Erilaiset transistorit ja niiden toiminta

Koska aivomme koostuu 100 miljardista solusta, joita kutsutaan neuroneiksi, joita käytetään ajatella ja muistaa asioita. Kuten tietokoneessa, on myös miljardeja pieniä aivosoluja nimeltä Transistorit. Se koostuu piistä kutsutun hiekan kemiallisista uutteista. Transistorit muuttavat elektroniikan teoriaa radikaalisti, koska John Bardeen, Walter Brattain ja William Shockley ovat suunnitelleet sen yli puoli vuosisataa aiemmin.

Joten kerromme sinulle, miten he työskentelevät tai mitä he todella ovat?

Mitä transistorit ovat?

Nämä laitteet koostuvat puolijohdemateriaalista, jota käytetään yleisesti vahvistamiseen tai kytkemiseen, ja sitä voidaan käyttää myös jännitteen ja virran säätämiseen. Sitä käytetään myös vahvistamaan tulosignaalit ulostulosignaaliksi. Transistori on yleensä kiinteän tilan elektroninen laite, joka koostuu puolijohtavista materiaaleista. Elektronista virtakiertoa voidaan muuttaa lisäämällä elektroneja. Tämä prosessi tuo jännitteen vaihtelut vaikuttamaan suhteellisesti moniin lähtövirran vaihteluihin, mikä tuo vahvistuksen olemassaoloon. Kaikki, mutta suurin osa elektronisista laitteista sisältää yhden tai useamman tyyppisen transistorin. Jotkut transistoreista sijoitetaan yksittäin tai yleensä integroituihin piireihin, jotka vaihtelevat tilasovellustensa mukaan.

"Transistori on kolmijalkainen hyönteistyyppinen komponentti, joka sijoitetaan yksittäin joihinkin laitteisiin, mutta tietokoneisiin se on pakattu miljooniin numeroihin pieninä mikrosiruina"

Mistä transistori koostuu?

Transistori koostuu kolmesta puolijohdekerroksesta, joilla on kyky pitää virtaa. Sähköä johtavalla materiaalilla, kuten piillä ja germaniumilla, on kyky kuljettaa sähköä johtimien ja eristimen välillä, joka oli suljettu muovilangoilla. Puolijohtavia materiaaleja käsitellään jollakin kemiallisella menettelyllä, jota kutsutaan puolijohteen dopingiksi. Jos piin seostetaan arseenia, fosforia ja antimonia, se saa ylimääräisiä varauksen kantajia, ts. Elektroneja, kutsutaan N-tyyppisiksi tai negatiivisiksi puolijohteiksi, kun taas jos piin seostetaan muita epäpuhtauksia, kuten booria, galliumia, alumiinia, se saa vähemmän varauksen kantajia eli reikiä tunnetaan P-tyypin tai positiivisina puolijohteina.

Kuinka transistori toimii?

Toimintakonsepti on pääosa ymmärtämään, miten transistoria käytetään tai miten se toimii?, Transistorissa on kolme liitintä:

• Pohja: Se antaa perustan transistorielektrodeille.

• Lähetin: Tämän lähettämät latauslaitteet.

• Kerääjä: Tällä kerätyt latauslaitteet.

Jos transistori on NPN-tyyppinen, meidän on käytettävä 0,7 V: n jännitettä sen käynnistämiseksi ja kun tukitappiin kohdistettu jännite transistori kytkeytyy PÄÄLLE, mikä on eteenpäin suuntautunut tila ja virta alkaa virrata kollektorin läpi emitteriin (kutsutaan myös kylläisyydeksi) alue). Kun transistori on käänteisessä esijännitetilassa tai alustanasta on maadoitettu tai siinä ei ole jännitettä, transistori pysyy OFF-tilassa eikä salli virran kerääjältä emitterille (kutsutaan myös raja-alueeksi).

Jos transistori on PNP-tyyppinen, se on normaalisti ON-tilassa, mutta sitä ei voida sanoa täydellisesti, kunnes pohjatappi on täysin maadoitettu. Maadoitettuaan nastatapin transistori on käänteisessä esijännitetilassa tai sanotaan olevan päällä. Syöttönauhaan perustapille se lakkaa johtamasta virtaa kerääjältä emitteriin ja transistorin sanotaan olevan OFF-tilassa tai eteenpäin esijännitetyssä tilassa.

