูงขึ้นตามไปด้วย

พารามิเตอร์ที่สามของทรานซิสเตอร์แบบไบโพลาร์คือ อัตราขยายของแรงดันไฟฟ้า. เท่ากับอัตราส่วนของแอมพลิจูดหรือค่าประสิทธิผลของแรงดันไฟฟ้ากระแสสลับเอาต์พุต (ตัวสะสมตัวปล่อย) และแรงดันไฟฟ้ากระแสสลับอินพุต (ตัวส่งสัญญาณฐาน) เนื่องจากค่าแรกมักจะมีขนาดใหญ่มาก (หน่วยและสิบโวลต์) และค่าที่สองมีขนาดเล็กมาก (หนึ่งในสิบของโวลต์) สัมประสิทธิ์นี้จึงสามารถเข้าถึงหลายหมื่นหน่วย เป็นที่น่าสังเกตว่าสัญญาณควบคุมแต่ละฐานมีแรงดันไฟฟ้าเพิ่มขึ้นของตัวเอง

ทรานซิสเตอร์ก็มี การตอบสนองความถี่ซึ่งแสดงถึงความสามารถของทรานซิสเตอร์ในการขยายสัญญาณที่มีความถี่เข้าใกล้ความถี่ในการขยายแบบคัตออฟ ความจริงก็คือเมื่อความถี่ของสัญญาณอินพุตเพิ่มขึ้น อัตราขยายจะลดลง นี่เป็นเพราะความจริงที่ว่าเวลาที่จะเกิดขึ้นของกระบวนการทางกายภาพหลัก (เวลาของการเคลื่อนที่ของพาหะจากตัวปล่อยไปยังตัวสะสม, ประจุและการปล่อยทางแยกของสิ่งกีดขวางแบบ capacitive) จะสอดคล้องกับระยะเวลาของการเปลี่ยนแปลงของสัญญาณอินพุต . เหล่านั้น. ทรานซิสเตอร์ไม่มีเวลาตอบสนองต่อการเปลี่ยนแปลงของสัญญาณอินพุตและเมื่อถึงจุดหนึ่งก็หยุดขยายสัญญาณ ความถี่ที่เกิดเหตุการณ์นี้เรียกว่า ขอบเขต.

นอกจากนี้ พารามิเตอร์ของทรานซิสเตอร์แบบไบโพลาร์คือ:

• ตัวสะสมและตัวปล่อยกระแสย้อนกลับ
• ตรงเวลา
• กระแสสะสมย้อนกลับ
• กระแสสูงสุดที่อนุญาต

สัญลักษณ์สำหรับทรานซิสเตอร์ n-p-n และ p-n-p จะแตกต่างกันเฉพาะในทิศทางของลูกศรที่ระบุตัวปล่อย มันแสดงให้เห็นว่ากระแสไหลในทรานซิสเตอร์ที่กำหนดอย่างไร

โหมดการทำงานของทรานซิสเตอร์แบบไบโพลาร์

ตัวเลือกที่กล่าวถึงข้างต้นแสดงถึงโหมดการทำงานปกติของทรานซิสเตอร์ อย่างไรก็ตาม มีทางแยก p-n แบบเปิด/ปิดหลายแบบรวมกัน ซึ่งแต่ละทางแสดงถึงโหมดการทำงานของทรานซิสเตอร์ที่แยกจากกัน

1. โหมดแอคทีฟผกผัน. ที่นี่การเปลี่ยนแปลง BC เปิดอยู่ แต่ในทางกลับกัน EB ปิดอยู่ คุณสมบัติการขยายสัญญาณในโหมดนี้แน่นอนว่าแย่กว่าที่เคยเป็นมา ดังนั้นจึงไม่ค่อยมีการใช้ทรานซิสเตอร์ในโหมดนี้
2. โหมดความอิ่มตัว. ทางแยกทั้งสองเปิดอยู่ ดังนั้นผู้ให้บริการชาร์จหลักของตัวสะสมและตัวปล่อย "วิ่ง" ไปที่ฐานซึ่งพวกมันจะรวมตัวกันอีกครั้งกับผู้ให้บริการหลักอย่างแข็งขัน เนื่องจากประจุพาหะมีมากเกินไป ความต้านทานของฐานและจุดเชื่อมต่อ p-n จึงลดลง ดังนั้นวงจรที่มีทรานซิสเตอร์ในโหมดอิ่มตัวจึงถือได้ว่าเป็นไฟฟ้าลัดวงจรและองค์ประกอบวิทยุนี้สามารถแสดงเป็นจุดสมศักย์ได้
3. โหมดตัด. การเปลี่ยนผ่านของทรานซิสเตอร์ทั้งสองปิดอยู่เช่น กระแสของผู้ให้บริการประจุหลักระหว่างตัวปล่อยและตัวสะสมหยุด การไหลของประจุพาหะส่วนน้อยจะสร้างกระแสการเปลี่ยนแปลงความร้อนเพียงเล็กน้อยและไม่สามารถควบคุมได้ เนื่องจากความยากจนของฐานและการเปลี่ยนผ่านกับผู้ให้บริการชาร์จ ความต้านทานของพวกเขาจึงเพิ่มขึ้นอย่างมาก ดังนั้นจึงมักเชื่อกันว่าทรานซิสเตอร์ที่ทำงานในโหมดคัตออฟแสดงถึงวงจรเปิด
4. โหมดสิ่งกีดขวางในโหมดนี้ ฐานจะเชื่อมต่อโดยตรงหรือผ่านความต้านทานต่ำที่เชื่อมต่อกับตัวสะสม ตัวต้านทานยังรวมอยู่ในวงจรสะสมหรือตัวปล่อยซึ่งตั้งค่ากระแสผ่านทรานซิสเตอร์ สิ่งนี้จะสร้างวงจรไดโอดที่เทียบเท่ากับตัวต้านทานแบบอนุกรม โหมดนี้มีประโยชน์มากเนื่องจากช่วยให้วงจรทำงานที่ความถี่เกือบทุกความถี่ในช่วงอุณหภูมิที่กว้างและไม่ต้องการพารามิเตอร์ของทรานซิสเตอร์มากนัก

วงจรสวิตชิ่งสำหรับทรานซิสเตอร์แบบไบโพลาร์

เนื่องจากทรานซิสเตอร์มีหน้าสัมผัสสามจุด โดยทั่วไปจึงต้องจ่ายพลังงานจากแหล่งสองแหล่งซึ่งรวมกันแล้วจะผลิตเอาต์พุตสี่ตัว ดังนั้นหน้าสัมผัสทรานซิสเตอร์ตัวใดตัวหนึ่งจะต้องได้รับแรงดันไฟฟ้าที่มีสัญญาณเดียวกันจากทั้งสองแหล่ง และขึ้นอยู่กับชนิดของหน้าสัมผัส มีวงจรสามวงจรสำหรับเชื่อมต่อทรานซิสเตอร์แบบไบโพลาร์: ด้วยตัวปล่อยร่วม (CE), ตัวสะสมร่วม (OC) และฐานร่วม (CB) แต่ละคนมีทั้งข้อดีและข้อเสีย ทางเลือกระหว่างพวกเขาขึ้นอยู่กับว่าพารามิเตอร์ใดที่สำคัญสำหรับเราและสามารถเสียสละได้

วงจรเชื่อมต่อกับตัวส่งสัญญาณทั่วไป

วงจรนี้ให้แรงดันและกระแสที่เพิ่มขึ้นมากที่สุด (และด้วยเหตุนี้ในด้านกำลัง - สูงถึงหมื่นหน่วย) และดังนั้นจึงเป็นเรื่องธรรมดาที่สุด ที่นี่ทางแยกฐานตัวปล่อยถูกเปิดโดยตรง และทางแยกตัวรวบรวมฐานจะเปิดแบบย้อนกลับ และเนื่องจากทั้งฐานและตัวสะสมได้รับแรงดันไฟฟ้าที่มีสัญญาณเดียวกัน วงจรจึงสามารถจ่ายไฟจากแหล่งเดียวได้ ในวงจรนี้ เฟสของแรงดันไฟฟ้ากระแสสลับเอาท์พุตจะเปลี่ยนสัมพันธ์กับเฟสของแรงดันไฟฟ้ากระแสสลับอินพุต 180 องศา

แต่นอกเหนือจากข้อดีทั้งหมดแล้ว โครงการ OE ยังมีข้อเสียเปรียบที่สำคัญอีกด้วย ความจริงที่ว่าการเพิ่มความถี่และอุณหภูมิทำให้คุณสมบัติการขยายของทรานซิสเตอร์ลดลงอย่างมาก ดังนั้นหากทรานซิสเตอร์ต้องทำงานที่ความถี่สูง ก็ควรใช้วงจรสวิตชิ่งอื่นจะดีกว่า เช่นมีฐานร่วม

