Різні типи транзисторів та їх робота

Оскільки наш мозок складається із 100 мільярдів клітин, що називаються нейронами, які використовуються для мислення та запам'ятовування речей. Як і в комп'ютері, також є мільярди крихітних клітин мозку, які називаються транзисторами. Він складається з екстракту хімічного елементу з піску, який називається кремній. Транзистори докорінно змінюють теорію електроніки, оскільки вона була розроблена понад півстоліття раніше Джоном Бардіном, Уолтером Браттейном та Вільямом Шоклі.

Отже, ми розповімо вам, як вони працюють або що вони є насправді?

Що таке транзистори?

Ці пристрої складаються з напівпровідникового матеріалу, який зазвичай використовується для підсилення або комутації, а також може використовуватися для управління потоком напруги та струму. Він також використовується для посилення вхідних сигналів до екстентного вихідного сигналу. Транзистор - це зазвичай твердотільний електронний пристрій, який складається з напівпровідникових матеріалів. Електронна циркуляція струму може бути змінена додаванням електронів. Цей процес призводить до змін напруги, які впливають пропорційно багатьом варіаціям вихідного струму, забезпечуючи посилення. Не всі, але більшість електронних пристроїв містять один або кілька типів транзисторів. Деякі транзистори розміщені окремо або, як правило, в інтегральних схемах, які змінюються залежно від їх стану.

"Транзистор - це компонент типу" комаха "з трьома ногами, який розміщується поодиноко в деяких пристроях, але в комп'ютерах він упакований всередину у мільйони номерів у невеликих мікросхемах"

З чого складається транзистор?

Транзистор складається з трьох шарів напівпровідника, які мають здатність утримувати струм. Електропровідний матеріал, такий як кремній та германій, має здатність переносити електрику між провідниками та ізолятором, який був закритий пластиковими дротами. Напівпровідникові матеріали обробляють за допомогою якоїсь хімічної процедури, званої легуванням напівпровідника. Якщо кремній легувати миш’яком, фосфором та сурмою, він отримає деякі носії додаткових зарядів, тобто електрони, відомі як N-тип або негативний напівпровідник, тоді як якщо кремній легують іншими домішками, такими як бор, галій, алюміній, він отримає менше носіїв заряду, тобто дірок, відомі як Р-тип або позитивний напівпровідник.

Як працює транзистор?

Робоча концепція - це основна частина, щоб зрозуміти, як використовувати транзистор або як він працює ?, у транзистора є три клеми:

• Основа: дає основу для транзисторних електродів.

• Випромінювач: носії заряду, випромінювані цим.

• Колектор: Носії заряду, зібрані цим.

Якщо транзистор має тип NPN, нам потрібно подати напругу 0,7 в, щоб його спрацьовувати, і, коли напруга, що подається на базовий штифт, транзистор вмикається, що є зміщеним вперед умовою і початком струму, що протікає через колектор до емітера (також званий насиченням регіон). Коли транзистор перебуває в зворотному зміщеному стані або базовий штифт заземлений або на ньому немає напруги, транзистор залишається у вимкненому стані і не допускає протікання струму від колектора до випромінювача (також називається областю відключення).

Якщо транзистор має тип PNP, він, як правило, у стані УВІМК, але не слід говорити про це повністю, поки базовий штифт не стане ідеально заземленим. Після заземлення базового штифта транзистор перебуватиме у зворотному зміщеному стані або буде ввімкнено. У міру подачі живлення на базовий штифт він перестає проводити струм від колектора до емітера, а транзистор, як стверджується, перебуває у вимкненому стані або упередженому стані.

Для захисту транзистора ми послідовно з'єднуємо з ним опір, для пошуку значення цього опору використовуємо формулу нижче:

R _B = V _BE / I _B

Різні типи транзисторів:

В основному ми можемо розділити транзистор на дві категорії: транзистори з біполярним переходом (BJT) і транзистори з польовим ефектом (FET). Далі ми можемо розділити його, як показано нижче:

Біполярний транзистор (BJT)

Біполярний транзистор переходу складається з легованого напівпровідника з трьома затискачами, тобто базою, випромінювачем і колектором. У цій процедурі беруть участь дірки та електрони. Велика кількість струму, що проходить в колектор на емітер, перемикається, змінюючи малий струм від основи до клем емітера. Вони також називаються пристроями, що контролюються струмом. NPN і PNP - дві основні частини BJT, як ми вже обговорювали раніше. BJT увімкнувся, подаючи вхід до бази, оскільки він має найнижчий опір для всіх транзисторів. Посилення також є найвищим для всіх транзисторів.

Ці типи біполярного транзистора полягають в наступному:

1. Транзистор NPN:

У середній області транзистора NPN, тобто база має p-тип, а дві зовнішні області, тобто випромінювач і колектор, мають n-тип.

