Jak działa tranzystor i gdzie jest używany?

Element radioelektroniczny wykonany z materiału półprzewodnikowego za pomocą sygnału wejściowego wytwarza, wzmacnia, zmienia impulsy w układach scalonych oraz systemach przechowywania, przetwarzania i przesyłania informacji. Tranzystor to rezystancja, której funkcje są regulowane napięciem między emiterem a bazą lub źródłem a bramką, w zależności od typu modułu.

Rodzaje tranzystorów

Przetworniki są szeroko stosowane w produkcji cyfrowych i analogowych mikroukładów do zerowania statycznego prądu konsumenckiego i uzyskania lepszej liniowości. Rodzaje tranzystorów różnią się tym, że niektóre są sterowane zmianą napięcia, te ostatnie są regulowane przez odchylenie prądu.

Moduły polowe pracują ze zwiększoną rezystancją DC, transformacja wysokiej częstotliwości nie zwiększa kosztów energii.Jeśli powiemy prosto, czym jest tranzystor, to jest to moduł o dużym marginesie wzmocnienia. Ta cecha jest większa u gatunków polnych niż u typów dwubiegunowych. Te pierwsze nie mają resorpcji nośnika ładunku, co przyspiesza pracę.

Półprzewodniki polowe są częściej stosowane ze względu na ich przewagę nad typami bipolarnymi:

• potężny opór na wejściu przy prądzie stałym i wysokiej częstotliwości, co zmniejsza straty energii do sterowania;
• brak akumulacji drobnych elektronów, co przyspiesza działanie tranzystora;
• transport poruszających się cząstek;
• stabilność przy odchyleniach temperatury;
• mały hałas z powodu braku wtrysku;
• niskie zużycie energii podczas pracy.

Rodzaje tranzystorów i ich właściwości określają przeznaczenie. Ogrzewanie konwertera typu bipolarnego zwiększa prąd na drodze od kolektora do emitera. Mają ujemny współczynnik oporu, a ruchome nośniki płyną do urządzenia zbierającego z emitera. Cienka podstawa jest oddzielona złączami p-n, a prąd powstaje tylko wtedy, gdy poruszające się cząstki gromadzą się i są wtryskiwane do podstawy. Niektóre nośniki ładunku są wychwytywane przez sąsiednie złącze p-n i przyspieszane, tak obliczane są parametry tranzystorów.

FET mają jeszcze jedną zaletę, o której należy wspomnieć w przypadku manekinów. Są połączone równolegle bez wyrównywania rezystancji. Rezystory nie są używane do tego celu, ponieważ wskaźnik wzrasta automatycznie wraz ze zmianą obciążenia. Aby uzyskać wysoką wartość prądu przełączania, rekrutowany jest zespół modułów, które są stosowane w falownikach lub innych urządzeniach.

Niemożliwe jest równoległe połączenie tranzystora bipolarnego, wyznaczenie parametrów funkcjonalnych prowadzi do wykrycia przebicia termicznego o nieodwracalnym charakterze. Właściwości te są związane z właściwościami technicznymi prostych kanałów p-n. Moduły są połączone równolegle za pomocą rezystorów wyrównujących prąd w obwodach emiterowych. W zależności od cech funkcjonalnych i indywidualnej specyfiki w klasyfikacji tranzystorów rozróżnia się typy bipolarne i polowe.

Tranzystory bipolarne

Konstrukcje bipolarne są produkowane jako urządzenia półprzewodnikowe z trzema przewodnikami. W każdej z elektrod znajdują się warstwy z przewodnictwem dziury p lub przewodnością domieszki n. Wybór pełnego zestawu warstw decyduje o wydaniu urządzeń typu p-n-p lub n-p-n. W momencie włączenia urządzenia różne rodzaje ładunków są jednocześnie przenoszone przez dziury i elektrony, zaangażowane są 2 rodzaje cząstek.

Nośniki poruszają się dzięki mechanizmowi dyfuzji. Atomy i cząsteczki substancji wnikają w sieć międzycząsteczkową sąsiedniego materiału, po czym ich stężenie wyrównuje się w całej objętości. Transport odbywa się z obszarów o dużym zagęszczeniu do obszarów o niskiej zawartości.

Elektrony rozchodzą się również pod działaniem pola siłowego wokół cząstek z nierównomiernym włączeniem dodatków stopowych do masy podstawowej. Aby przyspieszyć działanie urządzenia, elektroda połączona z warstwą środkową jest cienka. Najbardziej zewnętrzne przewodniki nazywane są emiterem i kolektorem. Charakterystyka napięcia wstecznego przejścia nie ma znaczenia.

FET

Tranzystor polowy steruje rezystancją za pomocą elektrycznego pola poprzecznego powstającego z przyłożonego napięcia. Miejsce, z którego elektrony wnikają do kanału, nazywane jest źródłem, a dren wygląda jak punkt końcowy dopływu ładunków. Napięcie sterujące przechodzi przez przewodnik zwany bramką. Urządzenia dzielą się na 2 typy:

• ze sterowaniem p-n-złącze;
• Tranzystory MIS z izolowaną bramką.