Transistorin suojaamiseksi yhdistämme vastuksen sarjaan sen kanssa, vastuksen arvon löytämiseksi käytämme seuraavaa kaavaa:

R _B = V _BE / I _B

Erilaiset transistorit:

Pääasiassa voimme jakaa transistorin kahteen luokkaan Bipolar Junction Transistor (BJT) ja Field Effect Transistor (FET). Lisäksi voimme jakaa sen seuraavasti:

Bipolaarinen liitostransistori (BJT)

Bipolaarinen liitostransistori koostuu seostetusta puolijohteesta, jossa on kolme päätelaitetta, eli kanta, emitteri ja kollektori. Tässä menettelyssä molemmat reiät ja elektronit ovat mukana. Suuri määrä virtaa, joka kulkee kollektorille emitterille, kytkeytyy ylöspäin muuttamalla pientä virtaa tukiasemasta emitteriliittimiin. Näitä kutsutaan myös nykyisin ohjattuiksi laitteiksi. NPN ja PNP ovat kaksi pääosaa BJT: stä, kuten aiemmin keskustelimme. BJT käynnistettiin antamalla tulo tukiasemalle, koska sillä on pienin impedanssi kaikille transistoreille. Vahvistus on myös suurin kaikilla transistoreilla.

Tyypit BJT ovat seuraavat:

1. NPN-transistori:

NPN-transistorin keskialueella eli emäs on p-tyyppistä ja kaksi ulompaa aluetta eli emitteri ja kollektori ovat n-tyyppisiä.

Aktiivisessa eteenpäin-tilassa NPN-transistori on esijännitetty. DC-lähteellä Vbb emäksen ja emitterin välinen risteys on eteenpäin esijännitetty. Siksi tässä risteyksessä ehtymisalue vähenee. Keräimen ja rungon välinen risteys on käänteinen esijännitetty, kollektorin ja rungon välisen risteyksen ehtymisaluetta lisätään. Suurin osa varauksen kantajista on n-tyyppisen lähettimen elektroneja. Pohjan emitteriliitäntä on eteenpäin esijännitetty, joten elektronit liikkuvat kohti pohjan aluetta. Siksi tämä aiheuttaa emitterivirran eli. Pohja-alue on ohut ja rei'itetty kevyesti seostettu, muodostuu elektroni-reikäyhdistelmä ja osa elektroneista jää pohjan alueelle. Tämä aiheuttaa hyvin pienen perusvirran Ib. Pohjakollektoriliitäntä on käännetty esijännitettynä pohja-alueen reikiin ja elektroneihin kollektorialueella, mutta se on esijännitetty pohja-alueen elektroneihin. Kollektorin terminaalin houkuttamat perusalueen jäljellä olevat elektronit aiheuttavat kollektorivirran Ic. Tarkista lisää NPN-transistorista täältä.

2. PNP-transistori:

PNP-transistorin keskialueella eli emäs on n-tyyppistä ja kaksi ulompaa aluetta eli kollektori ja emitteri ovat p-tyyppisiä.

Kuten edellä NPN-transistorissa keskusteltiin, se toimii myös aktiivisessa tilassa. Suurin osa latauskantajista on reikiä p-tyyppiselle emitterille. Näitä reikiä varten emitterin risteys on eteenpäin esijännitetty ja liikkuu kohti pohjan aluetta. Tämä aiheuttaa emitterivirran eli. Pohja-alue on ohut ja elektroneilla seostettu kevyesti, muodostuu elektroni-reikäyhdistelmä ja jotkut reiät jäävät pohja-alueelle. Tämä aiheuttaa hyvin pienen perusvirran Ib. Pohjakerääjän liitos on käännetty esijännitettynä reikiin pohjaalueella ja reikiin kollektorialueella, mutta se on esijännitetty reikiin pohjaalueella. Pohja-alueen jäljellä olevat reiät, joita kollektoriliitin houkuttelee, aiheuttavat kollektorivirran Ic. Tarkista lisää PNP-transistorista täältä.

Mitä ovat transistorin kokoonpanot?

Yleensä kokoonpanoja on kolme tyyppiä, ja niiden kuvaukset vahvistuksen suhteen ovat seuraavat:

Yhteisen kannan (CB) kokoonpano: Sillä ei ole virranvahvistusta, mutta sillä on jännitevahvistus.

Yhteinen keräilijän (CC) kokoonpano: Siinä on virran vahvistus, mutta ei jännitevahvistusta.

Yhteisen lähettimen (CE) kokoonpano: Siinä on sekä virran vahvistus että jännitteen voitto.

Transistorin yhteisen kannan (CB) kokoonpano:

Tässä piirissä tukiasema asetetaan yhteiseksi sekä tulolle että ulostulolle. Sillä on pieni tuloimpedanssi (50-500 ohmia). Sen lähtöimpedanssi on korkea (1-10 mega ohmia). Joten tulojännite ja virta ovat Vbe & Ie ja lähtöjännite ja virta ovat Vcb & Ic.

