11.2 Интегральный n-p-n-транзистор
Особенность интегрального транзистора состоит в том, что его
структура (с учетом подложки) –
четырехслойная: наряду с рабочими
эмиттерным и коллекторным перехо-
дами имеется третий (паразитный
переход между коллекторным n-слоем и подложкой p-типа (рис. 11.1).
П одложку ИС (если она имеет проводимость p-типа) присоединяют к самому отрицательному потенциалу. Поэтому напряжение на переходе»коллектор-подложка» всегда обратное или близко к нулю. Следовательно, этот переход можно заменить барьерной емкостью Скn.
Тогда эквивалентная схема интегрального n-p-n транзистора имеет вид, показанный на рис. 11.2.
Ц
n
епочка rкк – скn,
шунтирующая коллектор — главная
особенность интегрального n-p-n-транзистора.
Эквивалентная постоянная времени равна постоянной времени подложки:
.
11.3 Интегральные многоэмиттерные транзисторы
Являются разновидностью n-p-n-транзистора (рис.11.3).
Представляют совокупность отдельных транзисторов с соединенными базами и коллекторами. На рис. 11.4 показаны схемные модели многоэмиттерного транзистора.
Особенности МЭТ:
1
К
) Каждая пара смежных эмиттеров
вместе с разделяющим их p-слоем
базы образует горизонтальный транзистор
типа n
Такой
транзисторный эффект является для МЭТ
паразитным: в обратносмещенном переходе,
который должен быть запертым, будет
протекать ток. Чтобы избежать
горизонтального транзисторного эффекта,
расстояние между эмиттерами должно
превышать диффузионную длину носителей
в базовом слое.
Важно, чтобы МЭТ имел как можно меньший инверсный коэффициент передачи тока. В противном случае в инверсном режиме, когда эмиттеры находятся под обратным напряжением, а коллектор под прямым, носители, инжектируемые коллектором, будут в значительной мере достигать эмиттеров, и в цепи последних будет протекать ток – паразитный эффект, аналогичный отмеченному выше.
11.4 Комплектарные интегральные пары транзисторов
Представляют
собой взаимодополняющие пары p-n-p
и n-p-n-транзисторов
или МДП-транзисторов с n-
и p-каналами,
позволяют значительно улучшить
характеристики ИМС, способствуя повышению
плотности размещения элементов,
уменьшению токов утечки и рассеиваемой
мощности.
Комплектарные структуры изготавливают на одной подложке в карманах, изолированных от подложки либо p-n-переходом, либо диэлектрической пленкой. Комплектарные биполярные транзисторы изготавливают в виде горизонтальной и вертикальной структур.
Горизонтальная структура транзистора предоставлена на рис.11.5.
В транзисторах горизонтальной структуры эмиттер, база и коллектор расположены на одной горизонтальной плоскости, поэтому инжектированные в базу неосновные носители перемещаются не перпендикулярно поверхности кристалла, а параллельно ей.
Такие транзисторы называются торцевыми.
При изготовлении торцевых транзисторов
p-n-p-типа
формирование эмиттеров осуществляется
во время базовой диффузии n-p-n-транзисторов.
Затем путем второй базовой диффузии
эмиттер p-n-p-транзистора
окружается коллектором. Базой транзистора
служит исходный слой полупроводника
n-типа между указанными
областями.
В горизонтальной структуре ширина базы, а следовательно, значение коэффициента передачи тока базы определяются расстоянием между окнами, протравливаемыми в фоторезисторе для эмиттера и коллектора.
В
вертикальных структурах (рис. 11.6) база
располагается под эмиттером. Для
изготовления комплектарных биполярных
транзисторов наиболее часто применяется
эпитаксиально – диффузионная технология.
При этом n-p-n-транзисторы
формируются обычными методами. Для
изготовления p-n-p-транзисторов
на общей подложке p-типа
путем селективной диффузии формируют
карманы с проводимостью n-типа.
В этих карманах формируют диффузионный
слой p-типа,
на который с помощью эпитаксии осаждается
n-слой.
Затем путем диффузии в эпитаксальном
слое создают эмиттеры p-типа.
Нижний слой p-типа
служит коллектором, а эпитаксальный
n-слой
между коллектором и эмиттером – базой.
Основным недостатком таких транзисторов
также является разброс значений
коэффициента
,
определяемый допусками на ширину базы.
Транзистор npn типа. Мгту «мами» — кафедра «автоматика и процессы управления
Усилитель представляет собой четырехполюсник, у которого два вывода являются входом и два вывода являются выходом. Структурная схема включения усилителя приведена на рисунке 1.
Рисунок 1 Структурная схема включения усилителя
Основной усилительный элемент — транзистор имеет всего три вывода, поэтому один из выводов транзистора приходится
использовать одновременно для подключения источника сигнала (как входной вывод) и подключения нагрузки (как выходной вывод).
Схема
с общим коллектором — это усилитель, где коллектор транзистора используется как для подключения входного сигнала, так
и для подключения нагрузки. Функциональная схема усилителя с транзистором, включенным по схеме с общим коллектором приведена на
рисунке 2.
Рисунок 2 Функциональная схема включения транзистора с общим коллектором
На данной схеме пунктиром показаны границы усилителя, изображенного на рисунке 1. На ней не показаны цепи питания
транзистора. Учитывая, что источник питания обладает нулевым сопротивлением для переменного тока, подключение вывода транзистора
к источнику питания (стабилизатору напряжения) эквивалентно подключению к общему проводу. Основным преимуществом усилителя с
общим коллектором является его большое входное сопротивление, поэтому схема с общим коллектором обычно применяется на низких
частотах. С этим связан выбор схемы питания транзистора. Для питания транзистора в схеме с общим коллектором обычно используются
стабилизированные по току схемы:
и .
В данной схеме R2 одновременно является резистором нагрузки и элементом коллекторной стабилизации. То, что резистор подключен к эмиттеру транзистора, ситуации не меняет. Ток коллектора все равно протекает через этот резистор и падение напряжения прикладывается к эмиттеру транзистора. Глубина обратной связи по постоянному току определяется соотношением сопротивления резистора R1 и входного сопротивления транзистора.
