Různé typy tranzistorů a jejich fungování

Protože náš mozek je tvořen 100 miliardami buněk nazývaných neurony, které se používají k přemýšlení a memorování věcí. Stejně jako počítač mají také miliardy drobných mozkových buněk s názvem tranzistory. Skládá se z extraktu chemických prvků z písku zvaného křemík. Tranzistory radikálně mění teorii elektroniky, protože ji před více než půl stoletím navrhli John Bardeen, Walter Brattain a William Shockley.

Řekneme vám tedy, jak fungují nebo jaké jsou ve skutečnosti?

Co jsou to tranzistory?

Tato zařízení jsou vyrobena z polovodičového materiálu, který se běžně používá pro účely zesílení nebo spínání, lze jej také použít pro řízení toku napětí a proudu. Používá se také k zesílení vstupních signálů do rozsahu výstupního signálu. Tranzistor je obvykle elektronické zařízení v pevné fázi, které je tvořeno polovodičovými materiály. Elektronický proudový oběh lze změnit přidáním elektronů. Tento proces přináší změny napětí, které úměrně ovlivňují mnoho variací výstupního proudu, čímž dochází k zesílení. Ne všechna elektronická zařízení kromě většiny obsahují jeden nebo více typů tranzistorů. Některé z tranzistorů umístěné jednotlivě nebo obecně v integrovaných obvodech, které se liší podle jejich stavových aplikací.

"Tranzistor je součást se třemi nohami, hmyzí typ, který je umístěn jednotlivě v některých zařízeních, ale v počítačích je zabalen uvnitř v milionech čísel v malých mikročipech"

Z čeho se skládá tranzistor?

Tranzistor se skládá ze tří vrstev polovodičů, které mají schopnost udržovat proud. Materiál pro vedení elektřiny, jako je křemík a germanium, má schopnost přenášet elektřinu mezi vodiči a izolátorem, který byl uzavřen plastovými dráty. Polovodičové materiály se zpracovávají chemickým postupem nazývaným doping polovodiče. Pokud je křemík dotován arzenem, fosforem a antimonem, získá některé další nosiče náboje, tj. Elektrony, které jsou známé jako N-typ nebo negativní polovodič, zatímco pokud je křemík dotován dalšími nečistotami, jako je bór, galium, hliník, získá méně nosičů náboje, tj. děr, je známo jako P-typ nebo kladný polovodič.

Jak funguje tranzistor?

Pracovní koncept je hlavní částí k pochopení toho, jak používat tranzistor nebo jak funguje ?, v tranzistoru jsou tři terminály:

• Základna: Poskytuje základnu tranzistorovým elektrodám.

• Vysílač: Nabíjí nosiče vyzařované tímto.

• Sběratel: Poplatky dopravců, které jsou tímto shromažďovány.

Pokud je tranzistor typu NPN, musíme k jeho spuštění použít napětí 0,7 V a jako napětí aplikované na základní kolík se tranzistor zapne, což je předpjatý stav a proud začne protékat kolektorem k emitoru (také se nazývá nasycení) kraj). Když je tranzistor ve stavu obráceného předpětí nebo je zemnící kolík uzemněn nebo na něm není žádné napětí, tranzistor zůstává ve stavu VYPNUTO a neumožňuje tok proudu z kolektoru do emitoru (nazývaný také mezní oblast).

Pokud je tranzistor typu PNP, je normálně ve stavu ZAPNUTO, ale nelze to říci dokonale, dokud nebude kolík základny dokonale uzemněn. Po uzemnění základního kolíku bude tranzistor ve stavu s předpětím nebo bude zapnut. Vzhledem k tomu, že napájení dodávané do základního kolíku zastavuje vedení proudu z kolektoru do emitoru a tranzistor je označen jako vypnutý nebo předpjatý.