Urządzenia pierwszego typu zawierają w konstrukcji płytkę półprzewodnikową, która jest połączona z kontrolowanym obwodem za pomocą elektrod po przeciwnych stronach (odpływ i źródło). Po połączeniu płyty z bramką pojawia się miejsce o innym rodzaju przewodności. Źródło stałego polaryzacji wprowadzone do obwodu wejściowego wytwarza napięcie blokujące na złączu.

Źródło wzmocnionego impulsu znajduje się również w obwodzie wejściowym. Po zmianie napięcia na wejściu odpowiedni wskaźnik na złączu p-n jest przekształcany. Zmienia się grubość warstwy i pole przekroju poprzecznego połączenia kanałów w krysztale, które przepuszcza przepływ naładowanych elektronów. Szerokość kanału zależy od przestrzeni między obszarem zubożenia (pod bramką) a podłożem. Prąd sterujący w punktach początkowych i końcowych jest kontrolowany przez zmianę szerokości obszaru zubożenia.

Tranzystor MIS charakteryzuje się tym, że jego bramka jest oddzielona izolacją od warstwy kanału. W krysztale półprzewodnikowym, zwanym podłożem, powstają domieszkowane miejsca o przeciwnym znaku. Zainstalowane są na nich przewodniki - dren i źródło, między którymi dielektryk znajduje się w odległości mniejszej niż mikron. Na izolatorze znajduje się metalowa elektroda - przesłona.Ze względu na powstałą strukturę zawierającą metal, warstwę dielektryczną i półprzewodnik, tranzystorom nadano skrót MIS.

Urządzenie i zasada działania dla początkujących

Technologie działają nie tylko z ładunkiem elektrycznym, ale także z polem magnetycznym, kwantami światła i fotonami. Zasada działania tranzystora tkwi w stanach, pomiędzy którymi przełącza się urządzenie. Naprzeciw małego i dużego sygnału, stan otwarty i zamknięty - to podwójna praca urządzeń.

Wraz z materiałem półprzewodnikowym w składzie, zastosowanym w postaci monokryształu, domieszkowanego w niektórych miejscach, tranzystor ma w swojej konstrukcji:

• wnioski z metalu;
• izolatory dielektryczne;
• obudowa tranzystorów wykonana ze szkła, metalu, plastiku, cermetu.

Przed wynalezieniem urządzeń bipolarnych lub polarnych jako elementy aktywne stosowano elektroniczne lampy próżniowe. Opracowane dla nich obwody, po modyfikacji, są wykorzystywane w produkcji urządzeń półprzewodnikowych. Mogłyby być połączone jako tranzystor i używane, ponieważ wiele cech funkcjonalnych lamp jest odpowiednich do opisu działania gatunków polowych.

Zalety i wady wymiany lamp na tranzystory

Wynalezienie tranzystorów jest czynnikiem stymulującym wprowadzanie innowacyjnych technologii w elektronice. Sieć wykorzystuje nowoczesne elementy półprzewodnikowe, w porównaniu ze starymi obwodami lamp, takie rozwiązania mają zalety:

• małe wymiary i niska waga, co jest ważne w przypadku miniaturowej elektroniki;
• możliwość zastosowania zautomatyzowanych procesów w produkcji urządzeń i grupowania etapów, co obniża koszty;
• stosowanie niewielkich źródeł prądu ze względu na zapotrzebowanie na niskie napięcie;
• natychmiastowe włączenie, ogrzewanie katody nie jest wymagane;
• zwiększona efektywność energetyczna dzięki zmniejszonemu rozpraszaniu mocy;
• siła i niezawodność;
• dobrze skoordynowana interakcja z dodatkowymi elementami w sieci;
• odporność na wibracje i wstrząsy.

Wady pojawiają się w następujących przepisach:

• tranzystory krzemowe nie działają przy napięciach większych niż 1 kW, lampy działają przy mocach powyżej 1-2 kW;
• przy stosowaniu tranzystorów w sieciach nadawczych dużej mocy lub nadajnikach mikrofalowych wymagane jest dopasowanie wzmacniaczy małej mocy połączonych równolegle;
• podatność elementów półprzewodnikowych na działanie sygnału elektromagnetycznego;
• wrażliwa reakcja na promienie kosmiczne i promieniowanie, wymagająca w tym zakresie opracowania odpornych mikroukładów radiacyjnych.

Schematy przełączania

Do pracy w jednym obwodzie tranzystor wymaga 2 wyjść na wejściu i wyjściu. Prawie wszystkie typy urządzeń półprzewodnikowych mają tylko 3 punkty połączenia. Aby wyjść z trudnej sytuacji, jeden z celów jest przypisany jako wspólny. Prowadzi to do 3 popularnych schematów połączeń:

• do tranzystora bipolarnego;
• urządzenie polarne;
• z otwartym odpływem (kolektorem).

