Zariadenie a činnosť bipolárneho tranzistora

Tranzistor je aktívne polovodičové zariadenie, pomocou ktorého sa vykonáva zosilňovanie, konverzia a generovanie elektrických kmitov. Takéto použitie tranzistora je možné pozorovať v analógovej technológii. Iné ako to tranzistory Používajú sa aj v digitálnej technológii, kde sa používajú v kľúčovom režime. V digitálnych zariadeniach sú však takmer všetky tranzistory „skryté“ vo vnútri integrovaných obvodov av obrovských množstvách a v mikroskopických veľkostiach.

Nebudeme sa príliš spoliehať na elektróny, diery a atómy, ktoré už boli opísané v predchádzajúcich častiach článku, ale na niektoré z nich, ak je to potrebné, sa stále bude musieť pamätať.

Polovodičová dióda pozostáva z jedného spojenia p-n, ktorého vlastnosti boli opísané v predchádzajúcej časti článku, Ako viete, tranzistor pozostáva z dvoch prechodov polovodičová dióda možno považovať za predchodcu tranzistora alebo za jeho polovicu.

Ak je spojenie p-n v pokoji, potom sú otvory a elektróny distribuované, ako je znázornené na obrázku 1, tvoriacu potenciálnu bariéru. Pokúsime sa nezabudnúť na konvencie elektrónov, dier a iónov znázornené na tomto obrázku.

Obrázok 1

Ako je bipolárny tranzistor

zariadenie bipolárny tranzistor jednoduché na prvý pohľad. Stačí na to vytvoriť dve pn križovatky na jednej polovodičovej platni, ktorá sa nazýva základňa. Boli opísané niektoré metódy na vytvorenie spojenia pn. v predchádzajúcich častiach článkupreto sa tu nebudeme opakovať.

Ak je vodivosť bázy typu p, potom bude mať výsledný tranzistor štruktúru n-p-n (vyslovuje sa ako „en-pe-en“). A keď sa ako základňa použije doska typu n, získame tranzistor štruktúry p-n-p (pe-en-pe).

Hneď ako sa dostane na základňu, mali by ste venovať pozornosť tejto veci: polovodičová doštička použitá ako základňa je veľmi tenká, oveľa tenšia ako emitor a kolektor. Toto tvrdenie by sa malo pamätať, pretože bude potrebné pri vysvetľovaní činnosti tranzistora.

Prirodzene, na pripojenie k „vonkajšiemu svetu“ z každej oblasti p a n prichádza káblový výstup. Každý z nich má názov oblasti, ku ktorej je pripojený: emitor, základňa, kolektor. Takýto tranzistor sa nazýva bipolárny tranzistor, pretože používa dva typy nosičov náboja - diery a elektróny. Schematická štruktúra tranzistorov oboch typov je znázornená na obr.

Obrázok 2

V súčasnosti sa vo väčšej miere používajú kremíkové tranzistory. Germaniové tranzistory sú takmer úplne zastarané, nahradené kremíkom, takže ďalší príbeh bude o nich, aj keď germánium bude niekedy spomenuté. Väčšina kremíkových tranzistorov má n-p-n štruktúru, pretože táto štruktúra je technologicky vyspelejšia vo výrobe.

Doplnkové páry tranzistorov

Pokiaľ ide o germániové tranzistory, štruktúra p-n-p bola zjavne technologickejšia, preto germániové tranzistory mali z väčšej časti presne túto štruktúru. Aj keď, ako súčasť komplementárnych párov (tranzistory blízke parametrami, ktoré sa líšili iba v type vodivosti), boli vyrobené germániové tranzistory s rôznou vodivosťou, napríklad GT402 (p-n-p) a GT404 (n-p-n).

Takýto pár sa použil ako výstupné tranzistory v ULF rôznych rádiových zariadení. A ak v histórii upadli nemoderné nemecké tranzistory, potom sa stále vyrábajú komplementárne páry kremíkových tranzistorov, od tranzistorov v baleniach SMD až po výkonné tranzistory pre výstupné stupne ULF.

Mimochodom, zvukové zosilňovače na germánskych tranzistoroch boli milovníkmi hudby vnímané takmer ako rúrkové. Možno trochu horšie, ale oveľa lepšie ako kremíkové tranzistorové zosilňovače. Toto je iba informatívne.

Ako funguje tranzistor

Aby sme pochopili, ako tranzistor funguje, musíme sa znova vrátiť do sveta elektrónov, dier, darcov a akceptorov. Je pravda, že teraz to bude o niečo jednoduchšie a ešte zaujímavejšie ako v predchádzajúcich častiach článku. Takáto poznámka sa musela urobiť, aby čitateľa nevystrašila, aby to všetko bolo možné prečítať až do konca.

Obrázok 3 vyššie zobrazuje podmienené grafické označenie tranzistorov na elektrických obvodoch a pod p-n sú prechody tranzistorov prezentované vo forme polovodičových diód, ktoré sú tiež zahrnuté v opačnom smere. Toto znázornenie je veľmi výhodné pri kontrole tranzistora multimetrom.

Obrázok 3

A obrázok 4 ukazuje vnútornú štruktúru tranzistora.

Na tomto obrázku musíte trochu trvať, aby ste sa podrobnejšie zaoberali.

Obrázok 4

Takže prejde súčasný alebo nie?

Tu je ukázané, ako je zdroj energie pripojený k tranzistoru štruktúry n-p-n, a je v takej polarite, že je pripojený k skutočným tranzistorom v reálnych zariadeniach. Ale ak sa pozriete pozorne, ukázalo sa, že cez dva p-n križovatky, cez dve potenciálne bariéry, prúd neprejde: bez ohľadu na to, ako zmeníte polaritu napätia, jedno z križovatiek bude nevyhnutne v uzamknutom nevodivom stave. Takže teraz nechajte všetko, ako je znázornené na obrázku, a uvidíme, čo sa tam stane.

Nekontrolovaný prúd

Keď zapnete aktuálny zdroj, ako je to znázornené na obrázku, prechod medzi žiaričom a základňou (n-p) je v otvorenom stave a elektróny bude ľahko prechádzať v smere zľava doprava. Potom sa elektróny zrazia s uzavretým žiaričom bázy spoja (p-n), ktorý zastaví tento pohyb, dráha elektrónov sa uzavrie.

Ale ako vždy a všade, existujú výnimky zo všetkých pravidiel: niektorí veľmi svižní elektróny dokážu prekonať túto bariéru pod vplyvom teploty. Z tohto dôvodu bude aj napriek tomu zanedbateľný súčasný stav. Tento vedľajší prúd sa nazýva počiatočný prúd alebo saturačný prúd. Posledné meno je spôsobené skutočnosťou, že na tvorbe tohto prúdu sa podieľajú všetky voľné elektróny, ktoré sú schopné prekonať potenciálnu bariéru pri danej teplote.

Počiatočný prúd je nekontrolovateľný, je k dispozícii pre akýkoľvek tranzistor, ale zároveň je málo závislý na externom napätí. Ak dôjde k značnému zvýšeniu napätia (v rámci primeraného rozsahu uvedeného v adresároch), počiatočný prúd sa príliš nezmení. Ale tepelný účinok na tento prúd je veľmi viditeľný.

Ďalšie zvýšenie teploty spôsobuje zvýšenie počiatočného prúdu, čo zase môže viesť k dodatočnému zahriatiu pn križovatky. Takáto tepelná nestabilita môže viesť k tepelnému rozkladu, zničeniu tranzistora. Preto by sa mali prijať opatrenia na ochladzovanie tranzistorov a pri zvýšených teplotách sa nevystavovať extrémnemu namáhaniu.

Teraz si pamätajte základňu

Zahrnutie tranzistora s visiacou bázou opísaného vyššie sa nikde v praktických schémach neuplatňuje. Obrázok 5 preto ukazuje správne začlenenie tranzistora. Aby sa to dosiahlo, bolo potrebné na základňu priviesť nejaké malé napätie vzhľadom na žiarič av smere dopredu (vyvolať diódu a znova sa pozrieť na obrázok 3).

Obrázok 5

Ak sa v prípade diódy zdá byť všetko jasné, - prúd sa otvoril a prešiel cez neho, v tranzistore sa vyskytnú ďalšie udalosti. Pri pôsobení emitorového prúdu elektróny ponáhľajú na základňu s vodivosťou p z emitora s vodivosťou n. V tomto prípade bude časť elektrónov vyplnená otvormi umiestnenými v oblasti bázy a cez terminál bázy tečie nevýznamný prúd - základný prúd Ib. Tu by sa malo pamätať na to, že základňa je tenká a je v nej málo otvorov.

Zostávajúce elektróny, ktoré v tenkej základni nemali dostatok otvorov, sa ponáhľajú do kolektora a odtiaľ budú extrahované vyšším potenciálom kolektorovej batérie Ek-e. Pod týmto vplyvom elektróny prekonajú druhú potenciálnu bariéru a vrátia sa do žiariča prostredníctvom batérie.

Teda malé napätie privádzané na spojenie medzi základňou a emitorom prispieva k otváraniu spojenia medzi základňou a kolektorom v opačnom smere. Toto je vlastne tranzistorový efekt.

Zostáva len zvážiť, ako toto „malé napätie“ privedené na základňu ovplyvňuje prúd kolektora, aké sú ich hodnoty a pomery. Ale o tomto príbehu v ďalšej časti článku o tranzistoroch.

Pokračovanie článku: Charakteristika bipolárnych tranzistorov

Boris Aladyshkin

Comments

[#1]

Konkrétne niečo na obrázkoch 1 a 2 (iné zatiaľ nevyzerali) zjavne nie je to, čo sa má zobraziť (súdiac podľa odkazov z textu)

[#2 Nadia]

Ďakujem vám veľmi pekne. Nakoniec objasnené.

[#3]

Áno, a so zmätkom súčasného a saturačného prúdu.