Pro ochranu tranzistoru s ním zapojíme sériový odpor, pro zjištění hodnoty tohoto odporu použijeme vzorec níže:

R _B = V _BE / I _B

Různé typy tranzistorů:

Hlavně můžeme tranzistor rozdělit do dvou kategorií Bipolární Junction Transistor (BJT) a Field Effect Transistor (FET). Dále to můžeme rozdělit takto:

Bipolární tranzistor (BJT)

Bipolární spojovací tranzistor je tvořen dotovaným polovodičem se třemi svorkami, tj. Základnou, emitorem a kolektorem. V tomto postupu jsou zapojeny jak díry, tak elektrony. Velké množství proudu procházejícího do kolektoru do emitoru se přepíná úpravou malého proudu ze svorek základny na emitor. Tito jsou také nazýváni jako proudově řízená zařízení. NPN a PNP jsou dvě hlavní části BJT, jak jsme diskutovali dříve. BJT zapnuto poskytnutím vstupu do základny, protože má nejnižší impedanci pro všechny tranzistory. Zesílení je také nejvyšší u všech tranzistorů.

Tyto typy BJT jsou následující:

1. NPN tranzistor:

Ve střední oblasti tranzistoru NPN, tj. Základna je typu p, a dvě vnější oblasti, tj. Emitor a kolektor, jsou typu n.

V dopředném aktivním režimu je tranzistor NPN předpjatý. U stejnosměrného zdroje Vbb bude křižovatka mezi základnou a emitorem předpjatá. Proto bude na tomto spoji snížena oblast vyčerpání. Spojení kolektoru a základny je předpjaté, oblast vyčerpání kolektoru a základny se zvýší. Většina nosičů náboje jsou elektrony pro emitor typu n. Spojení základního emitoru je předpjaté dopředu, takže elektrony se pohybují směrem k základní oblasti. To proto způsobí emitorový proud Ie. Základní oblast je tenká a lehce dotovaná otvory, vytvořena kombinace elektron-díry a některé elektrony zůstávají v základní oblasti. To způsobí velmi malý základní proud Ib. Spojení základního kolektoru je obráceno předpjato k otvorům v základní oblasti a elektronům v oblasti kolektoru, ale je předpjato před elektrony v základní oblasti. Zbývající elektrony základní oblasti přitahované kolektorovým terminálem způsobují kolektorový proud Ic. Více informací o tranzistoru NPN najdete zde.

2. PNP tranzistor:

Ve střední oblasti tranzistoru PNP, tj. Základna, je typu n a dvě vnější oblasti, tj. Kolektor a emitor, jsou typu p.

Jak jsme diskutovali výše v tranzistoru NPN, pracuje také v aktivním režimu. Většina nosičů náboje jsou otvory pro emitor typu p. U těchto otvorů bude spojení základny a vysílače předpjaté dopředu a bude se pohybovat směrem k oblasti základny. To způsobí, že emitorový proud Ie. Základní oblast je tenká a lehce dotovaná elektrony, vytvořena kombinace elektronových děr a některé otvory zůstávají v základní oblasti. To způsobí velmi malý základní proud Ib. Spojení základního kolektoru je obráceno předpjato k otvorům v oblasti základny a otvorům v oblasti kolektoru, ale je předpjato dopředu k otvorům v oblasti základny. Zbývající otvory základní oblasti přitahované kolektorovou svorkou způsobí kolektorový proud Ic. Více informací o tranzistoru PNP najdete zde.

Co jsou konfigurace tranzistorů?

Obecně existují tři typy konfigurací a jejich popis s ohledem na zisk je následující:

Konfigurace Common Base (CB): Nemá žádný proudový zisk, ale má zisk napětí.

Konfigurace Common Collector (CC): Má proudový zisk, ale žádný zisk napětí.

Konfigurace společného vysílače (CE): Má proudový i napěťový zisk.

Konfigurace tranzistorové společné základny (CB):

V tomto obvodu je základna umístěna společně pro vstup i výstup. Má nízkou vstupní impedanci (50-500 ohmů). Má vysokou výstupní impedanci (1-10 mega ohmů). Napětí měřená vzhledem k základním svorkám. Takže vstupní napětí a proud budou Vbe & Ie a výstupní napětí a proud budou Vcb & Ic.

