Як працює транзистор: простою мовою для чайників, схеми

  1. Як працює транзистор: простою мовою для чайників, схеми Принцип напівпровідникового управління електричним...
  2. Пристрій
  3. Базовий принцип роботи
  4. Позначення на схемах
  5. види транзисторів
  6. польові
  7. біполярні
  8. комбіновані
  9. Як працює біполярний транзистор? Інструкція для чайників
  10. Схеми включення біполярного транзистора
  11. Як працює польовий транзистор? Пояснення для чайників
  12. Схеми включення польового транзистора
  13. Відео, що пояснюють принцип роботи транзистора простою мовою
  14. Що таке транзистор?
  15. Пристрій
  16. Базовий принцип роботи
  17. Позначення на схемах
  18. види транзисторів
  19. польові
  20. біполярні
  21. комбіновані
  22. Як працює біполярний транзистор? Інструкція для чайників
  23. Схеми включення біполярного транзистора
  24. Як працює польовий транзистор? Пояснення для чайників
  25. Схеми включення польового транзистора
  26. Відео, що пояснюють принцип роботи транзистора простою мовою
  27. Що таке транзистор?
  28. Пристрій
  29. Базовий принцип роботи
  30. Позначення на схемах
  31. види транзисторів
  32. польові
  33. біполярні
  34. комбіновані
  35. Як працює біполярний транзистор? Інструкція для чайників
  36. Схеми включення біполярного транзистора
  37. Як працює польовий транзистор? Пояснення для чайників
  38. Схеми включення польового транзистора

Як працює транзистор: простою мовою для чайників, схеми

Принцип напівпровідникового управління електричним струмом був відомий ще на початку ХХ століття. Незважаючи на те, що інженери, що працюють в областях радіоелектроніки, знали як працює транзистор, вони продовжували конструювати пристрої на основі вакуумних ламп. Причиною такої недовіри до напівпровідникових тріодів було недосконалість перших точкових транзисторів. Сімейство германієвих транзисторів не відрізнялися стабільністю характеристик і сильно залежали від температурних режимів.

Серйозну конкуренцію електронним лампам склали монолітні кремнієві транзистори лише в кінці 50-х років. З цього часу електронна промисловість почала бурхливо розвиватися, а компактні напівпровідникові тріоди активно витісняли енергоємні лампи зі схем електронних приладів. З появою інтегральних мікросхем, де кількість транзисторів може досягати мільярдів штук, напівпровідникова електроніка здобула переконливу перемогу в боротьбі за мініатюризацію пристроїв.

Що таке транзистор?

У сучасному значенні транзистором називають напівпровідниковий радіоелемент, призначений для зміни параметрів електричного струму і управління ім. У звичайного напівпровідникового тріода є три висновки: база, на яку подаються сигнали управління, емітер і колектор. Існують також складові транзистори великої потужності.

Вражає шкала розмірів напівпровідникових пристроїв - від декількох нанометрів (безкорпусні елементи, які використовуються в мікросхемах), до сантиметрів в діаметрі потужних транзисторів, призначених для енергетичних установок і промислового устаткування. Зворотні напруги промислових триодов можуть досягати до 1000 В.

Пристрій

Конструктивно триод складається з напівпровідникових шарів, ув'язнених в корпусі. Напівпровідниками служать матеріали на основі кремнію, германію, арсеніду галію та інших хімічних елементів. Сьогодні проводяться дослідження, які готують на роль напівпровідникових матеріалів деякі види полімерів, і навіть вуглецевих нанотрубок. Мабуть в недалекому майбутньому ми дізнаємося про нові властивості графенових польових транзисторів.

Раніше кристали напівпровідника розташовувалися в металевих корпусах у вигляді капелюшків з трьома ніжками. Така конструкція була характерна для точкових транзисторів.

Сьогодні конструкції більшості плоских, в т. Ч. Кремнієвих напівпровідникових приладів виконані на основі легованого в певних частинах монокристалла. Вони впресовані в пластмасові, металоскляний або металокерамічні корпуса. У деяких з них є виступаючі металеві пластини для відводу тепла, які кріпляться на радіатори.

Електроди сучасних транзисторів розташовані в один ряд. Таке розташування ніжок зручно для автоматичного складання плат. Висновки не маркуються на корпусах. Тип електрода визначається за довідниками або шляхом вимірювань.

Для транзисторів використовують кристали напівпровідників з різними структурами, типу pnp або npn. Вони відрізняються полярністю напруги на електродах.

Схематично будову транзистора можна представити у вигляді двох напівпровідникових діодів, розділених додатковим шаром. (Дивись малюнок 1). Саме наявність цього шару дозволяє управляти провідністю напівпровідникового тріода.

Мал. 1. Будова транзисторів

На малюнку 1 схематично зображено будову біполярних триодов. Існують ще клас польових транзисторів, про які йтиметься нижче.

Базовий принцип роботи

У стані спокою між колектором і емітером біполярного тріода струм не протікає. Електричного струму перешкоджає опір емітерного переходу, яке виникає в результаті взаємодії шарів. Для включення транзистора потрібно подати незначне напруження на його базу.

На малюнку 2 показана схема, яка пояснює принцип роботи тріода.

Мал. 2. Принцип роботи

Керуючи струмами бази можна включати і вимикати пристрій. Якщо на базу подати аналоговий сигнал, то він змінить амплітуду вихідних струмів. При цьому вихідний сигнал точно повторить частоту коливань на базовому електроді. Іншими словами, відбудеться посилення надійшов на вхід електричного сигналу.

Таким чином, напівпровідникові тріоди можуть працювати в режимі електронних ключів або в режимі посилення вхідних сигналів.

Роботу пристрою в режимі електронного ключа можна зрозуміти з малюнка 3.

Мал. 3. Тріод в режимі ключа

Позначення на схемах

Загальноприйняте позначення: «VT» або «Q», після яких вказується позиційний індекс. Наприклад, VT 3. На більш ранніх схемах можна зустріти вийшли з ужитку позначення: «Т», «ПП» або «ПТ». Транзистор зображується у вигляді символічних ліній позначають відповідні електроди, обведені кружком або без такого. Напрямок струму в емітер вказує стрілка.

На малюнку 4 показана схема УНЧ, на якій транзистори позначені новим способом, а на малюнку 5 - схематичні зображення різних типів польових транзисторів.

Мал. 4. Приклад схеми УНЧ на тріодах

види транзисторів

За принципом дії і будовою розрізняють напівпровідникові тріоди:

  • польові;
  • біполярні;
  • комбіновані.

Ці транзистори виконують однакові функції, однак існують відмінності в принципі їх роботи.

польові

Даний вид триодов ще називають уніполярним, через електричних властивостей - у них протікає струм тільки однієї полярності. За будовою і типом управління ці пристрої підрозділяються на 3 види:

  1. Транзистори з керуючим pn переходом (рис. 6).
  2. З ізольованим затвором (бувають з вбудованим або з індукованим каналом).
  3. МДП, зі структурою: метал-діелектрик-провідник.

Відмітна риса ізольованого затвора - наявність діелектрика між ним і каналом.

Деталі дуже чутливі до статичної електрики.

Схеми польових триодов показано на малюнку 5.

Схеми польових триодов показано на малюнку 5

Мал. 5. Польові транзистори Мал Мал. 6. Фото реального польового тріода

Зверніть увагу на назву електродів: сток, витік і затвор.

Польові транзистори споживають дуже мало енергії. Вони можуть працювати більше року від невеликої батарейки або акумулятора. Тому вони знайшли широке застосування в сучасних електронних пристроях, таких як пульти дистанційного керування, мобільні гаджети і т.п.

біполярні

Про цей вид транзисторів багато сказано в підрозділі «Базовий принцип роботи». Відзначимо лише, що назва «Біполярний» пристрій одержав через здатність пропускати заряди протилежних знаків через один канал. Їх особливістю є низький вихідний опір.

Транзистори підсилюють сигнали, працюють як комутаційні пристрої. У ланцюг колектора можна включати досить потужне навантаження. Завдяки великому току колектора можна знизити опір навантаження.

Більш детально про будову та принцип роботи розглянемо нижче.

комбіновані

З метою досягнення певних електричних параметрів від застосування одного дискретного елемента розробники транзисторів винаходять комбіновані конструкції. Серед них можна виділити:

  • біполярні транзистори з впровадженими і їх схему резисторами;
  • комбінації з двох тріодів (однакових або різних структур) в одному корпусі;
  • лямбда-діоди - поєднання двох польових триодов, що утворюють ділянку з негативним опором;
  • конструкції, в яких польовий тріод з ізольованим затвором управляє біполярним тріодом (застосовуються для управління електромоторами).

Комбіновані транзистори - це, по суті, елементарна мікросхема в одному корпусі.

Як працює біполярний транзистор? Інструкція для чайників

Робота біполярних транзисторів заснована на властивостях напівпровідників і їх поєднань. Щоб зрозуміти принцип дії триодов, розберемося з поведінкою напівпровідників в електричних ланцюгах.

Напівпровідники.

Деякі кристали, такі як кремній, германій та ін., Є діелектриками. Але у них є одна особливість - якщо додати певні домішки, то вони стають провідниками з особливими властивостями.

Одні добавки (донори) призводять до появи вільних електронів, а інші (акцептори) - утворюють «дірки».

Якщо, наприклад, кремній легувати фосфором (донор), то отримаємо напівпровідник з надлишком електронів (структура n-Si). При додаванні бору (акцептор) легований кремній стане напівпровідником з доречнийпровідністю (p-Si), тобто в його структурі переважатимуть позитивно заряджені іони.

Одностороння провідність.

Проведемо уявний експеримент: з'єднаємо два різнотипних напівпровідника з джерелом живлення і підведемо ток до нашої конструкції. Відбудеться щось несподіване. Якщо з'єднати негативний дріт з кристалом n-типу, то ланцюг замкнеться. Однак, коли ми поміняємо полярність, то електрики в ланцюзі не буде. Чому так відбувається?

В результаті з'єднання кристалів з різними типами провідності, між ними утворюється область з pn переходом. Частина електронів (носіїв зарядів) з кристала n-типу перетече в кристал з доречнийпровідністю і рекомбинирует дірки в зоні контакту.

В результаті виникають некомпенсовані заряди: в області n-типу - з негативних іонів, а в області p-типу з позитивних. Різниця потенціалів досягає величини від 0,3 до 0,6 В.

Зв'язок між напругою і концентрацією домішок можна виразити формулою:

φ = VT * ln (Nn * Np) / n2i, де

VT - величина термодинамічної напруги, Nn і Np - концентрація відповідно електронів і дірок, а ni позначає власну концентрацію.

При приєднанні плюса до p-провіднику, а мінуса до напівпровідника n-типу, електричні заряди подолають бар'єр, так як їх рух буде направлено проти електричного поля всередині pn переходу. В даному випадку перехід відкритий. Але якщо полюса поміняти місцями, то перехід буде закритий. Звідси висновок: pn перехід утворює односторонню провідність. Ця властивість використовується в конструкції діодів.

Від діода до транзистора.

Ускладнимо експеримент. Додамо ще одну прошарок між двома напівпровідниками з однойменними структурами. Наприклад, між кремнієвими пластинами p-типу вставимо прошарок провідності (n-Si). Не важко здогадатися, що відбудеться в зонах зіткнення. За аналогією з вищеописаним процесом утворюються області з pn переходами, які заблокують рух електричних зарядів між емітером і колектором, причому незалежно від полярності струму.

Найцікавіше відбудеться тоді, коли ми докладемо незначне напруження до прошарку (базі). У нашому випадку, подамо струм з негативним знаком. Як і у випадку з діодом, утворюється ланцюг емітер-база, по якій потече струм. Одночасно прошарок почне насичуватися дірками, що призведе до доречний провідності між емітером і колектором.

Подивіться на малюнок 7. На ньому видно, що позитивні іони заповнили весь простір нашої умовної конструкції і тепер ніщо не заважає провідності струму. Ми отримали наочну модель біполярного транзистора структури pnp.

Ми отримали наочну модель біполярного транзистора структури pnp

Мал. 7. Принцип роботи тріода

При знеструмленні бази транзистор дуже швидко приходить в початковий стан і колекторний перехід закривається.

Пристрій може працювати і в усилительном режимі.

Струм колектора пов'язаний прямий пропорційністю з струмом бази: I к = ß * I Б, де ß - коефіцієнт посилення по току, I Б - струм бази.

Якщо змінити величину керуючого струму, то зміниться інтенсивність утворення дірок на базі, що спричинить за собою пропорційне зміна амплітуди вихідної напруги, зі збереженням частоти сигналу. Цей принцип використовують для посилення сигналів.

Подаючи на базу слабкі імпульси, на виході ми отримуємо таку ж частоту посилення, але зі значно більшою амплітудою (задається величиною напруги, прикладеного до ланцюжку колектор емітер).

Аналогічним чином працюють npn транзистори. Змінюється тільки полярність напруг. Пристрої зі структурою npn мають прямий провідністю. Зворотну провідність мають транзистори pnp типу.

Залишається додати, що напівпровідниковий кристал подібним чином реагує на ультрафіолетовий спектр світла. Включаючи і відключаючи потік фотонів, або регулюючи його інтенсивність, можна управляти роботою тріода або змінювати опір напівпровідникового резистора.

Схеми включення біполярного транзистора

Схемотехніки використовують такі схеми підключення: з загальною базою, загальними електродами емітера і включення із загальним колектором (Рис. 8).

8)

Мал. 8. Схеми підключення біполярних транзисторів

Для підсилювачів із загальною базою характерно:

  • низький вхідний опір, яке не перевищує 100 Ом;
  • хороші температурні властивості і частотні показники тріода;
  • високе допустиме напруження;
  • потрібно два різних джерела для харчування.

Схеми з загальним емітером володіють:

  • високими коефіцієнтами підсилення по струму і напрузі;
  • низькі показники посилення за проектною потужністю;
  • інверсією вихідної напруги щодо вхідного.

При такому підключенні досить одного джерела живлення.

Схема підключення за принципом «загальний колектор» забезпечує:

  • великий вхідний і незначне вихідний опір;
  • низький коефіцієнт напруги щодо посилення (<1).

Як працює польовий транзистор? Пояснення для чайників

Будова польового транзистора відрізняється від біполярного тим, що струм в ньому не перетинає зони pn переходу. Заряди рухаються за регульованим ділянці, званому затвором. Пропускна здатність затвора регулюється напругою.

Простір pn зони зменшується або збільшується під дією електричного поля (див. Рис. 9). Відповідно змінюється кількість вільних носіїв зарядів - від повного руйнування до граничного насичення. В результаті такого впливу на затвор, регулюється струм на електродах стоку (контактах, які виводять оброблений ток). Вхідний струм надходить через контакти витоку.

Малюнок 9. Польовий транзистор з pn переходом

За аналогічним принципом працюють польові тріоди з вбудованим і індукованим каналом. Їхні схеми ви бачили на малюнку 5.

Схеми включення польового транзистора

На практиці застосовують схеми підключень за аналогією з біполярним тріодом:

  • із загальним витоком - видає велику посилення струму і потужності;
  • схеми із загальним затвором забезпечують низький вхідний опір, і незначне посилення (має обмежене застосування);
  • із загальним стоком, що працюють так само, як і схеми із загальним емітером.

На малюнку 10 показані різні схеми включення.

На малюнку 10 показані різні схеми включення

Мал. 10. Зображення схем підключення польових триодов

Практично кожна схема здатна працювати при дуже низьких вхідних напругах.

Відео, що пояснюють принцип роботи транзистора простою мовою



Як працює транзистор: простою мовою для чайників, схеми

Принцип напівпровідникового управління електричним струмом був відомий ще на початку ХХ століття. Незважаючи на те, що інженери, що працюють в областях радіоелектроніки, знали як працює транзистор, вони продовжували конструювати пристрої на основі вакуумних ламп. Причиною такої недовіри до напівпровідникових тріодів було недосконалість перших точкових транзисторів. Сімейство германієвих транзисторів не відрізнялися стабільністю характеристик і сильно залежали від температурних режимів.

Серйозну конкуренцію електронним лампам склали монолітні кремнієві транзистори лише в кінці 50-х років. З цього часу електронна промисловість почала бурхливо розвиватися, а компактні напівпровідникові тріоди активно витісняли енергоємні лампи зі схем електронних приладів. З появою інтегральних мікросхем, де кількість транзисторів може досягати мільярдів штук, напівпровідникова електроніка здобула переконливу перемогу в боротьбі за мініатюризацію пристроїв.

Що таке транзистор?

У сучасному значенні транзистором називають напівпровідниковий радіоелемент, призначений для зміни параметрів електричного струму і управління ім. У звичайного напівпровідникового тріода є три висновки: база, на яку подаються сигнали управління, емітер і колектор. Існують також складові транзистори великої потужності.

Вражає шкала розмірів напівпровідникових пристроїв - від декількох нанометрів (безкорпусні елементи, які використовуються в мікросхемах), до сантиметрів в діаметрі потужних транзисторів, призначених для енергетичних установок і промислового устаткування. Зворотні напруги промислових триодов можуть досягати до 1000 В.

Пристрій

Конструктивно триод складається з напівпровідникових шарів, ув'язнених в корпусі. Напівпровідниками служать матеріали на основі кремнію, германію, арсеніду галію та інших хімічних елементів. Сьогодні проводяться дослідження, які готують на роль напівпровідникових матеріалів деякі види полімерів, і навіть вуглецевих нанотрубок. Мабуть в недалекому майбутньому ми дізнаємося про нові властивості графенових польових транзисторів.

Раніше кристали напівпровідника розташовувалися в металевих корпусах у вигляді капелюшків з трьома ніжками. Така конструкція була характерна для точкових транзисторів.

Сьогодні конструкції більшості плоских, в т. Ч. Кремнієвих напівпровідникових приладів виконані на основі легованого в певних частинах монокристалла. Вони впресовані в пластмасові, металоскляний або металокерамічні корпуса. У деяких з них є виступаючі металеві пластини для відводу тепла, які кріпляться на радіатори.

Електроди сучасних транзисторів розташовані в один ряд. Таке розташування ніжок зручно для автоматичного складання плат. Висновки не маркуються на корпусах. Тип електрода визначається за довідниками або шляхом вимірювань.

Для транзисторів використовують кристали напівпровідників з різними структурами, типу pnp або npn. Вони відрізняються полярністю напруги на електродах.

Схематично будову транзистора можна представити у вигляді двох напівпровідникових діодів, розділених додатковим шаром. (Дивись малюнок 1). Саме наявність цього шару дозволяє управляти провідністю напівпровідникового тріода.

Рис. 1. Будова транзисторів

На малюнку 1 схематично зображено будову біполярних триодов. Існують ще клас польових транзисторів, про які йтиметься нижче.

Базовий принцип роботи

У стані спокою між колектором і емітером біполярного тріода струм не протікає. Електричного струму перешкоджає опір емітерного переходу, яке виникає в результаті взаємодії шарів. Для включення транзистора потрібно подати незначне напруження на його базу.

На малюнку 2 показана схема, яка пояснює принцип роботи тріода.

Рис. 2. Принцип роботи

Керуючи струмами бази можна включати і вимикати пристрій. Якщо на базу подати аналоговий сигнал, то він змінить амплітуду вихідних струмів. При цьому вихідний сигнал точно повторить частоту коливань на базовому електроді. Іншими словами, відбудеться посилення надійшов на вхід електричного сигналу.

Таким чином, напівпровідникові тріоди можуть працювати в режимі електронних ключів або в режимі посилення вхідних сигналів.

Роботу пристрою в режимі електронного ключа можна зрозуміти з малюнка 3.

Рис. 3. Тріод в режимі ключа

Позначення на схемах

Загальноприйняте позначення: «VT» або «Q», після яких вказується позиційний індекс. Наприклад, VT 3. На більш ранніх схемах можна зустріти вийшли з ужитку позначення: «Т», «ПП» або «ПТ». Транзистор зображується у вигляді символічних ліній позначають відповідні електроди, обведені кружком або без такого. Напрямок струму в емітер вказує стрілка.

На малюнку 4 показана схема УНЧ, на якій транзистори позначені новим способом, а на малюнку 5 - схематичні зображення різних типів польових транзисторів.

Рис. 4. Приклад схеми УНЧ на тріодах

види транзисторів

За принципом дії і будовою розрізняють напівпровідникові тріоди:

  • польові;
  • біполярні;
  • комбіновані.

Ці транзистори виконують однакові функції, однак існують відмінності в принципі їх роботи.

польові

Даний вид триодов ще називають уніполярним, через електричних властивостей - у них протікає струм тільки однієї полярності. За будовою і типом управління ці пристрої підрозділяються на 3 види:

  1. Транзистори з керуючим pn переходом (рис. 6).
  2. З ізольованим затвором (бувають з вбудованим або з індукованим каналом).
  3. МДП, зі структурою: метал-діелектрик-провідник.

Відмітна риса ізольованого затвора - наявність діелектрика між ним і каналом.

Деталі дуже чутливі до статичної електрики.

Схеми польових триодов показано на малюнку 5.

Схеми польових триодов показано на малюнку 5

Рис. 5. Польові транзистори Рис Рис. 6. Фото реального польового тріода

Зверніть увагу на назву електродів: сток, витік і затвор.

Польові транзистори споживають дуже мало енергії. Вони можуть працювати більше року від невеликої батарейки або акумулятора. Тому вони знайшли широке застосування в сучасних електронних пристроях, таких як пульти дистанційного керування, мобільні гаджети і т.п.

біполярні

Про цей вид транзисторів багато сказано в підрозділі «Базовий принцип роботи». Відзначимо лише, що назва «Біполярний» пристрій одержав через здатність пропускати заряди протилежних знаків через один канал. Їх особливістю є низький вихідний опір.

Транзистори підсилюють сигнали, працюють як комутаційні пристрої. У ланцюг колектора можна включати досить потужне навантаження. Завдяки великому току колектора можна знизити опір навантаження.

Більш детально про будову та принцип роботи розглянемо нижче.

комбіновані

З метою досягнення певних електричних параметрів від застосування одного дискретного елемента розробники транзисторів винаходять комбіновані конструкції. Серед них можна виділити:

  • біполярні транзистори з впровадженими і їх схему резисторами;
  • комбінації з двох тріодів (однакових або різних структур) в одному корпусі;
  • лямбда-діоди - поєднання двох польових триодов, що утворюють ділянку з негативним опором;
  • конструкції, в яких польовий тріод з ізольованим затвором управляє біполярним тріодом (застосовуються для управління електромоторами).

Комбіновані транзистори - це, по суті, елементарна мікросхема в одному корпусі.

Як працює біполярний транзистор? Інструкція для чайників

Робота біполярних транзисторів заснована на властивостях напівпровідників і їх поєднань. Щоб зрозуміти принцип дії триодов, розберемося з поведінкою напівпровідників в електричних ланцюгах.

Напівпровідники.

Деякі кристали, такі як кремній, германій та ін., Є діелектриками. Але у них є одна особливість - якщо додати певні домішки, то вони стають провідниками з особливими властивостями.

Одні добавки (донори) призводять до появи вільних електронів, а інші (акцептори) - утворюють «дірки».

Якщо, наприклад, кремній легувати фосфором (донор), то отримаємо напівпровідник з надлишком електронів (структура n-Si). При додаванні бору (акцептор) легований кремній стане напівпровідником з доречнийпровідністю (p-Si), тобто в його структурі переважатимуть позитивно заряджені іони.

Одностороння провідність.

Проведемо уявний експеримент: з'єднаємо два різнотипних напівпровідника з джерелом живлення і підведемо ток до нашої конструкції. Відбудеться щось несподіване. Якщо з'єднати негативний дріт з кристалом n-типу, то ланцюг замкнеться. Однак, коли ми поміняємо полярність, то електрики в ланцюзі не буде. Чому так відбувається?

В результаті з'єднання кристалів з різними типами провідності, між ними утворюється область з pn переходом. Частина електронів (носіїв зарядів) з кристала n-типу перетече в кристал з доречнийпровідністю і рекомбинирует дірки в зоні контакту.

В результаті виникають некомпенсовані заряди: в області n-типу - з негативних іонів, а в області p-типу з позитивних. Різниця потенціалів досягає величини від 0,3 до 0,6 В.

Зв'язок між напругою і концентрацією домішок можна виразити формулою:

φ = VT * ln (Nn * Np) / n2i, де

VT - величина термодинамічної напруги, Nn і Np - концентрація відповідно електронів і дірок, а ni позначає власну концентрацію.

При приєднанні плюса до p-провіднику, а мінуса до напівпровідника n-типу, електричні заряди подолають бар'єр, так як їх рух буде направлено проти електричного поля всередині pn переходу. В даному випадку перехід відкритий. Але якщо полюса поміняти місцями, то перехід буде закритий. Звідси висновок: pn перехід утворює односторонню провідність. Ця властивість використовується в конструкції діодів.

Від діода до транзистора.

Ускладнимо експеримент. Додамо ще одну прошарок між двома напівпровідниками з однойменними структурами. Наприклад, між кремнієвими пластинами p-типу вставимо прошарок провідності (n-Si). Не важко здогадатися, що відбудеться в зонах зіткнення. За аналогією з вищеописаним процесом утворюються області з pn переходами, які заблокують рух електричних зарядів між емітером і колектором, причому незалежно від полярності струму.

Найцікавіше відбудеться тоді, коли ми докладемо незначне напруження до прошарку (базі). У нашому випадку, подамо струм з негативним знаком. Як і у випадку з діодом, утворюється ланцюг емітер-база, по якій потече струм. Одночасно прошарок почне насичуватися дірками, що призведе до доречний провідності між емітером і колектором.

Подивіться на малюнок 7. На ньому видно, що позитивні іони заповнили весь простір нашої умовної конструкції і тепер ніщо не заважає провідності струму. Ми отримали наочну модель біполярного транзистора структури pnp.

Ми отримали наочну модель біполярного транзистора структури pnp

Рис. 7. Принцип роботи тріода

При знеструмленні бази транзистор дуже швидко приходить в початковий стан і колекторний перехід закривається.

Пристрій може працювати і в усилительном режимі.

Струм колектора пов'язаний прямий пропорційністю з струмом бази: I к = ß * I Б, де ß - коефіцієнт посилення по току, I Б - струм бази.

Якщо змінити величину керуючого струму, то зміниться інтенсивність утворення дірок на базі, що спричинить за собою пропорційне зміна амплітуди вихідної напруги, зі збереженням частоти сигналу. Цей принцип використовують для посилення сигналів.

Подаючи на базу слабкі імпульси, на виході ми отримуємо таку ж частоту посилення, але зі значно більшою амплітудою (задається величиною напруги, прикладеного до ланцюжку колектор емітер).

Аналогічним чином працюють npn транзистори. Змінюється тільки полярність напруг. Пристрої зі структурою npn мають прямий провідністю. Зворотну провідність мають транзистори pnp типу.

Залишається додати, що напівпровідниковий кристал подібним чином реагує на ультрафіолетовий спектр світла. Включаючи і відключаючи потік фотонів, або регулюючи його інтенсивність, можна управляти роботою тріода або змінювати опір напівпровідникового резистора.

Схеми включення біполярного транзистора

Схемотехніки використовують такі схеми підключення: з загальною базою, загальними електродами емітера і включення із загальним колектором (Рис. 8).

8)

Рис. 8. Схеми підключення біполярних транзисторів

Для підсилювачів із загальною базою характерно:

  • низький вхідний опір, яке не перевищує 100 Ом;
  • хороші температурні властивості і частотні показники тріода;
  • високе допустиме напруження;
  • потрібно два різних джерела для харчування.

Схеми з загальним емітером володіють:

  • високими коефіцієнтами підсилення по струму і напрузі;
  • низькі показники посилення за проектною потужністю;
  • інверсією вихідної напруги щодо вхідного.

При такому підключенні досить одного джерела живлення.

Схема підключення за принципом «загальний колектор» забезпечує:

  • великий вхідний і незначне вихідний опір;
  • низький коефіцієнт напруги щодо посилення (<1).

Як працює польовий транзистор? Пояснення для чайників

Будова польового транзистора відрізняється від біполярного тим, що струм в ньому не перетинає зони pn переходу. Заряди рухаються за регульованим ділянці, званому затвором. Пропускна здатність затвора регулюється напругою.

Простір pn зони зменшується або збільшується під дією електричного поля (див. Рис. 9). Відповідно змінюється кількість вільних носіїв зарядів - від повного руйнування до граничного насичення. В результаті такого впливу на затвор, регулюється струм на електродах стоку (контактах, які виводять оброблений ток). Вхідний струм надходить через контакти витоку.

Малюнок 9. Польовий транзистор з pn переходом

За аналогічним принципом працюють польові тріоди з вбудованим і індукованим каналом. Їхні схеми ви бачили на малюнку 5.

Схеми включення польового транзистора

На практиці застосовують схеми підключень за аналогією з біполярним тріодом:

  • із загальним витоком - видає велику посилення струму і потужності;
  • схеми із загальним затвором забезпечують низький вхідний опір, і незначне посилення (має обмежене застосування);
  • із загальним стоком, що працюють так само, як і схеми із загальним емітером.

На малюнку 10 показані різні схеми включення.

На малюнку 10 показані різні схеми включення

Рис. 10. Зображення схем підключення польових триодов

Практично кожна схема здатна працювати при дуже низьких вхідних напругах.

Відео, що пояснюють принцип роботи транзистора простою мовою



Як працює транзистор: простою мовою для чайників, схеми

Принцип напівпровідникового управління електричним струмом був відомий ще на початку ХХ століття. Незважаючи на те, що інженери, що працюють в областях радіоелектроніки, знали як працює транзистор, вони продовжували конструювати пристрої на основі вакуумних ламп. Причиною такої недовіри до напівпровідникових тріодів було недосконалість перших точкових транзисторів. Сімейство германієвих транзисторів не відрізнялися стабільністю характеристик і сильно залежали від температурних режимів.

Серйозну конкуренцію електронним лампам склали монолітні кремнієві транзистори лише в кінці 50-х років. З цього часу електронна промисловість почала бурхливо розвиватися, а компактні напівпровідникові тріоди активно витісняли енергоємні лампи зі схем електронних приладів. З появою інтегральних мікросхем, де кількість транзисторів може досягати мільярдів штук, напівпровідникова електроніка здобула переконливу перемогу в боротьбі за мініатюризацію пристроїв.

Що таке транзистор?

У сучасному значенні транзистором називають напівпровідниковий радіоелемент, призначений для зміни параметрів електричного струму і управління ім. У звичайного напівпровідникового тріода є три висновки: база, на яку подаються сигнали управління, емітер і колектор. Існують також складові транзистори великої потужності.

Вражає шкала розмірів напівпровідникових пристроїв - від декількох нанометрів (безкорпусні елементи, які використовуються в мікросхемах), до сантиметрів в діаметрі потужних транзисторів, призначених для енергетичних установок і промислового устаткування. Зворотні напруги промислових триодов можуть досягати до 1000 В.

Пристрій

Конструктивно триод складається з напівпровідникових шарів, ув'язнених в корпусі. Напівпровідниками служать матеріали на основі кремнію, германію, арсеніду галію та інших хімічних елементів. Сьогодні проводяться дослідження, які готують на роль напівпровідникових матеріалів деякі види полімерів, і навіть вуглецевих нанотрубок. Мабуть в недалекому майбутньому ми дізнаємося про нові властивості графенових польових транзисторів.

Раніше кристали напівпровідника розташовувалися в металевих корпусах у вигляді капелюшків з трьома ніжками. Така конструкція була характерна для точкових транзисторів.

Сьогодні конструкції більшості плоских, в т. Ч. Кремнієвих напівпровідникових приладів виконані на основі легованого в певних частинах монокристалла. Вони впресовані в пластмасові, металоскляний або металокерамічні корпуса. У деяких з них є виступаючі металеві пластини для відводу тепла, які кріпляться на радіатори.

Електроди сучасних транзисторів розташовані в один ряд. Таке розташування ніжок зручно для автоматичного складання плат. Висновки не маркуються на корпусах. Тип електрода визначається за довідниками або шляхом вимірювань.

Для транзисторів використовують кристали напівпровідників з різними структурами, типу pnp або npn. Вони відрізняються полярністю напруги на електродах.

Схематично будову транзистора можна представити у вигляді двох напівпровідникових діодів, розділених додатковим шаром. (Дивись малюнок 1). Саме наявність цього шару дозволяє управляти провідністю напівпровідникового тріода.

Рис. 1. Будова транзисторів

На малюнку 1 схематично зображено будову біполярних триодов. Існують ще клас польових транзисторів, про які йтиметься нижче.

Базовий принцип роботи

У стані спокою між колектором і емітером біполярного тріода струм не протікає. Електричного струму перешкоджає опір емітерного переходу, яке виникає в результаті взаємодії шарів. Для включення транзистора потрібно подати незначне напруження на його базу.

На малюнку 2 показана схема, яка пояснює принцип роботи тріода.

Рис. 2. Принцип роботи

Керуючи струмами бази можна включати і вимикати пристрій. Якщо на базу подати аналоговий сигнал, то він змінить амплітуду вихідних струмів. При цьому вихідний сигнал точно повторить частоту коливань на базовому електроді. Іншими словами, відбудеться посилення надійшов на вхід електричного сигналу.

Таким чином, напівпровідникові тріоди можуть працювати в режимі електронних ключів або в режимі посилення вхідних сигналів.

Роботу пристрою в режимі електронного ключа можна зрозуміти з малюнка 3.

Рис. 3. Тріод в режимі ключа

Позначення на схемах

Загальноприйняте позначення: «VT» або «Q», після яких вказується позиційний індекс. Наприклад, VT 3. На більш ранніх схемах можна зустріти вийшли з ужитку позначення: «Т», «ПП» або «ПТ». Транзистор зображується у вигляді символічних ліній позначають відповідні електроди, обведені кружком або без такого. Напрямок струму в емітер вказує стрілка.

На малюнку 4 показана схема УНЧ, на якій транзистори позначені новим способом, а на малюнку 5 - схематичні зображення різних типів польових транзисторів.

Рис. 4. Приклад схеми УНЧ на тріодах

види транзисторів

За принципом дії і будовою розрізняють напівпровідникові тріоди:

  • польові;
  • біполярні;
  • комбіновані.

Ці транзистори виконують однакові функції, однак існують відмінності в принципі їх роботи.

польові

Даний вид триодов ще називають уніполярним, через електричних властивостей - у них протікає струм тільки однієї полярності. За будовою і типом управління ці пристрої підрозділяються на 3 види:

  1. Транзистори з керуючим pn переходом (рис. 6).
  2. З ізольованим затвором (бувають з вбудованим або з індукованим каналом).
  3. МДП, зі структурою: метал-діелектрик-провідник.

Відмітна риса ізольованого затвора - наявність діелектрика між ним і каналом.

Деталі дуже чутливі до статичної електрики.

Схеми польових триодов показано на малюнку 5.

Схеми польових триодов показано на малюнку 5

Рис. 5. Польові транзистори Рис Рис. 6. Фото реального польового тріода

Зверніть увагу на назву електродів: сток, витік і затвор.

Польові транзистори споживають дуже мало енергії. Вони можуть працювати більше року від невеликої батарейки або акумулятора. Тому вони знайшли широке застосування в сучасних електронних пристроях, таких як пульти дистанційного керування, мобільні гаджети і т.п.

біполярні

Про цей вид транзисторів багато сказано в підрозділі «Базовий принцип роботи». Відзначимо лише, що назва «Біполярний» пристрій одержав через здатність пропускати заряди протилежних знаків через один канал. Їх особливістю є низький вихідний опір.

Транзистори підсилюють сигнали, працюють як комутаційні пристрої. У ланцюг колектора можна включати досить потужне навантаження. Завдяки великому току колектора можна знизити опір навантаження.

Більш детально про будову та принцип роботи розглянемо нижче.

комбіновані

З метою досягнення певних електричних параметрів від застосування одного дискретного елемента розробники транзисторів винаходять комбіновані конструкції. Серед них можна виділити:

  • біполярні транзистори з впровадженими і їх схему резисторами;
  • комбінації з двох тріодів (однакових або різних структур) в одному корпусі;
  • лямбда-діоди - поєднання двох польових триодов, що утворюють ділянку з негативним опором;
  • конструкції, в яких польовий тріод з ізольованим затвором управляє біполярним тріодом (застосовуються для управління електромоторами).

Комбіновані транзистори - це, по суті, елементарна мікросхема в одному корпусі.

Як працює біполярний транзистор? Інструкція для чайників

Робота біполярних транзисторів заснована на властивостях напівпровідників і їх поєднань. Щоб зрозуміти принцип дії триодов, розберемося з поведінкою напівпровідників в електричних ланцюгах.

Напівпровідники.

Деякі кристали, такі як кремній, германій та ін., Є діелектриками. Але у них є одна особливість - якщо додати певні домішки, то вони стають провідниками з особливими властивостями.

Одні добавки (донори) призводять до появи вільних електронів, а інші (акцептори) - утворюють «дірки».

Якщо, наприклад, кремній легувати фосфором (донор), то отримаємо напівпровідник з надлишком електронів (структура n-Si). При додаванні бору (акцептор) легований кремній стане напівпровідником з доречнийпровідністю (p-Si), тобто в його структурі переважатимуть позитивно заряджені іони.

Одностороння провідність.

Проведемо уявний експеримент: з'єднаємо два різнотипних напівпровідника з джерелом живлення і підведемо ток до нашої конструкції. Відбудеться щось несподіване. Якщо з'єднати негативний дріт з кристалом n-типу, то ланцюг замкнеться. Однак, коли ми поміняємо полярність, то електрики в ланцюзі не буде. Чому так відбувається?

В результаті з'єднання кристалів з різними типами провідності, між ними утворюється область з pn переходом. Частина електронів (носіїв зарядів) з кристала n-типу перетече в кристал з доречнийпровідністю і рекомбинирует дірки в зоні контакту.

В результаті виникають некомпенсовані заряди: в області n-типу - з негативних іонів, а в області p-типу з позитивних. Різниця потенціалів досягає величини від 0,3 до 0,6 В.

Зв'язок між напругою і концентрацією домішок можна виразити формулою:

φ = VT * ln (Nn * Np) / n2i, де

VT - величина термодинамічної напруги, Nn і Np - концентрація відповідно електронів і дірок, а ni позначає власну концентрацію.

При приєднанні плюса до p-провіднику, а мінуса до напівпровідника n-типу, електричні заряди подолають бар'єр, так як їх рух буде направлено проти електричного поля всередині pn переходу. В даному випадку перехід відкритий. Але якщо полюса поміняти місцями, то перехід буде закритий. Звідси висновок: pn перехід утворює односторонню провідність. Ця властивість використовується в конструкції діодів.

Від діода до транзистора.

Ускладнимо експеримент. Додамо ще одну прошарок між двома напівпровідниками з однойменними структурами. Наприклад, між кремнієвими пластинами p-типу вставимо прошарок провідності (n-Si). Не важко здогадатися, що відбудеться в зонах зіткнення. За аналогією з вищеописаним процесом утворюються області з pn переходами, які заблокують рух електричних зарядів між емітером і колектором, причому незалежно від полярності струму.

Найцікавіше відбудеться тоді, коли ми докладемо незначне напруження до прошарку (базі). У нашому випадку, подамо струм з негативним знаком. Як і у випадку з діодом, утворюється ланцюг емітер-база, по якій потече струм. Одночасно прошарок почне насичуватися дірками, що призведе до доречний провідності між емітером і колектором.

Подивіться на малюнок 7. На ньому видно, що позитивні іони заповнили весь простір нашої умовної конструкції і тепер ніщо не заважає провідності струму. Ми отримали наочну модель біполярного транзистора структури pnp.

Ми отримали наочну модель біполярного транзистора структури pnp

Рис. 7. Принцип роботи тріода

При знеструмленні бази транзистор дуже швидко приходить в початковий стан і колекторний перехід закривається.

Пристрій може працювати і в усилительном режимі.

Струм колектора пов'язаний прямий пропорційністю з струмом бази: I к = ß * I Б, де ß - коефіцієнт посилення по току, I Б - струм бази.

Якщо змінити величину керуючого струму, то зміниться інтенсивність утворення дірок на базі, що спричинить за собою пропорційне зміна амплітуди вихідної напруги, зі збереженням частоти сигналу. Цей принцип використовують для посилення сигналів.

Подаючи на базу слабкі імпульси, на виході ми отримуємо таку ж частоту посилення, але зі значно більшою амплітудою (задається величиною напруги, прикладеного до ланцюжку колектор емітер).

Аналогічним чином працюють npn транзистори. Змінюється тільки полярність напруг. Пристрої зі структурою npn мають прямий провідністю. Зворотну провідність мають транзистори pnp типу.

Залишається додати, що напівпровідниковий кристал подібним чином реагує на ультрафіолетовий спектр світла. Включаючи і відключаючи потік фотонів, або регулюючи його інтенсивність, можна управляти роботою тріода або змінювати опір напівпровідникового резистора.

Схеми включення біполярного транзистора

Схемотехніки використовують такі схеми підключення: з загальною базою, загальними електродами емітера і включення із загальним колектором (Рис. 8).

8)

Рис. 8. Схеми підключення біполярних транзисторів

Для підсилювачів із загальною базою характерно:

  • низький вхідний опір, яке не перевищує 100 Ом;
  • хороші температурні властивості і частотні показники тріода;
  • високе допустиме напруження;
  • потрібно два різних джерела для харчування.

Схеми з загальним емітером володіють:

  • високими коефіцієнтами підсилення по струму і напрузі;
  • низькі показники посилення за проектною потужністю;
  • інверсією вихідної напруги щодо вхідного.

При такому підключенні досить одного джерела живлення.

Схема підключення за принципом «загальний колектор» забезпечує:

  • великий вхідний і незначне вихідний опір;
  • низький коефіцієнт напруги щодо посилення (<1).

Як працює польовий транзистор? Пояснення для чайників

Будова польового транзистора відрізняється від біполярного тим, що струм в ньому не перетинає зони pn переходу. Заряди рухаються за регульованим ділянці, званому затвором. Пропускна здатність затвора регулюється напругою.

Простір pn зони зменшується або збільшується під дією електричного поля (див. Рис. 9). Відповідно змінюється кількість вільних носіїв зарядів - від повного руйнування до граничного насичення. В результаті такого впливу на затвор, регулюється струм на електродах стоку (контактах, які виводять оброблений ток). Вхідний струм надходить через контакти витоку.

Малюнок 9. Польовий транзистор з pn переходом

За аналогічним принципом працюють польові тріоди з вбудованим і індукованим каналом. Їхні схеми ви бачили на малюнку 5.

Схеми включення польового транзистора

На практиці застосовують схеми підключень за аналогією з біполярним тріодом:

  • із загальним витоком - видає велику посилення струму і потужності;
  • схеми із загальним затвором забезпечують низький вхідний опір, і незначне посилення (має обмежене застосування);
  • із загальним стоком, що працюють так само, як і схеми із загальним емітером.

На малюнку 10 показані різні схеми включення.

На малюнку 10 показані різні схеми включення

Рис. 10. Зображення схем підключення польових триодов

Практично кожна схема здатна працювати при дуже низьких вхідних напругах.

Відео, що пояснюють принцип роботи транзистора простою мовою



Що таке транзистор?
Як працює біполярний транзистор?
Чому так відбувається?
Як працює польовий транзистор?
Що таке транзистор?
Як працює біполярний транзистор?
Чому так відбувається?
Як працює польовий транзистор?
Що таке транзистор?
Як працює біполярний транзистор?

Новости

Цена гидроизоляции крыши
Во-1-х, этот комплекс действий защищает сооружение от разрушительного воздействия осадков. Без гидроизоляции в строении возникают протечки (а гидроизолирующее покрытие держит воду даже при резких перепадах

Гидроизоляция пола в ванной
Процесс выполнения гидроизоляции Гидроизоляционный раствор следует наносить в 2 этапа: первый слой раствора следует нанести на пол, а через 4-6 часов второй . Как правило, выполняется она специальными

Гидроизоляционная пленка для кровли
Основные разновидности пленочных гидроизоляционных материалов Для защиты крыши от негативного воздействия влаги, могут применяться следующие виды материалов: Именно мембраны считаются оптимальным выбором

Гидроизоляция пола перед стяжкой
В повседневной жизни рано или поздно все сталкиваются с «несанкционированным» проникновением воды из или в помещения проживания. Мы топим, нас топят, или в своем доме на первом этаже появляются непредусмотренные

Гидроизоляционная пленка: Что это, какие бывают пленки, инструкция по монтажу, цены за рулон
Гидроизоляционная пленка – это материал, который используется для защиты здания от влаги, конденсата и атмосферных осадков. Позволяет существенно продлить эксплуатацию не только здания, но и его основных

Организация кровельного пирога - пароизоляция, утепление, гидроизоляция кровли
Принципиально увидеть, что, беря во внимание подобные тенденции, строй компании сразу строят новые дома с мансардой жилого плана, но и обладатели уже построенных особняков также хотят переоборудовать

Обмазочная гидроизоляция для бетона: виды, требование и применение
Задачей строительства является не просто построить здание, но и защитить поверхности от проникновения воды. Фундамент, подвал, полы, крыша всегда соприкасаются с водой. Защиты требуют не только места,

Пароизоляция и гидроизоляция: отличие и назначение
Каждому человеку хочется, чтобы условия проживания в доме были одинаково комфортны как в летний зной, так и в зимнюю стужу. Но что нужно, чтобы создать в доме благоприятную атмосферу? Конечно же, в условиях

Мастика гидроизоляционная: история появления, многообразие видов
Нет необходимости говорить, что гидроизоляция продлевает срок эксплуатации конструктивных элементов зданий и сооружений. Видов защиты от проникновения влаги большое количество. Нас же в этой статье

Гидроизоляция стен от фундамента: материалы, правила
Так как фундамент является основой всего дома, то особое внимание необходимо уделить его гидроизоляции. Она будет надежно защищать строение от попадания внутрь как грунтовых вод, так и поверхностных вод