แผนภาพการเชื่อมต่อพร้อมฐานร่วม

วงจรนี้ไม่ได้ให้การขยายสัญญาณที่มีนัยสำคัญ แต่ใช้ได้ดีที่ความถี่สูง เนื่องจากช่วยให้ใช้การตอบสนองความถี่ของทรานซิสเตอร์ได้เต็มที่ยิ่งขึ้น หากเชื่อมต่อทรานซิสเตอร์ตัวเดียวกันก่อนตามวงจรที่มีตัวปล่อยร่วมแล้วต่อด้วยฐานร่วมในกรณีที่สองความถี่ในการขยายสัญญาณจะเพิ่มขึ้นอย่างมาก เนื่องจากการเชื่อมต่อดังกล่าวความต้านทานอินพุตต่ำและความต้านทานเอาต์พุตไม่สูงมากจึงใช้ทรานซิสเตอร์ที่เรียงซ้อนตามวงจร OB ในเครื่องขยายสัญญาณเสาอากาศซึ่งโดยทั่วไปแล้วความต้านทานลักษณะของสายเคเบิลจะไม่เกิน 100 โอห์ม

ในวงจรฐานร่วม เฟสสัญญาณจะไม่กลับด้าน และระดับเสียงที่ความถี่สูงจะลดลง แต่ดังที่ได้กล่าวไปแล้ว กำไรในปัจจุบันจะน้อยกว่าความสามัคคีเล็กน้อยเสมอ จริงอยู่ แรงดันไฟฟ้าที่ได้รับที่นี่จะเหมือนกับในวงจรที่มีตัวปล่อยทั่วไป ข้อเสียของวงจรฐานทั่วไปยังรวมถึงความจำเป็นในการใช้แหล่งจ่ายไฟสองตัว

แผนภาพการเชื่อมต่อกับตัวสะสมทั่วไป

ลักษณะเฉพาะของวงจรนี้คือแรงดันไฟฟ้าขาเข้าจะถูกส่งกลับไปยังอินพุตอย่างสมบูรณ์นั่นคือ ข้อเสนอแนะเชิงลบมีความแข็งแรงมาก

ฉันขอเตือนคุณว่าการตอบรับเชิงลบเป็นการตอบรับที่สัญญาณเอาท์พุตถูกป้อนกลับไปยังอินพุตซึ่งจะช่วยลดระดับของสัญญาณอินพุต ดังนั้นการปรับอัตโนมัติจึงเกิดขึ้นเมื่อพารามิเตอร์สัญญาณอินพุตเปลี่ยนแปลงโดยไม่ตั้งใจ

อัตราขยายปัจจุบันเกือบจะเหมือนกับในวงจรตัวปล่อยทั่วไป แต่แรงดันไฟฟ้าที่ได้รับมีน้อย (ข้อเสียเปรียบหลักของวงจรนี้) มันเข้าใกล้ความสามัคคี แต่ก็น้อยกว่ามันเสมอ ดังนั้นพลังที่ได้รับจึงเท่ากับไม่กี่สิบหน่วยเท่านั้น

ในวงจรคอลเลคเตอร์ทั่วไป ไม่มีการเลื่อนเฟสระหว่างแรงดันอินพุตและเอาต์พุต เนื่องจากแรงดันไฟฟ้าที่เพิ่มขึ้นใกล้เคียงกับความสามัคคี แรงดันไฟฟ้าเอาต์พุตจึงตรงกับแรงดันไฟฟ้าอินพุตในเฟสและแอมพลิจูด กล่าวคือ ทำซ้ำ นั่นคือสาเหตุที่วงจรดังกล่าวเรียกว่าผู้ติดตามตัวปล่อย ตัวส่งสัญญาณ - เนื่องจากแรงดันเอาต์พุตถูกลบออกจากตัวส่งสัญญาณที่สัมพันธ์กับสายสามัญ

การเชื่อมต่อนี้ใช้เพื่อจับคู่สเตจของทรานซิสเตอร์ หรือเมื่อแหล่งสัญญาณอินพุตมีอิมพีแดนซ์อินพุตสูง (เช่น ปิ๊กโซอิเล็กทริกหรือไมโครโฟนคอนเดนเซอร์)

สองคำเกี่ยวกับน้ำตก

มันเกิดขึ้นว่าคุณต้องเพิ่มกำลังขับ (เช่น เพิ่มกระแสของตัวสะสม) ในกรณีนี้จะใช้การเชื่อมต่อแบบขนานของจำนวนทรานซิสเตอร์ที่ต้องการ

โดยธรรมชาติแล้วควรมีลักษณะที่เหมือนกันโดยประมาณ แต่ต้องจำไว้ว่ากระแสสะสมสูงสุดไม่ควรเกิน 1.6-1.7 ของกระแสสะสมสูงสุดของทรานซิสเตอร์แบบคาสเคดใด ๆ
อย่างไรก็ตาม (ขอบคุณ wrewolf สำหรับบันทึกย่อ) ไม่แนะนำให้ใช้ในกรณีของทรานซิสเตอร์แบบไบโพลาร์ เนื่องจากทรานซิสเตอร์สองตัวแม้จะเป็นชนิดเดียวกันก็มีความแตกต่างกันเล็กน้อยเล็กน้อย ดังนั้นเมื่อเชื่อมต่อแบบขนานกระแสที่มีขนาดต่างกันจะไหลผ่าน เพื่อให้กระแสเหล่านี้เท่ากัน ตัวต้านทานแบบสมดุลจะถูกติดตั้งในวงจรตัวปล่อยของทรานซิสเตอร์ ค่าความต้านทานถูกคำนวณเพื่อให้แรงดันตกคร่อมในช่วงกระแสไฟทำงานอย่างน้อย 0.7 V เป็นที่ชัดเจนว่าสิ่งนี้ทำให้ประสิทธิภาพของวงจรลดลงอย่างมาก

อาจจำเป็นต้องมีทรานซิสเตอร์ที่มีความไวที่ดีและในขณะเดียวกันก็ได้รับผลดี ในกรณีเช่นนี้ จะใช้น้ำตกของทรานซิสเตอร์ที่ละเอียดอ่อนแต่กำลังต่ำ (VT1 ในรูป) ซึ่งควบคุมแหล่งจ่ายไฟของเพื่อนที่ทรงพลังกว่า (VT2 ในรูป)

การใช้งานอื่น ๆ ของทรานซิสเตอร์แบบไบโพลาร์

ทรานซิสเตอร์สามารถใช้ได้ไม่เพียงแต่ในวงจรขยายสัญญาณเท่านั้น ตัวอย่างเช่นเนื่องจากสามารถทำงานได้ในโหมดความอิ่มตัวและโหมดตัดการเชื่อมต่อจึงใช้เป็นกุญแจอิเล็กทรอนิกส์ นอกจากนี้ยังสามารถใช้ทรานซิสเตอร์ในวงจรกำเนิดสัญญาณได้ หากทำงานในโหมดคีย์ สัญญาณสี่เหลี่ยมจะถูกสร้างขึ้น และหากอยู่ในโหมดการขยายสัญญาณ สัญญาณจะมีรูปร่างตามอำเภอใจ ขึ้นอยู่กับการควบคุม

การทำเครื่องหมาย

เนื่องจากบทความนี้มีปริมาณมากจนไม่เหมาะสมแล้ว ณ จุดนี้ฉันจะให้ลิงก์ที่ดีสองลิงก์ซึ่งอธิบายรายละเอียดเกี่ยวกับระบบการทำเครื่องหมายหลักสำหรับอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์ (รวมถึงทรานซิสเตอร์): http://kazus.ru/guide/transistors /mark_all ไฟล์ .html และ .xls (35 kb)

ความคิดเห็นที่เป็นประโยชน์:
http://habrahabr.ru/blogs/easyelectronics/133136/#comment_4419173

แท็ก: เพิ่มแท็ก

ทรานซิสเตอร์ (ทรานซิสเตอร์, อังกฤษ) เป็นไตรโอดที่ทำจากวัสดุเซมิคอนดักเตอร์โดยมีเอาต์พุตสามตัวซึ่งคุณสมบัติหลักคือการควบคุมกระแสที่สำคัญที่เอาต์พุตของวงจรด้วยสัญญาณอินพุตที่ค่อนข้างต่ำ ทรานซิสเตอร์สนามผลใช้ในส่วนประกอบวิทยุที่ใช้ประกอบอุปกรณ์ไฟฟ้าที่ซับซ้อนสมัยใหม่ คุณสมบัติช่วยให้สามารถแก้ปัญหาการปิดหรือเปิดกระแสในวงจรไฟฟ้าของแผงวงจรพิมพ์หรือขยายสัญญาณได้

ทรานซิสเตอร์สนามผลคืออะไร

ทรานซิสเตอร์สนามผลเป็นอุปกรณ์ที่มีหน้าสัมผัสสามหรือสี่จุด กระแสไฟในสองหน้าสัมผัสสามารถปรับได้แรงดันไฟฟ้าของสนามไฟฟ้าในวันที่สาม นั่นเป็นเหตุผลว่าทำไมพวกเขาถึงถูกเรียกว่าสนาม

ติดต่อ:

ทรานซิสเตอร์สนามผลที่มีจุดเชื่อมต่อ n-p เป็นทรานซิสเตอร์ชนิดพิเศษที่ทำหน้าที่ เพื่อการควบคุมในปัจจุบัน.