Aktuální zisk bude menší než jednota, tj. Alfa (dc) = Ic / Ie
Zisk napětí bude vysoký.
Zisk energie bude průměrný.

Konfigurace tranzistorového společného vysílače (CE):

V tomto obvodu je emitor umístěn společný pro vstup i výstup. Vstupní signál je aplikován mezi základnou a emitorem a výstupní signál je aplikován mezi kolektorem a emitorem. Vbb a Vcc jsou napětí. Má vysokou vstupní impedanci, tj. (500–5 000 ohmů). Má nízkou výstupní impedanci, tj. (50–500 kiloohmů).

Aktuální zisk bude vysoký (98), tj. Beta (dc) = Ic / Ie
Zisk energie je až 37 dB.
Výstup bude 180 stupňů mimo fázi.

Konfigurace společného kolektoru tranzistoru:

V tomto obvodu je kolektor umístěn společný pro vstup i výstup. Toto je také známé jako sledovač emitorů. Má vysokou vstupní impedanci (150-600 kiloohmů). Má nízkou výstupní impedanci (100-1000 ohmů).

Aktuální zisk bude vysoký (99).
Zisk napětí bude menší než jednota.
Zisk energie bude průměrný.

Tranzistor s polním efektem (FET):

Tranzistor s efektem pole obsahuje tři oblasti, jako je zdroj, brána, odtok. Jsou označovány jako napěťově řízená zařízení, protože řídí úroveň napětí. Pro řízení elektrického chování lze zvolit externě aplikované elektrické pole, proto se nazývá tranzistory s efektem pole. V tomto protéká proud v důsledku většiny nosičů náboje, tj. Elektronů, tedy také známých jako uni-polární tranzistor. Má hlavně vysokou vstupní impedanci v mega ohmech s nízkou frekvencí vodivosti mezi odtokem a zdrojem řízeným elektrickým polem. FET jsou vysoce efektivní, energické a nižší náklady.

Tranzistory s efektem pole jsou dvou typů, tj. Tranzistory s efektem pole spojení (JFET) a tranzistory s efektem pole oxidu kovu (MOSFET). Proud prochází mezi dvěma kanály pojmenovanými jako n-kanál a p-kanál.

Tranzistor s efektem spojovacího pole (JFET)

Tranzistor s efektem spojovacího pole nemá PN spojení, ale místo polovodičových materiálů s vysokým odporem tvoří křemíkové kanály typu n & p pro tok většinových nosičů náboje se dvěma svorkami buď odtokovými, nebo zdrojovými. V n-kanálu je tok proudu záporný, zatímco v kanálu p je tok proudu kladný.

Práce JFET:

V JFET existují dva typy kanálů pojmenované jako: n-kanálový JFET & p-kanálový JFET

N-Channel JFET:

Zde musíme diskutovat o hlavní činnosti n-kanálového JFET pro dvě podmínky takto:

Nejprve, když Vgs = 0, Na odtokovou svorku, kde je Vds kladné, připojte malé kladné napětí. Díky tomuto použitému napětí Vds proudí elektrony ze zdroje do odtoku a způsobují odtokový proud Id. Kanál mezi odtokem a zdrojem působí jako odpor. Nechť je n-kanál jednotný. Různé úrovně napětí nastavené podle odběrového proudu Id a přesunu ze zdroje do odtoku. Napětí je nejvyšší na odtokovém terminálu a nejnižší na zdrojovém terminálu. Odtok je předpjatý, takže vrstva vyčerpání je zde širší.

Vds se zvyšuje, Vgs = 0 V.

Zvyšuje se vrstva vyčerpání, zmenšuje se šířka kanálu. Vds se zvyšuje na úrovni, kde se dotýkají dvě oblasti vyčerpání, tato podmínka známá jako proces pinch – off a způsobuje napětí pinp off Vp.

Zde Id pinched –off klesne na 0 MA a Id dosáhne na úrovni nasycení. Id s Vgs = 0 známý jako proud nasycení zdroje odtoku (Idss). Vds vzrostl na Vp, kde aktuální Id zůstává stejný & JFET funguje jako zdroj konstantního proudu.