Схема каскада с общим коллектором и эмиттерной стабилизацией обладает лучшими характеристиками по стабильности параметров.
Рисунок 4 Схема включения транзистора с общим коллектором (эмиттерная стабилизация)
Отличительной особенностью схемы с общим коллектором является высокое входное сопротивление. Его можно определить по формуле, подобной формуле (4) . Однако в данном случае ко входу будет пересчитываться сопротивление цепи эмиттера, которое значительно больше внутреннего сопротивления эмиттера транзистора r э.
В схеме, приведенной на рисунке 3, в качестве сопротивления R
Пути протекания входного
тока в схеме с общим коллектором показаны на рисунке 5.Рисунок 5 Протекание тока по входным цепям эмиттерного повторителя
Как видно из данной схемы, входной ток протекает не только через базу транзистора и резистор R2, но и через резистор R1, источник питания и возвращается к источнику сигнала. В результате входное сопротивление эмиттерного повторителя будет определяться как параллельное включение входного сопротивления транзистора и резистора R1:
Например, при питании усилителя от источника напряжения 5 В, и токе коллектора 1 mA, для получения на выходе максимального динамического диапазона нужно напряжение на эмиттере задать равным 2,5 В. Тогда сопротивление R2 = 2,5кОм, ток базы транзистора iб = 1мА/100 = 10мкА. Сопротивление R1 = (5В − 2,5В − 0,7В)/10мкА = 180кОм. Входное сопротивление каскада Rвх = 100кОм || 180кОм = 64кОм.
Присущая схеме с ОК обратная связь не только увеличивает входное сопротивление, но и уменьшает выходное.
Его можно
приблизительно считать равным сопротивлению эмиттера транзистора:
Более точно выходное сопротивление схемы с общим коллектором можно определить как параллельное соединение сопротивления эмиттера транзистора и резистора R2:
Литература:
Вместе со статьей «Схема включения транзистора с общим коллектором» читают:
http://сайт/Sxemoteh/ShTrzKask/KollStab/
http://сайт/Sxemoteh/ShTrzKask/EmitStab/
Биполярный транзистор —
трёхэлектродный полупроводниковый
прибор ,
один из типов транзистора .
Электроды подключены к трём последовательно
расположенным слоям полупроводника с
чередующимся типом примесной
проводимости .
По этому способу чередования различают n-p-n и p-n-p транзисторы (n (negative ) —
электронный тип примесной проводимости, p (positive ) —
дырочный). В биполярном транзисторе, в
отличие от полевого
транзистора ,
используются заряды одновременно двух
типов, носителями которых являются
электроны и дырки (от слова «би» —
«два»).
Схематическое устройство
транзистора показано на втором рисунке.
Электрод, подключённый к центральному слою, называют базой , электроды, подключённые к внешним слоям, называют коллектором и эмиттером . На простейшей схеме различия между коллектором и эмиттером не видны. В действительности же главное отличие коллектора — бо́льшая площадь P-n-перехода . Кроме того, для работы транзистора необходима малая толщина базы.
Упрощенная схема поперечного разреза биполярного NPN транзистора
Первые транзисторы были изготовлены на основе германия . В настоящее время их изготавливают в основном из кремния и арсенида галлия . Транзисторы на основе арсенида галлия используются в сверхбыстродействующих логических схемах и в схемах высокочастотных усилителей.
Биполярный
транзистор состоит из трёх различным
образом легированных полупроводниковых слоёв: эмиттера E ,
базы B и коллектора C .
В зависимости от типа проводимости этих
зон различают NPN (эмиттер − n -полупроводник,
база − p -полупроводник,
коллектор − n -полупроводник)
и PNP транзисторы.
К каждой из зон подведены
проводящие невыпрямляющие контакты.
База расположена между эмиттером и
коллектором и слаболегирована, поэтому
имеет большое омическое сопротивление.
Общая площадь контакта база-эмиттер
значительно меньше площади контакта
коллектор-база (это делается по двум
причинам — большая площадь перехода
коллектор-база увеличивает вероятность
захвата неосновных носителей заряда
из базы в коллектор и, так как в рабочем
режиме переход коллектор-база обычно
включен с обратным смещением, что
увеличивает тепловыделение, способствует
отводу тепла от коллектора), поэтому
биполярный транзистор общего вида
является несимметричным устройством
(нецелесообразно путем изменения
полярности подключения поменять местами
эмиттер и коллектор и получить в
результате аналогичный исходному
биполярный транзистор — инверсное
включение).
В
активном усилительном режиме работы
транзистор включён так, что его эмиттерный
переход смещён в прямом направлении (открыт), а
коллекторный переход смещён в обратном
направлении (закрыт).
Для определённости
рассмотрим npn транзистор, все рассуждения повторяются
абсолютно аналогично для случая pnp транзистора, с заменой слова «электроны»
на «дырки», и наоборот, а также с заменой
всех напряжений на противоположные по
знаку. В npn транзисторе электроны, основные носители
тока в эмиттере, проходят через открытый
переход эмиттер-база (инжектируются )
в область базы. Часть этих электронов рекомбинирует с основными носителями заряда в базе
(дырками). Однако, из-за того что базу
делают очень тонкой и сравнительно
слабо легированной, большая часть
электронов, инжектированных из эмиттера,
диффундирует в область коллектора .
Сильное электрическое поле обратно
смещённого коллекторного перехода
захватывает неосновные носители из
базы (электроны), и переносит их в
коллектор. Ток коллектора, таким образом,
практически равен току эмиттера, за
исключением небольшой потери на
рекомбинацию в базе, которая и образует
ток базы (I э =I б + I к ).
Коэффициент α, связывающий ток эмиттера
и ток коллектора (I к = α I э )
называется коэффициентом передачи тока
эмиттера. Численное значение коэффициента
α 0,9-0,999. Чем больше коэффициент, тем
эффективней транзистор передаёт ток.
Этот коэффициент мало зависит от
напряжения коллектор-база и база-эмиттер.
Поэтому в широком диапазоне рабочих
напряжений ток коллектора пропорционален
току базы, коэффициент пропорциональности
равен β = α/(1 − α), от 10 до 1000. Таким образом,
малым током базы можно управлять
значительно бо́льшим током коллектора.
Итак, третья и заключительная часть повествования о биполярных транзисторах на нашем сайте =) Сегодня мы поговорим об использовании этих замечательных устройств в качестве усилителей, рассмотрим возможные схемы включения биполярного транзистора и их основные преимущества и недостатки. Приступаем!
Эта схема очень хороша при использовании сигналов высоких частот. В принципе для этого такое включение транзистора и используется в первую очередь.
Очень большими минусами являются малое входное сопротивление и, конечно же, отсутствие усиления по току. Смотрите сами, на входе у нас ток эмиттера , на выходе .
То есть ток эмиттера больше тока коллектора на небольшую величину тока базы. А это значит, что усиление по току не просто отсутствует, более того, ток на выходе немного меньше тока на входе. Хотя, с другой стороны, эта схема имеет достаточно большой коэффициент передачи по напряжению) Вот такие вот достоинства и недостатки, продолжаем….
Схема включения биполярного транзистора с общим коллектором
Вот так вот выглядит схема включения биполярного транзистора с общим коллектором. Ничего не напоминает?) Если взглянуть на схему немного под другим углом, то мы узнаем тут нашего старого друга – эмиттерный повторитель. Про него была чуть ли не целая статья (), так что все, что касается этой схемы мы уже там рассмотрели. А нас тем временем ждет наиболее часто используемая схема – с общим эмиттером.
Схема включения биполярного транзистора с общим эмиттером.
Эта схема заслужила популярность своими усилительными свойствами. Из всех схем она дает наибольшее усиление по току и по напряжению, соответственно, велико и увеличение сигнала по мощности. Недостатком схемы является то, что усилительные свойства сильно подвержены влиянию роста температуры и частоты сигнала.
Со всеми схемами познакомились, теперь рассмотрим подробнее последнюю (но не последнюю по значимости) схему усилителя на биполярном транзисторе (с общим эмиттером). Для начала, давайте ее немножко по-другому изобразим:
Тут есть один минус – заземленный эмиттер. При таком включении транзистора на выходе присутствуют нелинейные искажения, с которыми, конечно же, нужно бороться. Нелинейность возникает из-за влияния входного напряжения на напряжение перехода эмиттер-база. Действительно, в цепи эмиттера ничего «лишнего» нету, все входное напряжение оказывается приложенным именно к переходу база-эмиттер. Чтобы справиться с этим явлением, добавим резистор в цепь эмиттера.
Таким образом, мы получим отрицательную обратную связь.
А что же это такое?
Если говорить кратко, то принцип отрицательной обратно й связи заключается в том, что какая то часть выходного напряжения передается на вход и вычитается из входного сигнала. Естественно, это приводит к уменьшению коэффициента усиления, поскольку на вход транзистора из-за влияния обратной связи поступит меньшее значение напряжение, чем в отсутствие обратной связи.
И тем не менее, отрицательная обратная связь для нас оказывается очень полезной. Давайте разберемся, каким образом она поможет уменьшить влияние входного напряжения на напряжение между базой и эмиттером.
Итак, пусть обратной связи нет, Увеличение входного сигнала на 0.5 В приводит к такому же росту . Тут все понятно 😉 А теперь добавляем обратную связь! И точно также увеличиваем напряжение на входе на 0.5 В. Вслед за этим возрастает , что приводит к росту тока эмиттера. А рост приводит к росту напряжения на резисторе обратной связи.
Казалось бы, что в этом такого? Но ведь это напряжение вычитается из входного! Смотрите, что получилось:
Выросло напряжение на входе – увеличился ток эмиттера – увеличилось напряжение на резисторе отрицательной обратной связи – уменьшилось входное напряжение (из-за вычитания ) – уменьшилось напряжение .
То есть отрицательная обратная связь препятствует изменению напряжения база-эмиттер при изменении входного сигнала.
В итоге наша схема усилителя с общим эмиттером пополнилась резистором в цепи эмиттера:
Есть еще одна проблема в нашем усилителе. Если на входе появится отрицательное значение напряжения, то транзистор сразу же закроется (напряжения базы станет меньше напряжения эмиттера и диод база-эмиттер закроется), и на выходе ничего не будет. Это как то не очень хорошо) Поэтому необходимо создать смещение . Сделать это можно при помощи делителя следующим образом:
Получили такую красотищу 😉 Если резисторы и равны, то напряжение на каждом из них будет равно 6В (12В / 2).
Таким образом, при отсутствии сигнала на входе потенциал базы будет равен +6В. Если на вход придет отрицательное значение, например, -4В, то потенциал базы будет равен +2В, то есть значение положительное и не мешающее нормальной работе транзистора. Вот как полезно создать смещение в цепи базы)
Чем бы еще улучшить нашу схему…
Пусть мы знаем, какой сигнал будем усиливать, то есть знаем его параметры, в частности частоту. Было бы отлично, если бы на входе ничего, кроме полезного усиливаемого сигнала не было. Как это обеспечить? Конечно, же при помощи фильтра высоких частот) Добавим конденсатор, который в сочетании с резистором смещения образует ФВЧ:
Вот так схема, в которой почти ничего не было, кроме самого транзистора, обросла дополнительными элементами 😉 Пожалуй, на этом и остановимся, скоро будет статья, посвященная практическому расчету усилителя на биполярном транзисторе. В ней мы не только составим принципиальную схему усилителя , но и рассчитаем номиналы всех элементов, а заодно и выберем транзистор, подходящий для наших целей.
До скорой встречи! =)
Существует три основные схемы включения транзисторов. При этом один из электродов транзистора является общей точкой входа и выхода каскада. Надо помнить, что под входом (выходом) понимают точки, между которыми действует входное (выходное) переменное напряжение. Основные схемы включения называются схемами с общим эмиттером (ОЭ), общей базой (ОБ) и общим коллектором (ОК).
Схема с общим эмиттером (ОЭ). Такая схема изображена на рисунке 1. Во всех книжках написано, что эта схема является наиболее распространненой, т. к. дает наибольшее усиление по мощности.
Рис. 1 — Схема включения транзистора с общим эмиттером
Услительные свойства транзистора характеризует один из главных его параметров — статический коэффициент передачи тока базы или статический коэффициент усиления по току?. Поскольку он должен характеризовать только сам транзистор, его определяют в режиме без нагрузки (R к = 0). Численно он равен:
при U к-э = const
Этот коэффициент бывает равен десяткам или сотням, но реальный коэффициент k i всегда меньше, чем?, т.
к. при включении нагрузки ток коллектора уменьшается.
Коэффициент усиления каскада по напряжению k u равен отношению амплитудных или действующих значений выходного и входного переменного напряжения. Входным является перемнное напряжение u б-э, а выходным — перемнное напряжение на резисторе, или что то же самое, напряжение коллектор-эмиттер. Напряжение база-эмиттер не превышает десятых долей вольта, а выходное достигает едениц и десятков вольт (при достаточном сопротивлении нагрузки и напряжении источника E 2). Отсюда вытекает, что коэффициент усиления каскада по мощности равен сотням, тысячам, а иногда десяткам тысяч.
Важной характеристикой является входное сопротивление R вх, которое определяется по закону Ома:
и составляет обычно от сотен Ом до едениц килоом. Входное сопротивление транзистора при включении по схеме ОЭ, как видно, получается сравнительно небольшим, что является существенным недостатком. Важно также отметить, что каскад по схеме ОЭ переворачивает фазу напряжения на 180°
К достоинствам схемы ОЭ можно отнести удобство питания ее от одного источника, поскольку на базу и коллектор подаются питающие напряжения одного знака.
К недостаткам относят худшие частотные и температурные свойства (например,в сравнении со схемой ОБ). С повышением частоты усиление в схеме ОЭ снижается. К тому же, каскад по схеме ОЭ при усилении вносит значительные искажения.
Схема с общей базой (ОБ). Схема ОБ изображена на рисунке 2.
Рис. 2 — Схема включения транзистора с общей базой
Такая схема включения не дает значительного усиления, но обладает хорошими частотными и температурными свойствами. Применяется она не так часто, как схема ОЭ.
Коэффициент усиления по току схемы ОБ всегда немного меньше еденицы:
т. к. ток коллектора всегда лишь немного меньше тока эмиттера.
Статический коэффициент передачи тока для схемы ОБ обозначается? и определяется:
при u к-б = const
Этот коэффициент всегда меньше 1 и чем он ближе к 1, тем лучше транзистор. Коэффициент усиления по напряжению получается таким же, как и в схеме ОЭ. Входное сопротивление схемы ОБ в десятки раз ниже, чем в схеме ОЭ.
Для схемы ОБ фазовый сдвиг между входным и выходным напряжением отсутствует, то есть фаза напряжения при усилении не переворачивается.
Кроме того, при усилении схема ОБ вносит гораздо меньшие искажения, нежели схема ОЭ.
Схема с общим коллектором (ОК). Схема включения с общим коллектором показана на рисунке 3. Такая схема чаще называется эмиттерным повторителем.
Рис. 3 — Схема включения транзистора с общим коллектором
Особенность этой схемы в том, что входное напряжение полностью передается обратно на вход, т. е. очень сильна отрицательная обратная связь. Коэффициент усиления по току почти такой же, как и в схеме ОЭ. Коэффициент усиления по напряжению приближается к единице, но всегда меньше ее. В итоге коэффициент усиления по мощности примерно равен k i , т. е. нескольким десяткам.
В схеме ОК фазовый сдвиг между входным и выходным напряжением отсутствует. Поскольку коэффициент усиления по напряжению близок к единице, выходное напряжение по фазе и амплитуде совпадает со входным, т. е. повторяет его. Именно поэтому такая схема называется эмиттерным повторителем. Эмиттерным — потому, что выходное напряжение снимается с эмиттера относительно общего провода.
Входное сопротивление схемы ОК довольно высокое (десятки килоом), а выходное — сравнительно небольшое. Это является немаловажным достоинством схемы.
У которых не меньше чем три вывода. В определенных ситуациях они способны усиливать мощность, генерировать колебания или преобразовывать сигнал. Существует очень много самых разных конструкций этих приборов, и среди них — pnp-транзистор.
Классифицируют транзисторы по полупроводниковому материалу. Они бывают из кремния, германия и др.
Если у транзистора из трех областей две имеют дырочную проводимость, он называется «транзистор с прямой проводимостью», или «транзистор с переходом pnp». Устройство, у которого две области имеют электронную проводимость, называют транзистором с обратной проводимостью, или с переходом npn. Работают оба транзистора одинаково, а разница заключается исключительно в полярности.
Где применяется pnp-транзистор?
В зависимости от того, какие характеристики у транзитора, он может использоваться для самых разных целей.
Как уже было сказано, транзистор применяют для генерирования, преобразования и усиления электрических сигналов. За счет того, что входное напряжение или ток изменяются, осуществляется управление током входной цепи. Небольшие изменения параметров на входе приводят к еще большему изменению тока и напряжения на выходе. Такое свойство усиления применяется в аналоговой технике (радио, связь и т. д.).
В наше время для аналоговой техники применяется А вот другая, очень важная отрасль — цифровая техника — почти отказалась от него и использует только полевой. появился намного раньше полевого, потому его в обиходе называют просто транзистором.
Исполнение и параметры транзисторов
Транзисторы конструктивно изготавливаются в пластмассовых и металлических корпусах. Учитывая различное назначение транзисторов, подбираются эти устройства по определенным параметрам. Например, если нужен транзистор для усиления высоких частот, он должен обладать высокой частотой усиления сигнала.
А если же транзистор pnp используется в у него должен быть высокий рабочий ток коллектора.
Справочная литература содержит основные характеристики транзисторов:
- Ik — рабочий (максимально допустимый) коллекторный ток;
- h31э — коэффициент усиления;
- Fgr — максимальная частота усиления;
- Pk — рассеиваемая мощность коллектора.
Фототранзисторы
Фототранзистор — это устройство, чувствительное к который его облучает. В герметичном корпусе такого транзистора проделано окно, к примеру, из прозрачной пластмассы или стекла. Излучение через него попадает в зону базы фототранзистора. Если база облучается, то носители заряда генерируются. Фототранзистор откроется, когда носители заряда перейдут в коллекторный переход, и чем больше будет освещена база, тем ток коллектора станет существеннее.
Без транзисторов нельзя представить современную электронику. Практически ни один серьезный прибор не обходится без них. За годы применения и совершенствования транзисторы существенно изменились, но принцип их работы остается тем же.
Транзистор | Электроника. Радиотехника
Как видно в таблице, транзисторы делятся на 2 основных вида, это полевые и биполярные.
В современных цифровых устройствах и электроники основную долю составляют полевые транзисторы с изолированным затвором.
|
|
|
| Транзисторы |
|
|
|
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
| |||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Биполярные |
|
|
|
|
|
| Полевые |
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
| ||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||
| p-n-p |
| n-p-n |
| С затвором в виде p-n-перехода |
| С изолированным затвором |
|
|
|
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
| ||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
| С каналом n-типа |
| С каналом p-типа |
| Со встроенным каналом |
| С индуцированным каналом | |||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
| ||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
| ||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
| С каналом n-типа |
| С каналом p-типа |
| С каналом n-типа |
| С каналом p-типа |
|
| |||||||||||||||||||||||||||||||
Любой транзистор управляется + или —
Транзисторы работают только с постоянным током.
Точнее сказать, на вход транзистора всегда поступает постоянный ток. И хотя повсеместно говорится, что транзистор — это усилитель, тем не менее, это не совсем так. Транзистор усиливает ток, подаваемый на его базу (если речь идет о биполярном транзисторе). И усиление это возможно настолько, насколько высок ток, подаваемый на коллектор или эмиттер (зависит от структуры). Для понимания предназначения этого устройства лучше представлять транзистор в виде ключа, или вентиля. Подавая ток на базу + или — (так же зависит от структуры), с одной его ножки на другую начинает течь ток (транзистор открывается).
Биполярные транзисторы управляются током
Биполярные используются в аналоговой технике, а полевые в цифровой.
4 я минута видео позволяет запомнить подключение транзистора к источнику питания.
Плюс на N, минус на P — нет тока.
Плюс на P, минус на N — есть ток.
Стрелка всегда указывает на N область.
Содержание
- Биполярный транзистор
- Как определить структуру транзисторов на схеме
- Отличие полевых транзисторов от биполярных
Биполярный транзистор
Биполярный транзистор может быть с NPN или PNP переходом
База — самая тонкая часть транзистора, она находится между коллектором и эмиттером, но в то же время является основанием, фундаментом транзистора.
Коллектор имеет самую большую площадь, самый большой размер. При протекании тока больше всего греется именно он, поэтому теплоотвод и соединен с коллектором. Коллектор — коллекционер, от слова collection. Коллектор — это собирающая область.
Эмиттер — от слова emision — излучение, выпуск.
Подавая ток на базу + или — (в зависимости от структуры транзистора) мы открываем переход и ток с коллектора течет к эмиттеру? или наоборот, в зависимости от структуры транзистора.
Как определить структуру транзисторов на схеме
На плате транзистор имеет буквенное обозначение Q
База транзистора — это площадка. В эту площадку упирается коллектор и эмиттер
Стрелка всегда указывает на N область.
Стрелка это всегда эмиттер идущий к базе или от базы, т.е. её направление указывает какого типа транзистор n-p-n (наружу) или p-n-p (внутрь). Эта стрелка всегда показывает направление тока.
Отличие полевых транзисторов от биполярных
youtube.com/embed/4B5l9vJOHjI?feature=oembed» frameborder=»0″ allow=»accelerometer; autoplay; clipboard-write; encrypted-media; gyroscope; picture-in-picture» allowfullscreen=»»> admin Учебник, Электронные детали и компоненты Leave a comment
Теория транзисторов — биполярные транзисторы
БИПОЛЯРНЫЕ ТРАНЗИСТОРЫ
Вы должны вспомнить из более раннего обсуждения, что PN-переход с прямым смещением сравним с элементом цепи с низким сопротивлением, потому что он пропускает большой ток при заданном напряжении. В свою очередь, PN-переход с обратным смещением сравним с высокоомным элементом цепи. Используя формулу закона Ома для мощности (P = I 2 R) и предполагая, что ток поддерживается постоянным, вы можете сделать вывод, что мощность, развиваемая при высоком сопротивлении, больше, чем мощность, развиваемая при низком сопротивлении.
Таким образом, если бы кристалл содержал два PN-перехода (один с прямым смещением, а другой с обратным смещением), сигнал малой мощности можно было бы инжектировать в переход с прямым смещением и получить сигнал большой мощности на переходе с обратным смещением. узел. Таким образом, на кристалле будет получено усиление мощности. Эта концепция является основной теорией усиления транзистора. Имея в памяти эту информацию, давайте перейдем непосредственно к NPN-транзистору.
Работа транзистора NPN
Как и в случае диода с PN-переходом, материал N, из которого состоят две концевые секции транзистора N P N , содержит некоторое количество свободных электронов, в то время как центральная секция P содержит избыточное количество дырок. Действие на каждом соединении между этими секциями такое же, как действие, описанное ранее для диода; то есть развиваются области истощения и появляется соединительный барьер. Чтобы использовать транзистор в качестве усилителя, каждый из этих переходов должен быть модифицирован некоторым внешним напряжением смещения.