มันแตกต่างจากแบบธรรมดาธรรมดาตรงที่กระแสไหลผ่านโดยไม่ข้ามเขตแยก p-n ซึ่งเป็นโซนที่ก่อตัวที่ขอบเขตของทั้งสองโซนนี้ ขนาดของโซน p-n สามารถปรับได้

ทรานซิสเตอร์สนามผลชนิดต่างๆ

ทรานซิสเตอร์สนามผลที่มีจุดเชื่อมต่อ n-p แบ่งออกเป็นคลาส:

1. ตามประเภทของช่องตัวนำ: n หรือ r เครื่องหมาย ขั้ว ของสัญญาณควบคุมจะขึ้นอยู่กับช่องสัญญาณ ควรอยู่ตรงข้ามกับเครื่องหมาย n-zone
2. ตามโครงสร้างของอุปกรณ์: กระจาย, โลหะผสมตามทางแยก p-n, พร้อมชัตเตอร์, ฟิล์มบาง
3. ตามจำนวนผู้ติดต่อ: 3 และ 4 พิน ในกรณีของอุปกรณ์ 4 พิน วัสดุพิมพ์ยังทำหน้าที่เป็นประตูด้วย
4. ตามวัสดุที่ใช้: เจอร์เมเนียม, ซิลิคอน, แกลเลียมอาร์เซไนด์

ชั้นเรียนแบ่งออกเป็นตามหลักการทำงาน:

• อุปกรณ์ควบคุมโดยชุมทาง p-n;
• ประตูฉนวนหรืออุปกรณ์กั้น Schottky

ทรานซิสเตอร์สนามผล หลักการทำงาน

วิธีง่ายๆ วิธีที่ทรานซิสเตอร์เอฟเฟกต์สนามทำงานร่วมกับจุดเชื่อมต่อ p-n ควบคุมสามารถพูดได้ดังนี้: ส่วนประกอบวิทยุประกอบด้วยสองโซน: p - ทางแยก และ n - ทางแยก กระแสไฟฟ้าไหลผ่านโซน n โซน p เป็นโซนที่ทับซ้อนกันซึ่งเป็นวาล์วชนิดหนึ่ง ถ้ากดแรงๆ มันปิดกั้นพื้นที่สำหรับทางเดินปัจจุบันและผ่านไปได้น้อยลง หรือถ้าความกดดันลดลงก็จะผ่านไปมากขึ้น แรงดันนี้กระทำโดยการเพิ่มแรงดันไฟฟ้าที่หน้าสัมผัสประตูซึ่งตั้งอยู่ในเขตแม่น้ำ

อุปกรณ์ที่มีทางแยกช่อง p-n ควบคุมคือเวเฟอร์เซมิคอนดักเตอร์ที่มีค่าการนำไฟฟ้าประเภทใดประเภทหนึ่งเหล่านี้ หน้าสัมผัสเชื่อมต่อกับปลายแผ่น: ท่อระบายน้ำและแหล่งกำเนิดตรงกลางมีหน้าสัมผัสประตู การทำงานของอุปกรณ์ขึ้นอยู่กับความแปรปรวนของความหนาของพื้นที่รอยต่อ p-n เนื่องจากแทบไม่มีผู้ให้บริการชาร์จมือถือในภูมิภาคที่ถูกปิดกั้น การนำไฟฟ้าเป็นศูนย์. ในแผ่นเวเฟอร์เซมิคอนดักเตอร์ ในบริเวณที่ไม่อยู่ภายใต้อิทธิพลของชั้นปิดกั้น จะมีการสร้างช่องทางนำกระแสขึ้น เมื่อใช้แรงดันไฟฟ้าลบสัมพันธ์กับแหล่งกำเนิด กระแสจะถูกสร้างขึ้นที่เกตซึ่งพาหะประจุจะไหลออกมา

ในกรณีของประตูที่มีฉนวนจะมีชั้นอิเล็กทริกบาง ๆ อยู่ อุปกรณ์ประเภทนี้ ทำงานบนหลักการของสนามไฟฟ้า. ไฟฟ้าจำนวนเล็กน้อยก็เพียงพอที่จะทำลายมันได้ ดังนั้น เพื่อป้องกันแรงดันไฟฟ้าคงที่ซึ่งอาจสูงถึงหลายพันโวลต์ จึงได้มีการสร้างกล่องอุปกรณ์พิเศษขึ้นมา ซึ่งช่วยลดผลกระทบของไวรัสได้

ทำไมคุณถึงต้องการทรานซิสเตอร์เอฟเฟกต์สนาม?

เมื่อพิจารณาการทำงานของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่ซับซ้อน เช่น การทำงานของทรานซิสเตอร์เอฟเฟกต์สนาม (ซึ่งเป็นหนึ่งในส่วนประกอบของวงจรรวม) เป็นเรื่องยากที่จะจินตนาการได้ว่า ทิศทางหลักในการทำงานของเขา ห้า:

1. เครื่องขยายสัญญาณความถี่สูง
2. เครื่องขยายเสียงเบส
3. การปรับ
4. เครื่องขยายเสียงกระแสตรง
5. อุปกรณ์สำคัญ (สวิตช์)

จากตัวอย่างง่ายๆ การทำงานของทรานซิสเตอร์เหมือนกับสวิตช์ สามารถจินตนาการได้ว่าเป็นการจัดเรียงไมโครโฟนเข้ากับหลอดไฟ ไมโครโฟนจะรับเสียงซึ่งสร้างกระแสไฟฟ้า มันจะไปที่ทรานซิสเตอร์เอฟเฟกต์สนามที่ถูกล็อค กระแสไฟฟ้าจะเปิดอุปกรณ์เปิดวงจรไฟฟ้าที่เชื่อมต่อหลอดไฟอยู่ ไฟจะสว่างขึ้นเมื่อไมโครโฟนรับเสียง แต่จะสว่างขึ้นเนื่องจากแหล่งพลังงานที่ไม่ได้เชื่อมต่อกับไมโครโฟนและมีพลังมากกว่า

ใช้การปรับแล้วเพื่อควบคุมสัญญาณข้อมูล สัญญาณจะควบคุมความถี่ของการสั่น การมอดูเลตใช้สำหรับสัญญาณเสียงคุณภาพสูงในวิทยุ สำหรับการส่งสัญญาณเสียงในรายการโทรทัศน์ สีที่ออกอากาศ และสัญญาณโทรทัศน์คุณภาพสูง ใช้ทุกที่ที่ต้องการงานด้วยวัสดุคุณภาพสูง

เหมือนเครื่องขยายเสียงทรานซิสเตอร์สนามผลทำงานในลักษณะที่เรียบง่าย: ในเชิงกราฟิก สัญญาณใด ๆ โดยเฉพาะชุดเสียงสามารถแสดงเป็นเส้นขาด โดยที่ความยาวคือเวลา และความสูงของการแตกคือความถี่เสียง ในการขยายเสียงส่วนประกอบวิทยุจะจ่ายแรงดันไฟฟ้าอันทรงพลังซึ่งรับความถี่ที่จำเป็น แต่ด้วยค่าที่สูงกว่าเนื่องจากการจ่ายสัญญาณอ่อนไปยังหน้าสัมผัสควบคุม กล่าวอีกนัยหนึ่ง อุปกรณ์จะวาดเส้นเดิมใหม่ตามสัดส่วน แต่มีค่าสูงสุดที่สูงกว่า

การประยุกต์ทรานซิสเตอร์เอฟเฟกต์สนาม

อุปกรณ์ชิ้นแรกที่วางจำหน่ายโดยใช้ทรานซิสเตอร์สนามผลที่มีจุดเชื่อมต่อ pn ควบคุมคือ เครื่องช่วยฟัง. รูปร่างหน้าตาของมันถูกบันทึกไว้ในช่วงทศวรรษที่ห้าสิบของศตวรรษที่ผ่านมา ในระดับอุตสาหกรรม พวกมันถูกใช้ในการแลกเปลี่ยนทางโทรศัพท์

ในโลกสมัยใหม่มีการใช้อุปกรณ์ต่างๆ ในสาขาวิศวกรรมไฟฟ้าทั้งหมด. เนื่องจากขนาดที่เล็กและลักษณะเฉพาะที่หลากหลายของทรานซิสเตอร์สนามแม่เหล็ก จึงสามารถพบได้ในเครื่องใช้ในครัว อุปกรณ์เครื่องเสียงและโทรทัศน์ คอมพิวเตอร์ และของเล่นเด็กอิเล็กทรอนิกส์ ใช้ในระบบเตือนภัยทั้งกลไกความปลอดภัยและสัญญาณเตือนไฟไหม้

อุปกรณ์ทรานซิสเตอร์ใช้ในโรงงาน สำหรับตัวควบคุมกำลังของเครื่องจักร. ในการขนส่งตั้งแต่การใช้งานอุปกรณ์บนรถไฟและตู้รถไฟไปจนถึงระบบฉีดเชื้อเพลิงของรถยนต์ส่วนตัว ในด้านที่อยู่อาศัยและบริการชุมชนตั้งแต่ระบบจัดส่งไปจนถึงระบบควบคุมไฟถนน

การใช้งานทรานซิสเตอร์ที่สำคัญที่สุดประการหนึ่งคือ การผลิตโปรเซสเซอร์. ในความเป็นจริง โปรเซสเซอร์ทั้งหมดประกอบด้วยส่วนประกอบวิทยุขนาดเล็กจำนวนมาก แต่เมื่อย้ายไปใช้ความถี่ปฏิบัติการที่สูงกว่า 1.5 GHz พวกเขาจะเริ่มใช้พลังงานเหมือนหิมะถล่ม ดังนั้นผู้ผลิตโปรเซสเซอร์จึงใช้เส้นทางของมัลติคอร์แทนที่จะเพิ่มความเร็วสัญญาณนาฬิกา

ข้อดีและข้อเสียของทรานซิสเตอร์เอฟเฟกต์สนาม

ทรานซิสเตอร์สนามผลที่มีคุณสมบัติ ทิ้งไว้ตามหลังพันธุ์อื่นไปไกลอุปกรณ์ มีการใช้กันอย่างแพร่หลายในวงจรรวมเป็นสวิตช์

• น้ำตกของชิ้นส่วนใช้พลังงานเพียงเล็กน้อย
• กำไรจะสูงกว่าพันธุ์อื่น
• ภูมิคุ้มกันทางเสียงสูงเกิดขึ้นได้หากไม่มีกระแสไหลในประตู
• ความเร็วในการเปิดและปิดที่สูงขึ้น - สามารถทำงานที่ความถี่ที่ทรานซิสเตอร์อื่นไม่สามารถเข้าถึงได้

• อุณหภูมิการทำลายล้างต่ำกว่าสายพันธุ์อื่น
• ที่ความถี่ 1.5 GHz การใช้พลังงานเริ่มเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว
• ความไวต่อไฟฟ้าสถิต

ลักษณะของวัสดุเซมิคอนดักเตอร์ซึ่งใช้เป็นพื้นฐานสำหรับทรานซิสเตอร์แบบสนามแม่เหล็กทำให้เป็นไปได้ ใช้อุปกรณ์ในชีวิตประจำวันและการผลิต. เครื่องใช้ในครัวเรือนถูกสร้างขึ้นในรูปแบบที่คุ้นเคยกับคนสมัยใหม่โดยใช้ทรานซิสเตอร์ การประมวลผลสัญญาณคุณภาพสูง การผลิตโปรเซสเซอร์และส่วนประกอบที่มีความแม่นยำสูงอื่นๆ เป็นไปไม่ได้หากปราศจากความสำเร็จทางวิทยาศาสตร์สมัยใหม่

ครั้งหนึ่ง ทรานซิสเตอร์เข้ามาแทนที่หลอดสุญญากาศ เนื่องจากมีขนาดที่เล็กกว่า มีความน่าเชื่อถือสูง และต้นทุนการผลิตลดลง ทีนี้ ทรานซิสเตอร์แบบไบโพลาร์เป็นองค์ประกอบพื้นฐานในวงจรขยายสัญญาณทั้งหมด

เป็นองค์ประกอบเซมิคอนดักเตอร์ที่มีโครงสร้างสามชั้นซึ่งก่อให้เกิดรอยต่อรูอิเล็กตรอนสองอัน ดังนั้น ทรานซิสเตอร์จึงสามารถแสดงเป็นไดโอดแบบแบ็คทูแบ็คสองตัวได้ พวกเขาแยกแยะความแตกต่างขึ้นอยู่กับผู้ให้บริการชาร์จหลัก พี-เอ็น-พีและ n-p-nทรานซิสเตอร์

ฐาน– ชั้นสารกึ่งตัวนำซึ่งเป็นพื้นฐานของการออกแบบทรานซิสเตอร์

ตัวส่งเรียกว่าชั้นเซมิคอนดักเตอร์ซึ่งมีหน้าที่ฉีดพาหะประจุเข้าไปในชั้นฐาน

นักสะสมเรียกว่าชั้นสารกึ่งตัวนำ ซึ่งมีหน้าที่รวบรวมตัวพาประจุที่ผ่านชั้นฐาน

โดยปกติแล้ว ตัวปล่อยประจุจะมีประจุหลักมากกว่าฐานมาก นี่เป็นเงื่อนไขหลักสำหรับการทำงานของทรานซิสเตอร์ เพราะในกรณีนี้ เมื่อทางแยกของตัวปล่อยมีความเอนเอียงไปข้างหน้า กระแสไฟฟ้าจะถูกกำหนดโดยพาหะหลักของตัวปล่อย ตัวปล่อยจะสามารถทำหน้าที่หลักได้ - ฉีดพาหะเข้าไปในชั้นฐาน พวกเขามักจะพยายามทำให้กระแสย้อนกลับของตัวปล่อยมีขนาดเล็กที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ การเพิ่มขึ้นของตัวพาส่วนใหญ่ของตัวปล่อยสามารถทำได้โดยใช้ความเข้มข้นของสารเจือปนสูง

ทำให้ฐานบางที่สุด. นี่เป็นเพราะอายุการใช้งานของค่าใช้จ่าย ผู้ให้บริการชาร์จจะต้องข้ามฐานและรวมตัวใหม่กับผู้ให้บริการฐานหลักให้น้อยที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้เพื่อที่จะไปถึงตัวสะสม

เพื่อให้นักสะสมสามารถรวบรวมสื่อที่ผ่านฐานได้อย่างเต็มที่ยิ่งขึ้น พวกเขาจึงพยายามทำให้กว้างขึ้น

หลักการทำงานของทรานซิสเตอร์

ลองดูตัวอย่างทรานซิสเตอร์ p-n-p

ในกรณีที่ไม่มีแรงดันไฟฟ้าภายนอก จะเกิดความต่างศักย์ระหว่างชั้นต่างๆ มีการติดตั้งสิ่งกีดขวางที่อาจเกิดขึ้นที่ทางแยก ยิ่งไปกว่านั้น หากจำนวนรูในตัวปล่อยและตัวสะสมเท่ากัน สิ่งกีดขวางที่อาจเกิดขึ้นก็จะมีความกว้างเท่ากัน

เพื่อให้ทรานซิสเตอร์ทำงานได้อย่างถูกต้อง ทางแยกของตัวส่งสัญญาณจะต้องมีความลำเอียงไปข้างหน้า และทางแยกของตัวสะสมจะต้องมีความเอนเอียงแบบย้อนกลับ. ซึ่งจะสอดคล้องกับโหมดการทำงานของทรานซิสเตอร์ เพื่อที่จะทำการเชื่อมต่อดังกล่าว จำเป็นต้องมีแหล่งข้อมูลสองแหล่ง แหล่งกำเนิดไฟฟ้าที่มีแรงดันไฟฟ้า Ue เชื่อมต่อกับขั้วบวกกับตัวส่งสัญญาณ และขั้วลบกับฐาน แหล่งกำเนิดแรงดันไฟฟ้า Uк เชื่อมต่อกับขั้วลบกับตัวสะสม และขั้วบวกเข้ากับฐาน ยิ่งไปกว่านั้น อ< Uк.

ภายใต้อิทธิพลของแรงดันไฟฟ้า Ue ทางแยกของตัวส่งสัญญาณจะเอนเอียงไปในทิศทางไปข้างหน้า ดังที่ทราบกันดีว่า เมื่อการเปลี่ยนผ่านของหลุมอิเล็กตรอนมีความลำเอียงไปข้างหน้า สนามภายนอกจะหันไปตรงข้ามกับสนามการเปลี่ยนผ่าน และด้วยเหตุนี้จึงลดลง พาหะส่วนใหญ่เริ่มผ่านการเปลี่ยนแปลง โดยใน emitter มี 1-5 รู และในฐานมีอิเล็กตรอน 7-8 ตัว และเนื่องจากจำนวนรูในตัวปล่อยมากกว่าจำนวนอิเล็กตรอนในฐาน กระแสไฟฟ้าของตัวปล่อยจึงมีสาเหตุหลักมาจากพวกมัน

กระแสของตัวปล่อยคือผลรวมของส่วนประกอบรูของกระแสของตัวปล่อยและส่วนประกอบอิเล็กทรอนิกส์ของฐาน

เนื่องจากมีเพียงส่วนประกอบของรูเท่านั้นที่มีประโยชน์ พวกเขาจึงพยายามทำให้ส่วนประกอบอิเล็กทรอนิกส์มีขนาดเล็กที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ ลักษณะเชิงคุณภาพของทางแยกตัวปล่อยคือ อัตราส่วนการฉีด.

พวกเขาพยายามทำให้ค่าสัมประสิทธิ์การฉีดเข้าใกล้ 1 มากขึ้น

หลุม 1-5 ที่ผ่านเข้าไปในฐานจะสะสมอยู่ที่ขอบเขตของทางแยกตัวส่งสัญญาณ ดังนั้น หลุมที่มีความเข้มข้นสูงจึงถูกสร้างขึ้นใกล้กับตัวปล่อยและความเข้มข้นต่ำใกล้กับทางแยกของตัวสะสม ซึ่งเป็นผลมาจากการที่การเคลื่อนที่ของการแพร่กระจายของรูจากตัวปล่อยไปยังตัวแยกตัวสะสมเริ่มต้นขึ้น แต่ใกล้กับทางแยกสะสม ความเข้มข้นของรูยังคงเป็นศูนย์ เพราะทันทีที่รูถึงทางแยก พวกมันจะถูกเร่งโดยสนามภายในและถูกดึง (ดึง) เข้าไปในตัวสะสม สนามนี้ถูกผลักไสอิเล็กตรอน

ในขณะที่รูข้ามชั้นฐาน พวกมันจะรวมตัวใหม่กับอิเล็กตรอนที่อยู่ในนั้น เช่น หลุม 5 และอิเล็กตรอน 6 และเนื่องจากรูมาอย่างต่อเนื่อง พวกมันจึงสร้างประจุบวกส่วนเกิน ดังนั้น อิเล็กตรอนจึงต้องเข้ามาด้วยซึ่งถูกดึงออกมาด้วย ผ่านเทอร์มินัลฐานและสร้าง Ibr กระแสฐาน นี่เป็นเงื่อนไขสำคัญสำหรับการทำงานของทรานซิสเตอร์ – ความเข้มข้นของรูในฐานควรเท่ากับความเข้มข้นของอิเล็กตรอนโดยประมาณกล่าวอีกนัยหนึ่ง ต้องมั่นใจในความเป็นกลางทางไฟฟ้าของฐาน

จำนวนรูที่ไปถึงตัวสะสมจะน้อยกว่าจำนวนรูที่ออกจากตัวปล่อยด้วยจำนวนรูที่รวมตัวใหม่ในฐาน นั่นคือ, กระแสของตัวสะสมจะแตกต่างจากกระแสของตัวปล่อยตามจำนวนกระแสฐาน

จากที่นี่ก็ปรากฏขึ้น ค่าสัมประสิทธิ์การถ่ายโอนผู้ให้บริการ ซึ่งพวกเขาพยายามทำให้เข้าใกล้ 1 มากขึ้นด้วย

กระแสสะสมของทรานซิสเตอร์ประกอบด้วยส่วนประกอบของรู Icr และกระแสย้อนกลับของตัวสะสม

กระแสรีเวิร์สคอลเลกเตอร์เกิดขึ้นจากผลอคติย้อนกลับของจุดเชื่อมต่อคอลเลกเตอร์ ดังนั้นจึงประกอบด้วยพาหะส่วนน้อยของหลุม 9 และอิเล็กตรอน 10 แม่นยำ เนื่องจากกระแสย้อนกลับเกิดจากพาหะส่วนน้อย จึงขึ้นอยู่กับกระบวนการสร้างความร้อนเท่านั้น นั่นคือเกี่ยวกับอุณหภูมิ จึงมักเรียกว่า กระแสความร้อน.

คุณภาพของทรานซิสเตอร์ขึ้นอยู่กับขนาดของกระแสความร้อน ยิ่งมีขนาดเล็กเท่าใด ทรานซิสเตอร์ก็จะยิ่งดีขึ้นเท่านั้น

กระแสสะสมเชื่อมต่อกับตัวปล่อย ค่าสัมประสิทธิ์การถ่ายโอนปัจจุบัน.

ทรานซิสเตอร์ทำงานอย่างไร?

สังเกตข้าวให้ดี 93. ทางด้านซ้ายในรูปนี้คุณจะเห็นวงจรแบบง่ายของแอมพลิฟายเออร์ตามโครงสร้างทรานซิสเตอร์ p-n-p และภาพประกอบที่อธิบายสาระสำคัญของการทำงานของแอมพลิฟายเออร์นี้ เช่นเดียวกับในรูปก่อนหน้านี้ รูในบริเวณประเภท p จะแสดงเป็นวงกลมตามอัตภาพ และอิเล็กตรอนในบริเวณประเภท n จะแสดงเป็นลูกบอลสีดำที่มีขนาดเท่ากัน จำชื่อของทางแยก p-n: ระหว่างตัวรวบรวมและฐาน - ตัวสะสม ระหว่างตัวส่งและฐาน - ตัวส่งสัญญาณ

ข้าว. 93. วงจรแบบง่ายของแอมพลิฟายเออร์ที่ใช้โครงสร้างทรานซิสเตอร์ p-n-p และกราฟที่แสดงการทำงานของมัน

ระหว่างตัวสะสมและตัวปล่อยจะมีแบตเตอรี่ B k (ตัวสะสม) ซึ่งสร้างแรงดันไฟฟ้าลบตามลำดับของโวลต์หลายตัวบนตัวสะสมที่สัมพันธ์กับตัวปล่อย วงจรเดียวกันนี้เรียกว่าวงจรคอลเลคเตอร์ รวมถึงโหลด R n ซึ่งอาจเป็นโทรศัพท์หรืออุปกรณ์อื่นก็ได้ ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับวัตถุประสงค์ของแอมพลิฟายเออร์

หากฐานไม่ได้เชื่อมต่อกับสิ่งใดเลย กระแสไฟฟ้าที่อ่อนมาก (หนึ่งในสิบของมิลลิแอมแปร์) จะปรากฏขึ้นในวงจรตัวสะสมเนื่องจากขั้วของการเชื่อมต่อแบตเตอรี่ B กับความต้านทานของทางแยก p-n ของตัวสะสมจะมีขนาดใหญ่มาก สำหรับทางแยกสะสมมันจะเป็นกระแสย้อนกลับ กระแสวงจรสะสม Ik จะเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วหากองค์ประกอบไบแอส Bc เชื่อมต่อระหว่างฐานกับตัวปล่อย โดยจ่ายแรงดันลบเล็กน้อย อย่างน้อยหนึ่งในสิบของโวลต์ ไปยังฐานโดยสัมพันธ์กับตัวปล่อย นี่คือสิ่งที่จะเกิดขึ้น ด้วยการเชื่อมต่อขององค์ประกอบ B c (หมายความว่าเทอร์มินัลสำหรับเชื่อมต่อแหล่งกำเนิดของสัญญาณที่ขยายซึ่งระบุในแผนภาพด้วยเครื่องหมาย "~" - คลื่นไซน์มีการลัดวงจร) ในวงจรใหม่นี้เรียกว่าฐาน วงจรไฟฟ้ากระแสตรง I b จะไหล; เช่นเดียวกับไดโอด รูในตัวส่งและอิเล็กตรอนในฐานจะเคลื่อนที่ไปในทิศทางตรงกันข้ามและหักล้างกัน ส่งผลให้กระแสไหลผ่านทางแยกตัวปล่อย

แต่ชะตากรรมของรูส่วนใหญ่ที่นำจากตัวปล่อยเข้าสู่ฐานนั้นไม่ใช่จะหายไปเมื่อพบกับอิเล็กตรอน ความจริงก็คือเมื่อผลิตทรานซิสเตอร์ด้วยโครงสร้าง p-n-p ความอิ่มตัวของรูในตัวปล่อย (และตัวสะสม) จะถูกสร้างมากกว่าความอิ่มตัวของอิเล็กตรอนในฐานเสมอ ด้วยเหตุนี้ รูเพียงส่วนเล็กๆ (น้อยกว่า 10%) จึงหายไปเมื่อสัมผัสกับอิเล็กตรอน มวลของรูหลักไหลผ่านเข้าไปในฐานอย่างอิสระ ตกอยู่ภายใต้แรงดันไฟฟ้าลบที่สูงกว่าบนตัวสะสม เข้าสู่ตัวสะสม และในการไหลทั่วไปที่มีรูของมัน จะเคลื่อนไปยังหน้าสัมผัสเชิงลบ ที่นี่พวกมันจะถูกทำให้เป็นกลางโดยเคาน์เตอร์อิเล็กตรอนที่นำเข้าสู่ตัวสะสมโดยขั้วลบของแบตเตอรี่ Bk เป็นผลให้ความต้านทานของวงจรตัวสะสมทั้งหมดลดลงและมีกระแสไหลในนั้นมากกว่ากระแสย้อนกลับของทางแยกของตัวสะสมหลายเท่า ยิ่งแรงดันลบที่ฐานมากเท่าใด รูจากตัวปล่อยเข้าไปในฐานก็จะยิ่งมากขึ้นเท่านั้น กระแสในวงจรคอลเลคเตอร์ก็จะยิ่งมากขึ้นเท่านั้น และในทางกลับกัน ยิ่งแรงดันลบที่ฐานต่ำลง กระแสในวงจรสะสมของทรานซิสเตอร์ก็จะยิ่งต่ำลง

จะเกิดอะไรขึ้นถ้ามีการนำสัญญาณไฟฟ้ากระแสสลับเข้าไปในวงจรฐานแบบอนุกรมโดยมีแหล่งจ่ายแรงดันคงที่ป้อนวงจรนี้ ทรานซิสเตอร์จะขยายมัน

กระบวนการขยายโดยทั่วไปจะดำเนินการดังนี้ ในกรณีที่ไม่มีแรงดันสัญญาณ กระแสที่มีขนาดที่แน่นอนจะไหลในฐานและวงจรตัวสะสม (ส่วน O a ในกราฟในรูปที่ 93) ซึ่งกำหนดโดยแรงดันไฟฟ้าของแบตเตอรี่และคุณสมบัติของทรานซิสเตอร์ ทันทีที่สัญญาณปรากฏในวงจรฐาน กระแสในวงจรทรานซิสเตอร์จะเริ่มเปลี่ยนแปลงตามลำดับ: ในระหว่างครึ่งรอบเชิงลบ เมื่อแรงดันไฟฟ้าลบทั้งหมดที่ฐานเพิ่มขึ้น กระแสวงจรจะเพิ่มขึ้น และในระหว่างครึ่งรอบบวก เมื่อแรงดันไฟฟ้าของสัญญาณและองค์ประกอบ B อยู่ตรงข้ามกัน ดังนั้นแรงดันลบที่ฐานจึงลดลงและกระแสในทั้งสองวงจรก็ลดลงด้วย แรงดันและกระแสเพิ่มขึ้นเกิดขึ้น

หากสัญญาณไฟฟ้าของความถี่เสียงถูกส่งไปยังวงจรอินพุต เช่น ไปยังวงจรฐาน และโหลดของวงจรเอาต์พุต - ตัวสะสม - โทรศัพท์จะแปลงสัญญาณที่ขยายเป็นเสียง ถ้าโหลดเป็นตัวต้านทาน แรงดันไฟฟ้าที่สร้างขึ้นซึ่งเป็นส่วนประกอบสลับของสัญญาณที่ขยายสามารถป้อนเข้าไปในวงจรอินพุตของทรานซิสเตอร์ตัวที่สองเพื่อขยายเพิ่มเติมได้ ทรานซิสเตอร์ตัวหนึ่งสามารถขยายสัญญาณได้ 30 - 50 เท่า

ทรานซิสเตอร์ของโครงสร้าง n-p-n ทำงานในลักษณะเดียวกันทุกประการเฉพาะในนั้นเท่านั้นที่พาหะกระแสหลักไม่ใช่รู แต่เป็นอิเล็กตรอน ในเรื่องนี้ขั้วของการรวมองค์ประกอบและแบตเตอรี่ที่จ่ายวงจรฐานและตัวสะสมของทรานซิสเตอร์ n-p-n ไม่ควรเหมือนกับของทรานซิสเตอร์ p-n-p แต่กลับกัน

จำเหตุการณ์ที่สำคัญมาก: จะต้องจ่ายแรงดันคงที่ซึ่งเรียกว่าแรงดันไบแอสซึ่งเปิดทรานซิสเตอร์ให้กับฐานของทรานซิสเตอร์ (สัมพันธ์กับตัวปล่อย) พร้อมกับแรงดันไฟฟ้าของสัญญาณที่ขยาย

ในเครื่องขยายเสียงตามวงจรในรูป 93 บทบาทของแหล่งกำเนิดแรงดันไบแอสดำเนินการโดยองค์ประกอบ B c สำหรับทรานซิสเตอร์เจอร์เมเนียมของโครงสร้าง p-n-p ควรเป็นค่าลบและมีค่าเท่ากับ 0.1-0.2 V และสำหรับทรานซิสเตอร์ที่มีโครงสร้าง n-p-n ก็ควรเป็นค่าบวก สำหรับทรานซิสเตอร์ซิลิคอน แรงดันไบแอสคือ 0.5 -0.7 V หากไม่มีแรงดันไบแอสเริ่มต้น จุดเชื่อมต่อ pn ของตัวปล่อยจะ "ตัดออก" เช่นเดียวกับไดโอด ครึ่งคลื่นบวก (ทรานซิสเตอร์ pnp) หรือลบ (ทรานซิสเตอร์ npn) ของ ส่งผลให้การขยายสัญญาณเกิดความบิดเบี้ยวตามมาด้วย แรงดันไบแอสจะไม่ใช้กับฐานเฉพาะในกรณีที่ใช้จุดเชื่อมต่อตัวส่งสัญญาณของทรานซิสเตอร์เพื่อตรวจจับสัญญาณมอดูเลตความถี่สูง

คุณต้องการเซลล์หรือแบตเตอรี่พิเศษเพื่อใช้แรงดันไบแอสเริ่มต้นกับฐานหรือไม่? ไม่แน่นอน เพื่อจุดประสงค์นี้มักใช้แรงดันไฟฟ้าของแบตเตอรี่สะสมโดยเชื่อมต่อฐานกับแหล่งพลังงานนี้ผ่านตัวต้านทาน ความต้านทานของตัวต้านทานดังกล่าวมักถูกเลือกโดยการทดลองเนื่องจากขึ้นอยู่กับคุณสมบัติของทรานซิสเตอร์ที่กำหนด

ในตอนต้นของการสนทนาส่วนนี้ ฉันบอกว่าทรานซิสเตอร์แบบไบโพลาร์สามารถจินตนาการได้ว่าเป็นไดโอดระนาบเรียงต่อกันสองตัว รวมกันอยู่ในแผ่นเซมิคอนดักเตอร์แผ่นเดียวและมีแคโทดร่วมหนึ่งตัว ซึ่งมีบทบาทในฐานของ ทรานซิสเตอร์ ง่ายต่อการตรวจสอบผ่านการทดลอง โดยคุณจะต้องใช้ทรานซิสเตอร์ความถี่ต่ำเจอร์เมเนียมที่ใช้แล้วแต่ไม่เสียหายของโครงสร้าง pnp เช่น MP39 หรือทรานซิสเตอร์ที่คล้ายกัน MP40 - MP42 ระหว่างตัวสะสมและฐานของทรานซิสเตอร์ ให้เชื่อมต่อแบตเตอรี่ 3336L ที่เชื่อมต่อแบบอนุกรมและหลอดไฟจากไฟฉายที่ออกแบบมาสำหรับแรงดันไฟฟ้า 2.5 V และกระแสไฟฟ้า 0.075 หรือ 0.15 A หากเชื่อมต่อเครื่องหมายบวกของแบตเตอรี่ ( ผ่านหลอดไฟ) ไปยังตัวสะสมและลบไปที่ฐาน ( รูปที่ 94, a) จากนั้นไฟจะสว่างขึ้น หากเปิดแบตเตอรี่ในขั้วอื่น (รูปที่ 94b) ไฟไม่ควรสว่าง

ข้าว. 94. การทดลองกับทรานซิสเตอร์

จะอธิบายปรากฏการณ์เหล่านี้ได้อย่างไร? ขั้นแรก คุณจ่ายแรงดันไฟฟ้าโดยตรงไปยังจุดเชื่อมต่อ p-n ของตัวสะสม ในกรณีนี้ทางแยกของตัวสะสมเปิดอยู่ความต้านทานของมันต่ำและกระแสตรงของตัวสะสม Ik ไหลผ่าน ค่าของกระแสไฟฟ้าในกรณีนี้ถูกกำหนดโดยความต้านทานของไส้หลอดหลอดไฟและความต้านทานภายในของแบตเตอรี่เป็นหลัก เมื่อเปิดแบตเตอรี่เป็นครั้งที่สอง แรงดันไฟฟ้าจะถูกส่งไปยังจุดเชื่อมต่อตัวเก็บประจุในทิศทางตรงกันข้ามและไม่ไหล ในกรณีนี้ทางแยกปิดอยู่ความต้านทานสูงและมีเพียงกระแสสะสมย้อนกลับขนาดเล็กเท่านั้นที่ไหลผ่าน สำหรับทรานซิสเตอร์ความถี่ต่ำกำลังต่ำที่ให้บริการได้ กระแสย้อนกลับของ I KBO จะต้องไม่เกิน 30 μA กระแสดังกล่าวไม่สามารถให้ความร้อนแก่ไส้หลอดของหลอดไฟได้ดังนั้นจึงไม่ไหม้

ทำการทดลองที่คล้ายกันกับทางแยกตัวปล่อย ผลลัพธ์จะเหมือนกัน: เมื่อแรงดันย้อนกลับทางแยกจะถูกปิด - หลอดไฟจะไม่สว่างและเมื่อแรงดันไปข้างหน้าจะเปิดขึ้น - หลอดไฟจะเปิดอยู่

การทดลองต่อไปนี้ซึ่งแสดงโหมดการทำงานของทรานซิสเตอร์แบบใดแบบหนึ่งนั้นดำเนินการตามวงจรที่แสดงในรูปที่ 1 95 ก. ระหว่างตัวปล่อยและตัวสะสมของทรานซิสเตอร์ตัวเดียวกัน ให้เชื่อมต่อแบตเตอรี่ 3336L และหลอดไส้ที่เชื่อมต่อแบบอนุกรม ขั้วบวกของแบตเตอรี่ต้องเชื่อมต่อกับตัวส่งสัญญาณ และขั้วลบกับตัวสะสม (ผ่านไส้หลอดของหลอดไฟ) ไฟเปิดอยู่หรือเปล่า? ไม่ มันไม่สว่าง เชื่อมต่อฐานเข้ากับตัวส่งสัญญาณด้วยสายจัมเปอร์ ดังที่แสดงในแผนภาพด้วยเส้นประ หลอดไฟที่เชื่อมต่อกับวงจรสะสมของทรานซิสเตอร์จะไม่สว่างขึ้นเช่นกัน ถอดจัมเปอร์ออกแล้วเชื่อมต่อกับอิเล็กโทรดเหล่านี้ด้วยตัวต้านทานแบบอนุกรมที่มีความต้านทาน 200 - 300 โอห์มและองค์ประกอบกัลวานิกหนึ่ง Eb เช่นประเภท 332 แต่เพื่อให้ค่าลบขององค์ประกอบอยู่บนฐานและเครื่องหมายบวกคือ บนตัวส่งสัญญาณ ตอนนี้ไฟควรจะเปิดอยู่ กลับขั้วของการเชื่อมต่อองค์ประกอบกับขั้วไฟฟ้าของทรานซิสเตอร์ ในกรณีนี้ไฟจะไม่สว่าง ทำซ้ำการทดลองนี้หลาย ๆ ครั้งแล้วคุณจะมั่นใจได้ว่าหลอดไฟในวงจรสะสมจะสว่างเฉพาะเมื่อมีแรงดันลบที่ฐานของทรานซิสเตอร์สัมพันธ์กับตัวปล่อย

ข้าว. 95. การทดลองแสดงการทำงานของทรานซิสเตอร์ในโหมดสวิตชิ่ง (a) และโหมดการขยายสัญญาณ (b)

ลองดูการทดลองเหล่านี้กัน ในตอนแรกเมื่อคุณเชื่อมต่อฐานเข้ากับตัวส่งสัญญาณด้วยจัมเปอร์และลัดวงจรทางแยกตัวส่งสัญญาณ ทรานซิสเตอร์ก็กลายเป็นเพียงไดโอดที่ใช้แรงดันย้อนกลับโดยปิดทรานซิสเตอร์ มีเพียงกระแสย้อนกลับเล็กน้อยของทางแยกสะสมที่ไหลผ่านทรานซิสเตอร์ ซึ่งไม่สามารถให้ความร้อนแก่ไส้หลอดไฟได้ ขณะนี้ทรานซิสเตอร์อยู่ในสถานะปิด จากนั้น เมื่อถอดจัมเปอร์ออก คุณจะคืนค่าจุดเชื่อมต่อตัวปล่อยสัญญาณ เมื่อเปิดชิ้นส่วนระหว่างฐานและตัวปล่อยไฟฟ้าเป็นครั้งแรก คุณจะจ่ายแรงดันไฟฟ้าโดยตรงกับทางแยกตัวส่งสัญญาณ ทางแยกของตัวปล่อยเปิดขึ้นโดยมีกระแสตรงไหลผ่านซึ่งจะเปิดทางแยกที่สองของทรานซิสเตอร์ - ตัวสะสม ทรานซิสเตอร์เปิดอยู่และกระแสของทรานซิสเตอร์ไหลผ่านวงจรตัวสะสมฐานตัวปล่อยซึ่งมากกว่ากระแสของวงจรตัวปล่อยฐานหลายเท่า เขาเป็นคนทำให้ไส้หลอดของหลอดไฟร้อนขึ้น เมื่อคุณเปลี่ยนขั้วขององค์ประกอบเป็นแบบย้อนกลับ แรงดันไฟฟ้าของมันจะปิดทางแยกของตัวปล่อยและในขณะเดียวกันทางแยกของตัวสะสมก็ปิดเช่นกัน ในเวลาเดียวกันกระแสของทรานซิสเตอร์เกือบจะหยุด (มีเพียงกระแสย้อนกลับเท่านั้นที่ไหล) และหลอดไฟก็ไม่สว่างขึ้น

ในการทดลองเหล่านี้ ทรานซิสเตอร์อยู่ในสถานะใดสถานะหนึ่งจากสองสถานะ: เปิดหรือปิด ทรานซิสเตอร์เปลี่ยนจากสถานะหนึ่งไปอีกสถานะหนึ่งภายใต้อิทธิพลของแรงดันไฟฟ้าที่ฐาน UB โหมดการทำงานของทรานซิสเตอร์นี้ แสดงโดยกราฟในรูป 95, a เรียกว่าโหมดสวิตชิ่งหรือโหมดคีย์เหมือนกัน โหมดการทำงานของทรานซิสเตอร์นี้ส่วนใหญ่จะใช้ในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์อัตโนมัติ

บทบาทของตัวต้านทาน Rb ในการทดลองเหล่านี้คืออะไร? โดยหลักการแล้ว ตัวต้านทานนี้อาจไม่มีอยู่จริง ฉันแนะนำให้เปิดเครื่องเพื่อจำกัดกระแสในวงจรฐานเท่านั้น มิฉะนั้นกระแสตรงมากเกินไปจะไหลผ่านทางแยกตัวปล่อยซึ่งเป็นผลมาจากการสลายความร้อนของทางแยกอาจเกิดขึ้นและทรานซิสเตอร์จะล้มเหลว

ในระหว่างการทดลองเหล่านี้ หากรวมเครื่องมือวัดไว้ในวงจรฐานและวงจรสะสม เมื่อปิดทรานซิสเตอร์แล้ว ก็แทบจะไม่มีกระแสไฟฟ้าในวงจรเลย เมื่อทรานซิสเตอร์เปิดอยู่ กระแสฐาน I B จะไม่เกิน 2 - 3 mA และกระแสสะสม I K จะเท่ากับ 60 - 75 mA ซึ่งหมายความว่าทรานซิสเตอร์สามารถเป็นแอมพลิฟายเออร์กระแสได้

ในเครื่องรับและเครื่องขยายเสียงความถี่เสียง ทรานซิสเตอร์ทำงานในโหมดการขยายเสียง โหมดนี้แตกต่างจากโหมดสวิตชิ่งตรงที่การใช้กระแสขนาดเล็กในวงจรฐานทำให้เราสามารถควบคุมกระแสที่ใหญ่กว่ามากในวงจรสะสมของทรานซิสเตอร์