Zadruhé, když se Vgs nerovná 0, Použít negativní Vgs a Vds se liší. Šířka oblasti vyčerpání se zvětšuje, kanál se zužuje a zvyšuje se odpor. Menší odtokový proud teče a dosahuje až úrovně nasycení. Kvůli negativním Vgs klesá úroveň nasycení, Id klesá. Pinch – off napětí trvale klesá. Proto se nazývá napěťově řízené zařízení.

Charakteristika JFET:

Charakteristiky ukázaly různé regiony, které jsou následující:

Ohmická oblast: Vgs = 0, vrstva vyčerpání malá.

Cut-Off Region: Také známý jako pinch off region, protože odpor kanálu je maximální.

Sytost nebo aktivní oblast: Řízeno napětím zdroje brány, kde je napětí zdroje odběru menší.

Oblast poruchy: Napětí mezi odtokem a zdrojem je vysoké, což způsobí poruchu v odporovém kanálu.

P-kanál JFET:

p-kanálový JFET funguje stejně jako n-kanálový JFET, ale vyskytly se některé výjimky, tj. Kvůli otvorům je proud kanálu kladný a polarita předpěťového napětí musí být obrácena.

Vypouštěcí proud v aktivní oblasti:

Id = Idss

Odpor kanálu odtokového zdroje: Rds = delta Vds / delta Id

Tranzistor s efektem pole oxidu kovu (MOSFET):

Tranzistor s efektem pole oxidu kovu je také známý jako tranzistor s efektem pole řízeným napětím. Zde jsou elektrony brány oxidu kovu elektricky izolované od n-kanálu a p-kanálu tenkou vrstvou oxidu křemičitého nazývaného jako sklo.

Proud mezi odběrem a zdrojem je přímo úměrný vstupnímu napětí.

Jedná se o tři koncové zařízení, tj. Bránu, odtok a zdroj. Existují dva typy MOSFET fungováním kanálů, tj. P-kanálový MOSFET & n-kanálový MOSFET.

Existují dvě formy tranzistoru s efektem pole oxidu kovu, tj. Typ vyčerpání a typ vylepšení.

Typ vyčerpání: Vyžaduje Vgs, tj. Napětí zdroje brány k vypnutí a režim vyčerpání se rovná normálně zavřenému spínači.

Vgs = 0, Pokud je Vgs kladná, elektronů je více & pokud je Vgs záporná, elektronů je méně.

Typ vylepšení: Vyžaduje Vgs, tj. Napětí zdroje brány pro zapnutí a režim vylepšení se rovná normálně otevřenému spínači.

Zde je přídavným terminálem substrát používaný při uzemnění.

Napětí zdroje brány (Vgs) je vyšší než prahové napětí (Vth)

Režimy předpětí pro tranzistory:

Předpětí lze provést dvěma způsoby, tj. Předpětí dopředu a zpětné předpětí, zatímco v závislosti na předpětí existují čtyři různé obvody předpětí takto:

Fixní základní zkreslení a zkreslení s pevným odporem:

Na obrázku je základní odpor Rb připojený mezi základnou a Vcc. Spojení základního emitoru je předpjaté dopředu kvůli poklesu napětí Rb, který vede k toku Ib skrz něj. Zde se Ib získává z:

Ib = (Vcc-Vbe) / Rb

Výsledkem je faktor stability (beta +1), který vede k nízké tepelné stabilitě. Zde jsou vyjádření napětí a proudů, tj.

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

Předpětí zpětné vazby sběratele:

Na tomto obrázku je základní odpor Rb připojen přes kolektor a základní svorku tranzistoru. Proto jsou základní napětí Vb a napětí kolektoru Vc navzájem podobné

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

Podle těchto rovnic Ic snižuje Vc, což snižuje Ib, automaticky snižuje Ic.

Zde bude faktor (beta +1) menší než jeden a Ib vede ke snížení zisku zesilovače.