Чтобы транзистор работал в этом качестве, первый PN-переход (переход эмиттер-база) смещен в прямом или низкоомном направлении. В то же время второй PN-переход (переход база-коллектор) смещен в обратном, или высокоомном, направлении. Простой способ запомнить, как правильно смещать транзистор, — это наблюдать за элементами NPN или PNP, из которых состоит транзистор. Буквы этих элементов указывают, напряжение какой полярности использовать для правильного смещения. Например, обратите внимание на транзистор NPN ниже:
1. Эмиттер, который является первой буквой в последовательности N PN, подключается к отрицательной стороне батареи n , а база, которая является второй буквой (N P N), подключается к положительная сторона p .
2. Однако, поскольку второй PN-переход должен быть смещен в обратном направлении для правильной работы транзистора, коллектор должен быть подключен к напряжению полярности, противоположной ( p положительной), чем та, которая указана его буквенным обозначением (NP 9).
0011 N ). Напряжение на коллекторе также должно быть больше положительного, чем на базе, как показано ниже:
Теперь у нас есть правильно смещенный NPN-транзистор.
Таким образом, база транзистора N P N должна быть положительной на p по отношению к эмиттеру, а коллектор должен быть более положительным, чем база.
Соединение прямого смещения NPN
Важным моментом, на который следует обратить внимание, который не обязательно упоминался при объяснении диода, является тот факт, что материал N на одной стороне перехода с прямым смещением более сильно легирован, чем материал P. Это приводит к большему току, переносимому через соединение электронами большинства носителей из N-материала, чем дырками большинства носителей из P-материала. Следовательно, проводимость через прямосмещенный переход, как показано на рисунке ниже, в основном составляет основные электроны носителей из материала N (эмиттер).
Когда переход эмиттер-база на рисунке смещен в прямом направлении, электроны покидают отрицательную клемму батареи и входят в материал N (эмиттер).
Поскольку электроны являются основными носителями тока в материале N, они легко проходят через эмиттер, пересекают переход и объединяются с дырками в материале P (базе). На каждый электрон, заполняющий дырку в P-материале, другой электрон покидает P-материал (создавая новую дырку) и входит в положительный полюс батареи.
Соединение обратного смещения NPN
Второй PN-переход (база-коллектор), или, как его еще называют, переход с обратным смещением (рисунок ниже), блокирует большинство носителей тока от пересечения перехода. Однако через это соединение проходит очень небольшой ток, о котором упоминалось ранее. Этот ток называется ток меньшинства или обратный ток . Как вы помните, этот ток создавался электронно-дырочными парами. Неосновными носителями для PN-перехода с обратным смещением являются электронов в материале P и дырок в материале N. Эти неосновные носители фактически проводят ток для перехода с обратным смещением, когда электроны из материала P входят в материал N, а дырки из материала N входят в материал P.
Однако электроны неосновного тока (как вы увидите позже) играют наиболее важную роль в работе NPN-транзистора.
В этот момент вы можете задаться вопросом, почему второй PN-переход (база-коллектор) не смещен в прямом направлении, как первый PN-переход (эмиттер-база). Если бы оба перехода были смещены в прямом направлении, электроны имели бы тенденцию течь из каждой концевой части N P N Транзистор (эмиттер и коллектор) к центральной секции P (база). По сути, у нас было бы два переходных диода с общей базой, что устраняло бы любое усиление и нарушало бы назначение транзистора. Слово предостережения в порядке в это время. Если вы по ошибке сместите второй PN-переход в прямом направлении, чрезмерный ток может выделить достаточно тепла, чтобы разрушить переходы, что сделает транзистор бесполезным. Поэтому перед выполнением каких-либо электрических подключений убедитесь, что полярность напряжения смещения верна.
Взаимодействие соединения NPN
Теперь мы готовы посмотреть, что произойдет, если мы задействуем два перехода NPN-транзистора одновременно.
Для лучшего понимания того, как эти два соединения работают вместе, обратитесь к рисунку ниже во время обсуждения.
Батареи смещения на этом рисунке обозначены как Vcc для источника напряжения коллектора и Vbb для источника напряжения базы. Также обратите внимание, что базовая батарея питания довольно мала, на что указывает количество ячеек в батарее, обычно 1 вольт или меньше. Однако питание коллектора обычно намного выше, чем питание базы, обычно около 6 вольт. Как вы увидите позже, эта разница в напряжениях питания необходима для того, чтобы ток протекал от эмиттера к коллектору.
Как указывалось ранее, ток во внешней цепи всегда обусловлен движением свободных электронов. Поэтому электроны текут от отрицательных клемм батарей питания к эмиттеру N-типа. Это комбинированное движение электронов известно как эмиттерный ток (Ie). Поскольку электроны являются основными переносчиками в N-материале, они будут двигаться через эмиттер N-материала к переходу эмиттер-база.
Когда этот переход смещен вперед, электроны продолжают двигаться в базовую область. Когда электроны находятся в базе, которая представляет собой материал Р-типа, теперь они становятся малыми носителями . Часть электронов, перемещающихся в базу, рекомбинирует с имеющимися дырками. Для каждого электрона, который рекомбинирует, другой электрон перемещается через вывод базы в виде тока базы Ib (создавая новую дырку для возможной комбинации) и возвращается к батарее питания базы Vbb. Электроны, которые рекомбинируют, теряются для коллектора. Поэтому, чтобы сделать транзистор более эффективным, базовая область сделана очень тонкой и слегка легированной. Это снижает вероятность того, что электрон рекомбинирует с дыркой и будет потерян. Таким образом, большая часть электронов, движущихся в область базы, попадает под влияние большого обратного смещения коллектора. Это смещение действует как прямое смещение для неосновных носителей (электронов) в базе и, как таковое, ускоряет их через переход база-коллектор в область коллектора.
Поскольку коллектор изготовлен из материала N-типа, электроны, достигающие коллектора снова стали основными носителями тока . Оказавшись в коллекторе, электроны легко проходят через материал N и возвращаются к положительной клемме батареи питания коллектора Vcc в виде тока коллектора (Ic).
Чтобы еще больше повысить эффективность транзистора, коллектор сделан физически больше базы по двум причинам: (1) чтобы увеличить вероятность сбора носителей, которые диффундируют в сторону, а также непосредственно через область базы, и (2) ), чтобы коллектор мог обрабатывать больше тепла без повреждений.
Таким образом, полный ток в транзисторе NPN протекает через вывод эмиттера. Следовательно, в процентном отношении т.е. составляет 100 процентов. С другой стороны, поскольку база очень тонкая и слаболегированная, то в цепи базы будет протекать меньший процент от общего тока (тока эмиттера), чем в цепи коллектора. Обычно не более 2–5 % общего тока составляет ток базы (Ib), а остальные 95–98 % — ток коллектора (Ic).
Между этими двумя течениями существует очень простая связь:
То есть = Ib + Ic
Проще говоря, это означает, что ток эмиттера разделяется на ток базы и ток коллектора. Поскольку количество тока, выходящего из эмиттера, является исключительно функцией смещения эмиттер-база, и поскольку коллектор получает большую часть этого тока, то небольшое изменение смещения эмиттер-база окажет гораздо большее влияние на величину тока коллектора. чем он будет иметь на базовом токе. В заключение, относительно небольшое смещение эмиттер-база контролирует относительно большой ток эмиттер-коллектор.
Работа транзистора PNP
Транзистор PNP работает по существу так же, как транзистор NPN. Однако, поскольку эмиттер, база и коллектор в PNP-транзисторе изготовлены из материалов, отличных от материалов, используемых в NPN-транзисторе, в блоке PNP протекают разные носители тока. Основными носителями тока в PNP-транзисторе являются дырки. Это отличается от NPN-транзистора, где основными носителями тока являются электроны.
Чтобы поддерживать этот другой тип тока (дырочный поток), батареи смещения для PNP-транзистора перевернуты. Типичная установка смещения для транзистора PNP показана на рисунке ниже. Обратите внимание, что процедура, использованная ранее для надлежащего смещения NPN-транзистора, также применима и здесь к PNP-транзистору. Первая буква (П) в 9Последовательность 0011 P NP указывает на полярность напряжения, необходимого для эмиттера ( p положительная), а вторая буква (N) указывает на полярность базового напряжения ( n отрицательная). Поскольку переход база-коллектор всегда смещен в обратном направлении, то для коллектора необходимо использовать напряжение противоположной полярности ( минус ). Таким образом, база транзистора P N P должна быть n отрицательной по отношению к эмиттеру, а коллектор — более отрицательной, чем база. Помните, что, как и в случае NPN-транзистора, эта разница в напряжении питания необходима для протекания тока (дырочного тока в случае PNP-транзистора) от эмиттера к коллектору.
Хотя поток дырок является преобладающим типом тока в PNP-транзисторе, поток дырок имеет место только внутри самого транзистора, тогда как электроны текут во внешней цепи. Однако именно внутренний поток дырок приводит к потоку электронов во внешних проводах, подключенных к транзистору.
Соединение прямого смещения PNP
Теперь давайте рассмотрим, что происходит, когда переход эмиттер-база на рисунке ниже смещен в прямом направлении. При показанной настройке смещения положительный вывод батареи отталкивает дырки эмиттера к базе, а отрицательный вывод отталкивает электроны базы к эмиттеру. Когда эмиттерная дырка и базовый электрон встречаются, они объединяются. На каждый электрон, который соединяется с дыркой, другой электрон покидает отрицательную клемму батареи и входит в базу. В то же время электрон покидает эмиттер, создавая новую дырку, и входит в положительный полюс батареи. Это движение электронов в базу и из эмиттера составляет базовый ток (Ib), а путь, по которому эти электроны идут, называется цепью эмиттер-база.
Соединение обратного смещения PNP
В переходе с обратным смещением (рисунок ниже) отрицательное напряжение на коллекторе и положительное напряжение на базе блокируют основных носителей тока от пересечения перехода. Однако это же отрицательное напряжение коллектора действует как прямое смещение для неосновных токовых отверстий в базе, которые пересекают переход и входят в коллектор. неосновных электронов тока в коллекторе также воспринимают прямое смещение — положительное базовое напряжение — и перемещаются в базу. Отверстия в коллекторе заполняются электронами, поступающими с отрицательного полюса батареи. В то же время электроны покидают отрицательную клемму батареи, другие электроны в базе разрывают свои ковалентные связи и входят в положительную клемму батареи. Хотя в переходе с обратным смещением протекает только неосновной ток, он все же очень мал из-за ограниченного числа неосновных носителей тока.
Взаимодействие соединения PNP
Взаимодействие между переходами прямого и обратного смещения в PNP-транзисторе очень похоже на взаимодействие в NPN-транзисторе, за исключением того, что в PNP-транзисторе основными носителями тока являются дырки.
В транзисторе PNP, показанном на рисунке ниже, положительное напряжение на эмиттере отталкивает дырки к базе. Оказавшись в базе, дырки объединяются с базовыми электронами. Но опять же, помните, что базовая область сделана очень тонкой, чтобы предотвратить рекомбинацию дырок с электронами. Следовательно, значительно больше 90 процентов отверстий, которые входят в базу, притягиваются к большому отрицательному напряжению коллектора и проходят прямо через базу. Однако для каждого электрона и дырки, которые объединяются в базовой области, другой электрон покидает отрицательную клемму базовой батареи (Vbb) и входит в базу как базовый ток (Ib). В то же время электрон покидает отрицательную клемму батареи, другой электрон покидает эмиттер как Ie (создавая новую дырку) и входит в положительную клемму Vbb. Между тем, в цепи коллектора электроны из коллекторной батареи (Vcc) входят в коллектор как Ic и объединяются с избыточными дырками из базы. На каждую дырку, нейтрализованную в коллекторе электроном, другой электрон покидает эмиттер и начинает свой путь обратно к положительному выводу Vcc.
Хотя ток во внешней цепи PNP-транзистора противоположен по направлению току NPN-транзистора, основные носители всегда текут от эмиттера к коллектору. Этот поток основных носителей также приводит к образованию двух отдельных токовых петель в каждом транзисторе. Один контур представляет собой путь тока базы, а другой контур — путь тока коллектора. Сумма токов в обеих этих петлях (Ib + Ic) дает общий ток транзистора (Ie). Самое важное, что нужно помнить о двух разных типах транзисторов, это то, что напряжение эмиттер-база PNP-транзистора оказывает такое же управляющее влияние на ток коллектора, как и у NPN-транзистора. Проще говоря, увеличение напряжения прямого смещения транзистора уменьшает барьер перехода эмиттер-база. Это действие позволяет большему количеству носителей достичь коллектора, вызывая увеличение тока, протекающего от эмиттера к коллектору и через внешнюю цепь. И наоборот, уменьшение напряжения прямого смещения уменьшает ток коллектора.
Конструкция, работа и применение
Транзистор NPN представляет собой тип транзистора с биполярным переходом и представляет собой комбинацию двух полупроводников n-типа и одного p-типа.
В этом транзисторе полупроводник p-типа закреплен между обоими полупроводниками n-типа. Следовательно, в нем присутствуют два n-типа. Большинство носителей заряда этого транзистора — электроны. Этот транзистор включает в себя три вывода, а именно эмиттер, базу и коллектор. Поток большинства носителей в этом типе идет от эмиттера к соответствующему коллектору. Этот поток отвечает за генерацию тока в транзисторе NPN. В этой статье обсуждается обзор транзистора NPN и его работы.
Биполярный переходной транзистор образуется из-за соединения, установленного между двумя n-типами и одним p-типом в его середине. Так что это известно как транзистор NPN. Таким образом, мы можем определить транзистор N-P-N. Для применений переключения и усиления сигналов предпочтителен этот N-P-N транзистор.
Обозначение транзистора NPN
Схема контактов транзистора NPN
Транзистор BC-547 представляет собой простой биполярный транзистор N-P-N, который состоит из коллектора, базы и эмиттера в качестве выводов.
На выводе коллектора ток протекает через транзистор. Базовый вывод отвечает за управление приложенным смещением к транзистору. Ток уходит через транзистор.
Вывод транзистора NPN
Конструкция
Транзистор N-P-N состоит из двух диодов, соединенных таким образом, что его тыльные стороны соединены друг с другом. Соединение этих диодов выполнено таким образом, что образуются три вывода, известные как база коллектора и эмиттер. В нем образованы два перехода: один эмиттерно-базовый, а другой коллекторно-базовый.
Переход эмиттер-база задействован на входной стороне, тогда как коллекторная база задействована на выходной стороне. Средняя часть этого транзистора p-типа слегка легирована, это самый важный факт, который учитывается при его работе. Эмиттер считается легированным умеренно, а коллекторная часть легирована сильно.
Транзисторная схема NPN
В схеме N-P-N эмиттер и базовый переход соединены в режиме прямого смещения, тогда как коллектор и базовый переход соединены в режиме обратного смещения.
Коллектор этого транзистора должен быть подключен к положительному источнику питания, а эмиттер подключен к отрицательному источнику питания. База отвечает за управление состояниями включения и выключения транзистора.
Транзисторная схема N-P-N
Работа транзистора NPN
Работа этого транзистора может считаться сложной. В соответствии со схемой выполняются соединения. Переходы, как уже упоминалось, коллектор и базовый переход при обратном смещении, а эмиттер и базовый переход при прямом смещении.
Проведено сравнение между прямым и обратным напряжениями смещения на предмет того, что прямое напряжение мало по сравнению с обратным напряжением.
Поскольку прямое смещение появляется на клемме эмиттера, можно заметить движение большинства несущих к базе. следовательно, генерируемый ток называется током эмиттера. По мере поступления в него электронов в полупроводнике р-типа происходит соединение дырок с электронами.
Поскольку база в этом транзисторе слегка легирована, рекомбинирует лишь небольшое количество электронов.
Затем оставшиеся электроны отвечают за генерацию тока, называемого базовой валютой. Этот ток, наконец, входит в область коллектора. Поскольку соединение коллектора и базы смещено в обратном направлении из-за сильно действующих на него сил притяжения, электроны собираются на клемме, называемой коллектором.
Наконец, мы можем заключить, что генерируемый ток эмиттера является суммой тока коллектора и соответствующего тока базы.
Транзистор NPN в качестве переключателя
Полная операция переключения основана на величине напряжения, подаваемого на клеммную базу. Когда приложенное напряжение превышает пороговое значение, транзистор находится в рабочем режиме, называемом областью насыщения. Другое условие, при котором на базу не подается напряжение.
Состояние такого типа приводит к рабочей области, называемой режимом отсечки. Этот тип операции называется переключением. Используемый в нем тип переключения имеет меньшую стоимость по сравнению с обычными реле. В этом явлении переключения нагрузка, которая может быть подключена, представляет собой резистор или любое другое устройство, которое может быть подключено к коммутационному выходу.
Одним из практичных и простых примеров выключателя может быть светодиод. В режиме отсечки светодиод выключен. Когда транзистор находится в области насыщения, устройство включается.
Применение транзисторов N-P-N
Применение транзисторов NPN включает следующее.
- В таких приложениях, как коммутация, в основном используется транзистор N-P-N.
- В схемах усилителя используется транзистор N-P-N.
- Транзисторы Дарлингтона включают транзисторы N-P-N при подаче слабых сигналов.
- Требование снижения тока прокладывает путь к использованию N-P-N транзисторов.
- Схема двухтактного усиления включает транзисторы N-P-N.
- В датчиках измерения температуры используются транзисторы N-P-N.
- Преобразователи логарифмических значений включают N-P-N транзисторы.
- Этот тип транзисторов используется для высокочастотных приложений.
Таким образом устроен N-P-N транзистор. Это предпочтительно во время различных применений.