Nykyinen voitto on pienempi kuin yhtenäisyys eli alfa (dc) = Ic / Ie
Jännitevahvistus on suuri.
Tehonlisäys on keskimääräinen.

Transistorin yleislähettimen (CE) kokoonpano:

Tässä piirissä emitteri asetetaan yhteiseksi sekä tulolle että ulostulolle. Tulosignaali syötetään tukiaseman ja lähettimen väliin ja lähtösignaali keräimen ja lähettimen väliin. Vbb ja Vcc ovat jännitteitä. Sillä on suuri tuloimpedanssi eli (500-5000 ohmia). Sen lähtöimpedanssi on pieni (50-500 kiloohmia).

Nykyinen vahvistus on korkea (98), eli beeta (dc) = Ic / Ie
Tehon vahvistus on jopa 37db.
Lähtö on 180 astetta vaiheen ulkopuolella.

Transistorin yhteisen keräilijän kokoonpano:

Tässä piirissä kerääjä asetetaan yhteiseksi sekä tulolle että ulostulolle. Tätä kutsutaan myös lähettäjän seuraajaksi. Sen impedanssi on korkea (150-600 kiloohmia) ja alhainen lähtöimpedanssi (100-1000 ohmia).

Nykyinen voitto on suuri (99).
Jännitevahvistus on pienempi kuin yhtenäisyys.
Tehonlisäys on keskimääräinen.

Kenttätransistori (FET):

Kenttätransistori sisältää kolme aluetta, kuten lähteen, portin, viemärin. Niitä kutsutaan jänniteohjattuiksi laitteiksi, koska ne ohjaavat jännitetasoa. Sähkökäyttäytymisen hallitsemiseksi voidaan valita ulkoisesti käytetty sähkökenttä, jota kutsutaan kenttätransistoreiksi. Tässä virta kulkee enemmistön varauksen kantajien eli elektronien vuoksi, joten se tunnetaan myös nimellä yksipolaarinen transistori. Sillä on pääosin suuri impedanssi megaohmoina, matalataajuinen johtavuus tyhjennyksen ja sähkökentän ohjaaman lähteen välillä. FET: t ovat erittäin tehokkaita, voimakkaita ja edullisempia.

Kenttätransistorit ovat kahden tyyppisiä, toisin sanoen liitäntäkenttitransistorit (JFET) ja metallioksidikenttitransistorit (MOSFET). Virta kulkee kahden kanavan välillä, jotka on nimetty n-kanavaksi ja p-kanavaksi.

Junction Field Effect -transistori (JFET)

Liitoskenttätransistorilla ei ole PN-liitäntää, mutta suuren resistiivisyyden omaavien puolijohdemateriaalien sijasta ne muodostavat n & p-tyyppisiä piikanavia useimpien latauskantajien virtaukselle, jossa on kaksi päätelaitetta joko tyhjennysputki tai lähdeliitin. N-kanavassa virran virtaus on negatiivinen, kun taas p-kanavassa virran virtaus on positiivinen.

JFET: n toiminta:

JFET: ssä on kahden tyyppisiä kanavia: n-kanava JFET ja p-kanava JFET

N-kanavainen JFET:

Tässä on keskusteltava n-kanavan JFET: n päätoiminnasta kahdella ehdolla seuraavasti:

Ensinnäkin, kun Vgs = 0, Aseta pieni positiivinen jännite tyhjennysliittimeen, jossa Vds on positiivinen. Tämän käytetyn jännitteen Vds ansiosta elektronit virtaavat lähteestä tyhjenemiseen aiheuttavat tyhjennysvirran Id. Kanava tyhjennyksen ja lähteen välillä toimii vastuksena. Olkoon n-kanava yhtenäinen. Eri jännitetasot asettavat tyhjennysvirran Id ja siirtyvät lähteestä viemäriin. Jännitteet ovat suurimmat tyhjennysliittimessä ja pienimmät lähdeliittimessä. Tyhjennys on käänteinen, joten tyhjennyskerros on täällä laajempi.

Vds kasvaa, Vgs = 0 V

Tyhjennyskerros kasvaa, kanavan leveys pienenee. Vds kasvaa tasolla, jossa kaksi tyhjennysaluetta koskettaa, tämä tila, joka tunnetaan puristumisprosessina ja aiheuttaa puristusjännitteen Vp.

Täällä Id puristettu-off putoaa arvoon 0 MA ja Id saavuttaa kyllästystason. Tunnus, jonka Vgs = 0 tunnetaan tyhjennyslähteen kyllästysvirrana (Idss). Vds kasvoi Vp: ssä, missä nykyinen Id pysyy samana ja JFET toimii vakiovirtalähteenä.

Toiseksi, kun Vgs ei ole yhtä suuri kuin 0, Käytä negatiivisia Vgs ja Vds vaihtelee. Puuttumisalueen leveys kasvaa, kanava kapenee ja vastus kasvaa. Pienempi tyhjennysvirta virtaa ja saavuttaa kyllästystason. Negatiivisen Vgs: n vuoksi saturaatiotaso laskee, Id laskee. Puristusjännite laskee jatkuvasti. Siksi sitä kutsutaan jänniteohjatuksi laitteeksi.

JFET: n ominaisuudet:

Ominaisuudet osoittavat eri alueet, jotka ovat seuraavat:

Ohminen alue: Vgs = 0, tyhjennyskerros pieni.

Katkaisualue: Tunnetaan myös nimellä puristusalue, koska kanavan vastus on suurin.

Kylläisyys tai aktiivinen alue: Ohjaa porttilähteen jännite, jossa tyhjennyslähteen jännite on pienempi.

Hajoamisalue: Jännite viemärin ja lähteen välillä on korkea, mikä aiheuttaa resistiivisen kanavan hajoamisen.

P-kanava JFET:

p-kanava JFET toimii samalla tavalla kuin n-kanavainen JFET, mutta joitain poikkeuksia on tapahtunut, esim. reikien takia kanavan virta on positiivinen ja esijännitepolariteetti on muutettava.

Tyhjennysvirta aktiivisella alueella:

Id = Idss

Poistolähdekanavan vastus: Rds = delta Vds / delta Id

Metallioksidikenttätransistori (MOSFET):

Metallioksidikenttätransistori tunnetaan myös nimellä jänniteohjattu kenttätransistori. Tällöin metallioksidi-porttielektronit eristettiin sähköisesti n-kanavasta ja p-kanavasta ohuella piidioksidikerroksella, jota kutsutaan lasiksi.

Viemärin ja lähteen välinen virta on suoraan verrannollinen tulojännitteeseen.

Se on kolmen päätelaitteen laite, portti, tyhjennys ja lähde. On olemassa kahden tyyppisiä MOSFET-toimintoja kanavien avulla, ts. P-kanava MOSFET ja n-kanava MOSFET.

Metallioksidikenttävaikutteisia transistoreita on kahta muotoa, eli tyhjennystyyppi ja parannustyyppi.

Tyhjennystyyppi: Se vaatii Vgs: n, ts. Porttilähdejännitteen kytkeminen pois päältä ja tyhjennystila on yhtä suuri kuin normaalisti suljettu kytkin.

Vgs = 0, Jos Vgs on positiivinen, elektroneja on enemmän ja jos Vgs on negatiivisia, elektroneja on vähemmän.

Lisälaitetyyppi: Se vaatii Vgs: n, ts. Porttilähteen jännite kytkeytyy päälle ja parannustila on yhtä suuri kuin normaalisti avoin kytkin.

Tässä lisäpääte on maadoituksessa käytetty substraatti.

Porttilähteen jännite (Vgs) on suurempi kuin kynnysjännite (Vth)

Transistoreiden esijännityksen tilat:

Esijännitys voidaan tehdä kahdella menetelmällä, eli eteenpäin suuntautuvalla ja käänteisellä esijännityksellä, kun taas esijännityksestä riippuen on neljä erilaista esijännityspiiriä seuraavasti:

Kiinteä pohja-esijännitys ja kiinteä vastus-esijännitys:

Kuvassa kantavastus Rb kytketty alustan ja Vcc: n välille. Pohjaemitteriliitäntä on esijännitetty johtuen jännitehäviöstä Rb, joka johtaa virtaukseen Ib sen läpi. Tässä Ib saadaan:

Ib = (Vcc-Vbe) / Rb

Tämä johtaa stabiilisuuskertoimeen (beeta +1), joka johtaa alhaiseen lämpöstabiilisuuteen. Tässä jännitteiden ja virtojen ilmaisut eli

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

Keräilijän palautteen puolueellisuus:

Tässä kuvassa kantavastus Rb kytketty kollektorin ja transistorin kantaliittimen poikki. Siksi perusjännite Vb ja kollektorijännite Vc ovat samanlaisia toistensa kanssa tällä tavalla

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

Näillä yhtälöillä Ic pienentää Vc: tä, mikä pienentää Ib: tä, automaattisesti Ic: n vähentämistä.

Tässä (beeta +1) -kerroin on pienempi kuin yksi ja Ib johtaa vähentämään vahvistimen vahvistusta.

Joten jännitteet ja virrat voidaan antaa

Vb = Vbe Ic = beeta Ib Ie on melkein yhtä suuri kuin Ib

Dual Feedback Bias:

Tässä kuvassa se on modifioitu muoto kollektorin takaisinkytkentäpiirin yli. Koska sillä on lisäpiiri R1, joka lisää vakautta. Siksi emäsvastuksen kasvu johtaa beetan vaihteluihin eli vahvistukseen.

Nyt, I1 = 0,1 Ic Vc = Vcc- (Ic + I (Rb) Rc Vb = Vbe = I1R1 = Vc- (I1 + Ib) Rb Ic = beeta Ib Ie on melkein yhtä suuri kuin Ic

Kiinteä ennakko emitterivastuksella:

Tässä kuvassa se on sama kuin kiinteä esijännitepiiri, mutta siihen on kytketty ylimääräinen emitterivastus Re. Ic kasvaa lämpötilan vuoksi, eli myös kasvaa, mikä taas lisää jännitteen pudotusta Re: n yli. Tämä johtaa Vc: n vähenemiseen, vähentää Ib: tä, mikä palauttaa iC: n normaaliarvoonsa. Jännitevahvistus pienenee Re: n läsnä ollessa.

Nyt, Ve = Ie Re Vc = Vcc - Ic Rc Vb = Vbe + Ve Ic = beeta Ib Ie on melkein yhtä suuri kuin Ic

Emitter Bias:

Tässä kuvassa on kaksi syöttöjännitettä, Vcc & Vee ovat samanarvoisia, mutta napaisina päinvastaisia. Tässä Vee on eteenpäin esijännitetty emitterin liitoskohtaan Re & Vcc: n ollessa käänteinen esijännitettynä keräimen pohjaliitokseen.

Nyt, Ve = -Vee + Ie Re Vc = Vcc- Ic Rc Vb = Vbe + Ve Ic = beeta Ib Ie on melkein yhtä suuri kuin Ib Where, Re >> Rb / beta Vee >> Vbe

Mikä antaa vakaan toimintapisteen.

Lähettimen palautteen puolueellisuus:

Tässä kuvassa se käyttää sekä keräilijää palautteena että lähettäjän palautteena vakauden parantamiseksi. Emitterivirran Ie virtauksen vuoksi jännitehäviö tapahtuu emitterivastuksen Re yli, joten emitteripohjan liitos on eteenpäin suuntautunut. Täällä lämpötila nousee, Ic kasvaa, eli myös nousee. Tämä johtaa jännitehäviöön Re: ssä, kollektorijännite Vc pienenee ja Ib myös pienenee. Tämä johtaa siihen, että tuoton vahvistus pienenee. Lausekkeet voidaan antaa seuraavasti:

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 = beeta Ib Ie on lähes sama minuun c

Jännitteenjakajan esijännitys:

Tässä kuvassa se käyttää vastuksen R1 ja R2 jännitteenjakajamuotoa transistorin esijännittämiseen. Jännitteen muodot R2: ssa ovat perusjännitettä, kun se eteenpäin esijännittää emäksen ja emitterin välistä liitosta. Tässä I2 = 10Ib.

Tämä tehdään jännitteenjakajan virran laiminlyönnistä ja beetan arvossa tapahtuu muutoksia.

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

Ic vastustaa muutoksia sekä beetassa että Vbe: ssä, mikä johtaa vakavuuskertoimeksi 1. Tässä Ic kasvaa lämpötilan nousulla, eli kasvaa emitterijännitteen Ve kasvulla, mikä vähentää perusjännitettä Vbe. Tämä johtaa perusvirran ib ja ic pienenemiseen sen todellisiin arvoihin.

Transistoreiden sovellukset

Transistoreita suurimmalle osalle käytetään elektronisessa sovelluksessa, kuten jännite- ja tehovahvistimissa.
Käytetään kytkiminä monissa piireissä.
Käytetään digitaalisten logiikkapiirien eli AND, EI jne. Tekemiseen
Transistorit asetetaan kaikkeen, eli tietokoneiden liesi.
Käytetään mikroprosessorissa siruina, joihin miljardit transistorit on integroitu sen sisään.
Aikaisempina päivinä niitä käytetään radioissa, puhelinlaitteissa, kuulopäässä jne.
Lisäksi niitä käytetään aiemmin suurikokoisissa tyhjiöputkissa.
Niitä käytetään mikrofoneissa muuttamaan äänisignaalit myös sähköisiksi signaaleiksi.