Napětí a proudy lze tedy dát jako

Vb = Vbe Ic = beta Ib Ie se téměř rovná Ib

Duální zkreslení zpětné vazby:

Na tomto obrázku je to upravená forma přes obvod základny zpětné vazby kolektoru. Protože má další obvod R1, který zvyšuje stabilitu. Zvýšení základního odporu proto vede ke změnám v beta, tj. Zisku.

Nyní, I1 = 0,1 Ic Vc = Vcc- (Ic + I (Rb) Rc Vb = Vbe = I1R1 = Vc- (I1 + Ib) Rb Ic = beta Ib Ie se téměř rovná Ic

Pevné zkreslení s odporem vysílače:

Na tomto obrázku je stejný jako obvod s pevným předpětím, ale má připojený další emitorový odpor Re. Ic se zvyšuje v důsledku teploty, Ie se také zvyšuje, což opět zvyšuje pokles napětí na Re. To má za následek snížení Vc, snížení Ib, čímž se iC vrátí zpět na normální hodnotu. Zisk napětí se sníží přítomností Re.

Nyní, Ve = Ie Re Vc = Vcc - Ic Rc Vb = Vbe + Ve Ic = beta Ib Ie se téměř rovná Ic

Předpětí vysílače:

Na tomto obrázku jsou dvě napájecí napětí Vcc a Vee jsou stejná, ale opačná v polaritě.

Nyní, Ve = -Vee + Ie Re Vc = Vcc- Ic Rc Vb = Vbe + Ve Ic = beta Ib Ie je téměř stejné jako Ib Where, Re >> Rb / beta Vee >> Vbe

Což dává stabilní pracovní bod.

Předpětí zpětné vazby vysílače:

Na tomto obrázku používá jak kolektor jako zpětnou vazbu, tak zpětnou vazbu emitoru pro vyšší stabilitu. Kvůli toku proudu emitoru Ie dochází k poklesu napětí napříč odporem emitoru Re, proto bude přechod základny emitoru zkreslený dopředu. Zde se zvyšuje teplota, zvyšuje se Ic, zvyšuje se také Ie. To vede k poklesu napětí na Re, napětí kolektoru Vc klesá a Ib také klesá. To má za následek snížení výstupního zisku. Výrazy mohou být uvedeny jako:

Irb = 0,1 Ic = Ib + I1 Ve = IeRe = 0,1 Vcc Vc = Vcc- (Ic + Irb) Rc Vb = Vbe + Ve = I ₁ R1 = Vc- (I ₁ + Ib0Rb) Ic = beta Ib Ie je téměř stejný k já c

Předpětí děliče napětí:

Na tomto obrázku používá k předpětí tranzistoru formu děliče napětí odporu R1 a R2. Napěťové formy na R2 budou základním napětím, protože předpíná předpětí spojení základna-emitor. Zde I2 = 10 lb.

Důvodem je zanedbání proudu děliče napětí a změny hodnoty beta.

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

Ic odolává změnám v beta i Vbe, což vede k faktoru stability 1. V tomto se Ic zvyšuje zvýšením teploty, Ie zvyšuje zvýšením napětí emitoru Ve, což snižuje základní napětí Vbe. To má za následek snížení základního proudu ib a ic na jeho skutečné hodnoty.

Aplikace tranzistorů

Tranzistory pro většinu částí se používají v elektronických aplikacích, jako jsou napěťové a výkonové zesilovače.
Používá se jako přepínače v mnoha obvodech.
Používá se při výrobě digitálních logických obvodů, tj. AND, NOT atd.
Tranzistory jsou vloženy do všeho, tj. Sporáků k počítačům.
Používá se v mikroprocesoru jako čipy, ve kterých jsou integrovány miliardy tranzistorů.
V dřívějších dobách se používají v rádiích, telefonních zařízeních, sluchadlech atd.
Také se používají dříve ve vakuových trubkách ve velkých velikostech.
Používají se v mikrofonech také ke změně zvukových signálů na elektrické.