У прямому активному режимі транзистор NPN зміщений. За джерелом постійного струму Vbb перехід від основи до емітера буде зміщений вперед. Отже, на цьому стику область виснаження буде зменшена. Колектор до базового переходу зміщений у зворотному напрямку, область виснаження колектора до базового переходу буде збільшена. Більшість носіїв заряду - це електрони для емітера n-типу. Базовий емітерний перехід зміщений вперед, тому електрони рухаються до базової області. Отже, це викликає струм емітера Ie. Базова область тонка і злегка легована дірками, утворюється комбінація електрон-дірка, а частина електронів залишається в базовій області. Це спричиняє дуже малий базовий струм Ib. Перехід базового колектора зміщений до дірок в базовій області та електронів в області колектора, але він зміщений вперед до електронів в базовій області. Залишилися електрони базової області, залучені терміналом колектора, спричиняють струм колектора Ic. Дізнайтеся більше про транзистор NPN тут.

2. Транзистор PNP:

У середній області транзистора PNP, тобто база має n-тип, а дві зовнішні області, тобто колектор та емітер, мають p-тип.

Як ми обговорювали вище в транзисторі NPN, він також працює в активному режимі. Більшість носіїв заряду є отворами для випромінювача типу p. Для цих отворів перехід базового випромінювача буде зміщений вперед і рухається до базової області. Це спричиняє струм емітера Ie. Базова область тонка і злегка легована електронами, утворюється комбінація електрон-дірка, а деякі дірки залишаються в базовій області. Це спричиняє дуже малий базовий струм Ib. Базовий перехід колектора зміщений назад до отворів в базовій області і отворів в області колектора, але він зміщений вперед до отворів в базовій області. Залишки отворів базової області, залучені клемою колектора, спричиняють струм колектора Ic. Докладніше про транзистор PNP перевірте тут.

Що таке конфігурації транзисторів?

Як правило, існує три типи конфігурацій, і їх опис щодо посилення є таким:

Конфігурація загальної бази (CB): він не має посилення струму, але має коефіцієнт посилення напруги.

Конфігурація загального колектора (CC): він має коефіцієнт посилення струму, але не має коефіцієнта посилення напруги.

Конфігурація загального випромінювача (CE): він має коефіцієнт посилення струму та коефіцієнт посилення напруги.

Конфігурація загальної бази транзистора (CB):

У цій схемі база розміщується спільно як для входу, так і для виходу. Він має низький вхідний опір (50-500 Ом). Він має високий вихідний опір (1-10 мегаом). Напруги, виміряні щодо базових клем. Отже, вхідна напруга та струм будуть Vbe & Ie, а вихідна напруга та струм будуть Vcb & Ic.

Потужність посилення буде меншою за одиницю, тобто альфа (постійний струм ) = Ic / Ie
Приріст напруги буде високим.
Приріст потужності буде середнім.

Конфігурація загального випромінювача транзистора (CE):

У цій схемі випромінювач розміщений спільно як для входу, так і для виходу. Вхідний сигнал подається між базою та випромінювачем, а вихідний сигнал подається між колектором та випромінювачем. Vbb & Vcc - напруги. Він має високий вхідний опір, тобто (500-5000 Ом). Він має низький вихідний опір, тобто (50-500 кілоом).

Потужний коефіцієнт посилення буде високим (98), тобто бета (постійного струму) = Ic / Ie
Приріст потужності до 37 дБ.
Вихід буде на 180 градусів поза фазою.

Конфігурація загального колектора транзистора:

У цій схемі колектор розміщений спільно як для входу, так і для виводу. Це також відомо як послідовник випромінювача. Він має високий вхідний опір (150-600 кілоом) та низький вихідний опір (100-1000 ом).

Потужний коефіцієнт посилення буде високим (99).
Приріст напруги буде менше одиниці.
Приріст потужності буде середнім.

Польовий транзистор (FET):

Польовий транзистор містить три області, такі як джерело, затвор, каналізація. Вони називаються пристроями з регулюванням напруги, оскільки вони контролюють рівень напруги. Для управління електричною поведінкою може бути вибрано зовнішнє електричне поле, тому його називають транзисторами з польовим ефектом. При цьому струм протікає через більшість носіїв заряду, тобто електронів, отже, також відомий як уніполярний транзистор. Він має в основному високий вхідний опір в мегаомах з низькою частотою провідності між стоком і джерелом, керованим електричним полем. Польові транзистори є високоефективними, енергійними та з меншою вартістю.

Польові транзистори бувають двох типів, тобто польові транзистори з перехідним полем (JFET) і польові транзистори з оксидом металу (MOSFET). Струм проходить між двома каналами, названими як n-канал і p-канал.

Транзистор з польовим ефектом з'єднання (JFET)

Транзистор з польовим ефектом переходу не має PN-переходу, але замість напівпровідникових матеріалів із високим опором вони утворюють кремнієві канали типу n & p для потоку основних носіїв заряду з двома затискачами або стоком, або висновком джерела. У n-каналі потік струму є негативним, тоді як в p-каналі потік струму є позитивним.

Робота JFET:

У JFET є два типи каналів, які називаються як: n-канальний JFET і p-канальний JFET

N-канальний JFET:

Тут ми повинні обговорити основну роботу n-канального JFET за двох умов, як описано нижче:

По-перше, коли Vgs = 0, Подайте невелику позитивну напругу на зливну клему, де Vds додатний. Завдяки цій прикладеній напрузі Vds електрони перетікають від джерела до стоку, викликаючи струм стоку Id. Канал між стоком і джерелом діє як опір. Нехай n-канал є рівномірним. Різні рівні напруги встановлюються струмом стоку Id і переміщуються від джерела до стоку. Напруги є найвищими на клемі зливу та найнижчими на клемі джерела. Сток має зворотний зсув, тому шар виснаження тут ширший.

Vds збільшується, Vgs = 0 V

Шар виснаження збільшується, ширина каналу зменшується. Vds зростає на рівні, де стикаються дві області виснаження, цей стан, відомий як процес віджимання, і спричинює напругу відключення Vp.

Тут Id затиснутий-off падає до 0 MA і Id досягає на рівні насичення. Id з Vgs = 0, відомий як струм насичення джерела стоку (Idss). Vds збільшився при Vp, де поточний Id залишається незмінним, а JFET діє як постійне джерело струму.

По-друге, коли Vgs не дорівнює 0, Застосування негативних Vgs і Vds змінюється. Ширина області виснаження збільшується, канал стає вузьким і опір зростає. Потік меншого струму стоку та досягає рівня насичення. Через негативні Vgs рівень насичення зменшується, Id зменшується. Напруга відключення постійно падає. Тому його називають пристроєм, керованим напругою.

Характеристики JFET:

Характеристики показані в різних регіонах, які є такими:

Омічна область: Vgs = 0, шар виснаження невеликий.

Обрізна область: Також відома як область віджиму, оскільки опір каналу є максимальним.

Насиченість або активна область: регулюється напругою джерела затвора, де напруга джерела стоку менша.

Область пробою: напруга між стоком і джерелом є основною причиною поломки резистивного каналу.

P-Channel JFET:

p-канальний JFET працює так само, як і n-канальний JFET, але траплялися деякі винятки, тобто через дірки струм каналу є позитивним, а полярність напруги зміщення потрібно змінити.

Струм стоку в активній області:

Id = Idss

Опір каналу каналізації стоку: Rds = дельта Vds / дельта Id

Польовий транзистор з оксидом металу (MOSFET):

Польовий транзистор з оксидом металу також відомий як польовий транзистор з керованим напругою. Тут електрони металевого оксидного затвора електрично ізольовані від n-каналу та p-каналу тонким шаром діоксиду кремнію, який називають склом.

Струм між стоком і джерелом прямо пропорційний вхідній напрузі.

Це три кінцеві пристрої, тобто затвор, злив та джерело. Існує два типи MOSFET за функціонуванням каналів, тобто p-канальний MOSFET і n-канальний MOSFET.

Існує дві форми транзистора з польовим ефектом оксиду металу, тобто тип виснаження та тип посилення.

Тип виснаження: для вимкнення потрібен Vgs, тобто напруга джерела затвора для вимкнення, а режим виснаження дорівнює нормально закритому вимикачу.

Vgs = 0, якщо Vgs додатний, електронів більше, а якщо Vgs негативний, то електронів менше.

Тип посилення: Для цього потрібно Vgs, тобто напруга джерела затвора для ввімкнення, а режим посилення дорівнює нормально відкритому вимикачу.

Тут додатковою клемою є підкладка, яка використовується для заземлення.

Напруга джерела затвора (Vgs) перевищує порогову напругу (Vth)

Режими зміщення для транзисторів:

Зсув може бути здійснений двома методами, тобто прямим зміщенням та зворотним зміщенням, тоді як, залежно від зміщення, існує чотири різні схеми зміщення наступним чином:

Зміщення з фіксованою базою та зміщення з фіксованим опором:

На малюнку базовий резистор Rb з'єднаний між базою і Vcc. Перехід базового випромінювача зміщений вперед через падіння напруги Rb, що призводить до протікання через нього Ib. Тут Ib отримано з:

Ib = (Vcc-Vbe) / Rb

Це призводить до коефіцієнта стійкості (бета +1), що призводить до низької термостабільності. Тут вирази напруг і струмів, тобто

Vb = Vbe = Vcc-IbRb Vc = Vcc-IcRc = Vcc-Vce Ic = Бета Ib Ie = Ic

Упередженість відгуку колектора:

На цьому малюнку базовий резистор Rb з'єднаний через колектор і базову клему транзистора. Тому напруга бази Vb та напруга колектора Vc подібні між собою цим

Vb = Vc-IbRb Де, Vb = Vcc- (Ib + Ic) Rc

За допомогою цих рівнянь Ic зменшує Vc, що зменшує Ib, автоматично зменшуючи Ic.

Тут коефіцієнт (бета +1) буде менше одиниці, а Ib веде до зменшення коефіцієнта підсилення підсилювача.

Отже, напруги та струми можна подати як-

Vb = Vbe Ic = бета Ib Ie майже дорівнює Ib

Подвійний зворотний зсув:

На цьому малюнку це модифікована форма по схемі базування зворотного зв'язку колектора. Оскільки він має додаткову схему R1, що підвищує стійкість. Отже, збільшення базового опору призводить до змін у бета-версії, тобто посилення.

Зараз, I1 = 0,1 Ic Vc = Vcc- (Ic + I (Rb) Rc Vb = Vbe = I1R1 = Vc- (I1 + Ib) Rb Ic = бета Ib Ie майже дорівнює Ic

Виправлено зміщення з емітерним резистором:

На цьому малюнку це те саме, що і схема фіксованого зміщення, але вона має додатковий підключений резистор емітера Re. Ic збільшується внаслідок температури, тобто також збільшується, що знову збільшує падіння напруги на Re. Це призводить до зменшення Vc, зменшує Ib, що повертає iC до його нормального значення. Приріст напруги зменшується за рахунок присутності Re.

Зараз, Ve = Ie Re Vc = Vcc - Ic Rc Vb = Vbe + Ve Ic = бета Ib Ie майже дорівнює Ic

Упередження випромінювача:

На цьому малюнку є дві напруги живлення Vcc і Vee рівні, але протилежні за полярністю. Тут Vee зміщується вперед до базового емітерного переходу, а Re & Vcc має зворотне зміщення до базового переходу колектора.

Зараз, Ve = -Vee + Ie Re Vc = Vcc- Ic Rc Vb = Vbe + Ve Ic = бета Ib Ie майже дорівнює Ib Де, Re >> Rb / beta Vee >> Vbe

Що дає стабільну робочу точку.

Упередження зворотного зв'язку випромінювача:

На цьому малюнку він використовує як колектор як зворотний зв'язок, так і зворотний зв'язок випромінювача для більшої стабільності. Внаслідок протікання струму емітера Ie, падіння напруги відбувається на емітерному резисторі Re, тому базовий перехід емітера буде зміщений вперед. Тут температура підвищується, Ic підвищується, тобто також збільшується. Це призводить до падіння напруги при Re, напруга колектора Vc зменшується, а Ib також зменшується. Це призводить до зменшення виходу на виході. Вирази можна подати як:

Irb = 0,1 Ic = Ib + I1 Ve = IeRe = 0,1Vcc Vc = Vcc- (Ic + Irb) Rc Vb = Vbe + Ve = I ₁ R1 = Vc- (I ₁ + Ib0Rb) Ic = бета Ib Ie майже дорівнює до I c

Зміщення дільника напруги:

На цьому малюнку він використовує форму дільника напруги резистора R1 і R2 для зміщення транзистора. Форми напруги на R2 будуть базовою напругою, оскільки вона вперед зміщує перехід база-емітер. Тут I2 = 10Ib.

Це робиться, щоб знехтувати струмом дільника напруги, і значення бета-змін відбуваються.

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

Ic протистоїть змінам як бета, так і Vbe, що призводить до коефіцієнта стійкості 1. При цьому Ic збільшується за рахунок підвищення температури, тобто збільшується за рахунок збільшення напруги емітера Ve, що зменшує базову напругу Vbe. Це призводить до зменшення базового струму ib та ic до його фактичних значень.

Застосування транзисторів

Транзистори для більшості деталей використовуються в електронних додатках, таких як підсилювачі напруги та потужності.
Використовується як перемикач у багатьох ланцюгах.
Використовується для створення цифрових логічних схем, тобто, І, НЕ тощо.
Транзистори вставляються у все, тобто в плити, що накладаються на комп’ютери.
Використовується в мікропроцесорі як мікросхема, в яку всередині вбудовані мільярди транзисторів.
У попередні дні вони використовуються в радіостанціях, телефонному обладнанні, слухових головках тощо.
Крім того, вони раніше використовувались у вакуумних трубках великих розмірів.
Вони використовуються в мікрофонах для перетворення звукових сигналів на електричні.