การทำงานของทรานซิสเตอร์ในโหมดขยายสามารถแสดงได้ด้วยการทดลองต่อไปนี้ (รูปที่ 95, b) ในวงจรสะสมของทรานซิสเตอร์ T ให้เชื่อมต่อโทรศัพท์แม่เหล็กไฟฟ้า Tf 2 ระหว่างฐานและลบของแหล่งพลังงาน B - ตัวต้านทาน R b ที่มีความต้านทาน 200 - 250 kOhm เชื่อมต่อโทรศัพท์เครื่องที่สอง TF 1 ระหว่างฐานและตัวส่งสัญญาณผ่านตัวเก็บประจุคัปปลิ้ง C ที่มีความจุ 0.1 - 0.5 µF คุณจะได้รับเครื่องขยายเสียงธรรมดาที่สามารถให้บริการได้ เช่น เป็นโทรศัพท์ทางเดียว ถ้าเพื่อนของคุณพูดเบาๆ หน้าโทรศัพท์ที่เชื่อมต่อกับอินพุตของเครื่องขยายเสียง คุณจะได้ยินการสนทนาของเขาในโทรศัพท์ที่เชื่อมต่อกับเอาต์พุตของเครื่องขยายเสียง

บทบาทของตัวต้านทาน Rb ในแอมพลิฟายเออร์นี้คืออะไร? แรงดันไบแอสเริ่มต้นเล็กน้อยจะถูกส่งไปยังฐานของทรานซิสเตอร์จากแบตเตอรี่ B ซึ่งจะเปิดทรานซิสเตอร์และทำให้มั่นใจได้ว่าการทำงานในโหมดขยายสัญญาณ แทนที่จะใช้โทรศัพท์ TF 1 คุณสามารถเปิดปิ๊กอัพที่อินพุตของเครื่องขยายเสียงและเล่นแผ่นเสียงได้ จากนั้นในโทรศัพท์ TF2 เสียงทำนองหรือเสียงของนักร้องที่บันทึกไว้ในแผ่นเสียงจะได้ยินชัดเจน

ในการทดลองนี้ แรงดันไฟฟ้าความถี่เสียงสลับถูกนำไปใช้กับอินพุตของแอมพลิฟายเออร์ ซึ่งมีแหล่งกำเนิดเป็นโทรศัพท์ ซึ่งเหมือนกับไมโครโฟน แปลงการสั่นสะเทือนของเสียงเป็นการสั่นสะเทือนทางไฟฟ้า หรือปิ๊กอัพซึ่งแปลงการสั่นสะเทือนทางกลของตัวมันเอง เข็มเข้าไปในการสั่นสะเทือนทางไฟฟ้า แรงดันไฟฟ้านี้สร้างกระแสสลับอ่อนในวงจรฐานตัวปล่อย ซึ่งควบคุมกระแสที่มีขนาดใหญ่กว่าอย่างมีนัยสำคัญในวงจรตัวสะสม: เมื่อครึ่งรอบด้านลบที่ฐาน กระแสตัวสะสมจะเพิ่มขึ้น และเมื่อครึ่งรอบด้านบวกก็ลดลง (ดู กราฟในรูปที่ 95, b) สัญญาณถูกขยาย และสัญญาณที่ขยายโดยทรานซิสเตอร์ถูกแปลงโดยโทรศัพท์ที่เชื่อมต่อกับวงจรสะสมให้เป็นเสียงสั่นสะเทือน ทรานซิสเตอร์ทำงานในโหมดขยายสัญญาณ

คุณสามารถทำการทดลองที่คล้ายกันกับทรานซิสเตอร์ที่มีโครงสร้าง n-p-n เช่นประเภท MP35 ในกรณีนี้คุณจะต้องเปลี่ยนขั้วของแหล่งจ่ายไฟของทรานซิสเตอร์เท่านั้น: ควรเชื่อมต่อเครื่องหมายลบกับตัวส่งสัญญาณและควรเชื่อมต่อแบตเตอรี่บวกกับตัวสะสม (ผ่านทางโทรศัพท์)

สั้น ๆ เกี่ยวกับพารามิเตอร์ทางไฟฟ้าของทรานซิสเตอร์แบบไบโพลาร์ คุณภาพและคุณสมบัติการขยายของทรานซิสเตอร์แบบไบโพลาร์ได้รับการประเมินโดยพารามิเตอร์หลายตัวซึ่งวัดโดยใช้เครื่องมือพิเศษ จากมุมมองเชิงปฏิบัติคุณควรสนใจพารามิเตอร์หลักสามประการเป็นหลัก: กระแสสะสมย้อนกลับ I KBO, ค่าสัมประสิทธิ์การถ่ายโอนกระแสคงที่ h 21E (อ่านเป็น: เถ้าสองหนึ่ง e) และความถี่ตัดของค่าสัมประสิทธิ์การถ่ายโอนปัจจุบัน gr .

กระแสสะสมแบบย้อนกลับ I KBO เป็นกระแสที่ไม่สามารถควบคุมได้ผ่านทางชุมทาง p-n ของตัวสะสมที่สร้างขึ้นโดยพาหะกระแสไฟฟ้าส่วนน้อยของทรานซิสเตอร์ พารามิเตอร์ I ของ BSC แสดงถึงคุณภาพของทรานซิสเตอร์: ยิ่งมีขนาดเล็กเท่าใดคุณภาพของทรานซิสเตอร์ก็จะยิ่งสูงขึ้นเท่านั้น สำหรับทรานซิสเตอร์ความถี่ต่ำพลังงานต่ำ เช่น ประเภท MP39 - MP42, I BAC ไม่ควรเกิน 30 μA และสำหรับทรานซิสเตอร์ความถี่สูงพลังงานต่ำ - ไม่เกิน 5 μA ทรานซิสเตอร์ที่มีค่า I KBO มากจะทำงานไม่เสถียร

ค่าสัมประสิทธิ์การถ่ายโอนกระแสคงที่ h 21E แสดงถึงคุณสมบัติการขยายของทรานซิสเตอร์ มันถูกเรียกว่าคงที่เนื่องจากพารามิเตอร์นี้วัดที่แรงดันไฟฟ้าคงที่บนอิเล็กโทรดและกระแสคงที่ในวงจร ตัวอักษรขนาดใหญ่ (ตัวพิมพ์ใหญ่) "E" ในนิพจน์นี้ระบุว่าเมื่อทำการวัด ทรานซิสเตอร์จะเชื่อมต่อตามวงจรที่มีตัวปล่อยร่วม (ฉันจะพูดถึงวงจรการเชื่อมต่อทรานซิสเตอร์ในการสนทนาครั้งต่อไป) สัมประสิทธิ์ h 21E มีลักษณะเฉพาะโดยอัตราส่วนของกระแสตรงของตัวสะสมต่อกระแสฐานคงที่ที่แรงดันไฟฟ้าตัวสะสม-ตัวส่งแบบย้อนกลับคงที่ที่กำหนดและกระแสของตัวปล่อย ยิ่งค่าตัวเลขของสัมประสิทธิ์ h 21E มากเท่าใด ทรานซิสเตอร์ก็สามารถขยายสัญญาณได้มากขึ้นเท่านั้น

ความถี่ตัดของค่าสัมประสิทธิ์การถ่ายโอนปัจจุบัน gr ซึ่งแสดงเป็นกิโลเฮิรตซ์หรือเมกะเฮิรตซ์ทำให้สามารถตัดสินความเป็นไปได้ในการใช้ทรานซิสเตอร์เพื่อขยายการแกว่งของความถี่บางอย่าง ตัวอย่างเช่นความถี่คัตออฟของทรานซิสเตอร์ MP39 คือ 500 kHz และทรานซิสเตอร์ P401 - P403 มากกว่า 30 MHz ในทางปฏิบัติทรานซิสเตอร์ใช้ในการขยายความถี่ที่ต่ำกว่าความถี่ที่ จำกัด มากเนื่องจากเมื่อความถี่เพิ่มขึ้นค่าสัมประสิทธิ์การถ่ายโอนกระแส h 21E ของทรานซิสเตอร์จะลดลง

ในทางปฏิบัติจำเป็นต้องคำนึงถึงพารามิเตอร์ต่างๆ เช่น แรงดันไฟฟ้าของตัวสะสม-อิมิตเตอร์สูงสุดที่อนุญาต กระแสไฟฟ้าของตัวสะสมสูงสุดที่อนุญาต รวมถึงการกระจายพลังงานสูงสุดที่อนุญาตของตัวสะสมของทรานซิสเตอร์ - พลังงานที่แปลงเป็นความร้อนภายในทรานซิสเตอร์

ข้อมูลพื้นฐานเกี่ยวกับทรานซิสเตอร์กำลังต่ำสำหรับการใช้งานจำนวนมากสามารถดูได้ในภาคผนวก 4.