Moduł bipolarny jest połączony ze wspólnym emiterem dla wzmocnienia napięcia i prądu (MA). W innych przypadkach pasuje do pinów układu cyfrowego, gdy między obwodem zewnętrznym a wewnętrznym układem okablowania występuje duże napięcie.Tak działa wspólne połączenie kolektora i obserwuje się tylko wzrost prądu (OK). Jeśli chcesz zwiększyć napięcie, element jest wprowadzany ze wspólną podstawą (OB). Ta opcja działa dobrze w złożonych obwodach kaskadowych, ale rzadko jest ustawiana w projektach z jednym tranzystorem.

W obwód zawarte są polowe przyrządy półprzewodnikowe odmian MIS i wykorzystujące złącze p-n:

• ze wspólnym emiterem (CI) - połączenie podobne do OE modułu typu bipolarnego
• z jednym wyjściem (OS) - plan typu OK;
• z żaluzją przegubową (OZ) - podobny opis OB.

W planach z otwartym drenem tranzystor jest włączany za pomocą wspólnego emitera jako części mikroukładu. Wyjście kolektora nie jest połączone z innymi częściami modułu, a obciążenie trafia do złącza zewnętrznego. Wybór natężenia napięcia i natężenia prądu kolektora następuje po instalacji projektu. Urządzenia z otwartym drenem pracują w obwodach z potężnymi stopniami wyjściowymi, sterownikami magistrali, obwodami logicznymi TTL.

Do czego służą tranzystory?

Zakres jest ograniczony w zależności od typu urządzenia - moduł bipolarny lub polowy. Dlaczego potrzebne są tranzystory? Jeśli potrzebny jest niski prąd, na przykład w planach cyfrowych, stosuje się widoki w terenie. Obwody analogowe osiągają wysoką liniowość wzmocnienia w całym zakresie napięć zasilania i wyjść.

Obszary instalacji tranzystorów bipolarnych to wzmacniacze, ich kombinacje, detektory, modulatory, układy logistyki tranzystorów i falowniki typu logicznego.

Miejsca zastosowania tranzystorów zależą od ich właściwości. Pracują w 2 trybach:

• w sposób wzmacniający, zmieniając impuls wyjściowy z małymi odchyleniami sygnału sterującego;
• w regulacji klucza, kontrolującej zasilanie odbiorników o słabym prądzie wejściowym, tranzystor jest całkowicie zamknięty lub otwarty.

Rodzaj modułu półprzewodnikowego nie zmienia warunków jego pracy. Źródło jest podłączone do obciążenia, na przykład przełącznika, wzmacniacza, urządzenia oświetleniowego, może to być czujnik elektroniczny lub potężny sąsiedni tranzystor. Za pomocą prądu rozpoczyna się działanie urządzenia ładującego, a tranzystor jest podłączony do obwodu między instalacją a źródłem. Moduł półprzewodnikowy ogranicza siłę dostarczanej do jednostki energii.

Rezystancja na wyjściu tranzystora jest przekształcana w zależności od napięcia na przewodzie sterującym. Natężenie prądu i napięcie w punkcie początkowym i końcowym obwodu zmieniają się i rosną lub maleją i zależą od rodzaju tranzystora i sposobu jego podłączenia. Sterowanie sterowanym zasilaczem prowadzi do wzrostu prądu, impulsu mocy lub wzrostu napięcia.

Tranzystory obu typów są używane w następujących przypadkach:

1. W regulacji cyfrowej. Opracowano eksperymentalne projekty cyfrowych układów wzmacniających opartych na przetwornikach cyfrowo-analogowych (DAC).
2. w generatorach impulsów. W zależności od rodzaju montażu, tranzystor działa w kolejności kluczowej lub liniowej, odtwarzając odpowiednio sygnały kwadratowe lub dowolne.
3. W sprzęcie elektronicznym. Aby chronić informacje i programy przed kradzieżą, nielegalnym włamaniem i użyciem. Operacja odbywa się w trybie klucza, natężenie prądu jest sterowane analogowo i regulowane szerokością impulsu.Tranzystory umieszczane są w napędach silników elektrycznych, przełączających stabilizatory napięcia.

Półprzewodniki monokrystaliczne oraz moduły otwierające i zamykające zwiększają moc, ale działają tylko jako przełączniki. W urządzeniach cyfrowych jako ekonomiczne moduły stosuje się tranzystory polowe. Technologie wytwarzania w koncepcji zintegrowanych eksperymentów przewidują wytwarzanie tranzystorów na jednym chipie krzemowym.

Miniaturyzacja kryształów prowadzi do szybszych komputerów, mniejszej energii i mniejszej ilości ciepła.

Podobne artykuły: