Η συσκευή και η αρχή λειτουργίας του τρανζίστορ

Η πρακτική σημασία του διπολικού τρανζίστορ στη σύγχρονη ηλεκτρονική και ηλεκτρική μηχανική δεν μπορεί να υπερεκτιμηθεί. Τα διπολικά τρανζίστορ χρησιμοποιούνται παντού σήμερα: για τη δημιουργία και την ενίσχυση σημάτων, σε ηλεκτρικούς μετατροπείς, σε δέκτες και πομπούς και σε πολλά άλλα μέρη, μπορεί να καταχωρηθεί για πολύ μεγάλο χρονικό διάστημα.

Επομένως, στο πλαίσιο αυτού του άρθρου, δεν θα αγγίξουμε όλους τους πιθανούς τομείς εφαρμογής των διπολικών τρανζίστορ, αλλά θα εξετάσουμε μόνο τη συσκευή και τη γενική αρχή λειτουργίας αυτής της υπέροχης συσκευής ημιαγωγών, η οποία από τη δεκαετία του 1950 γύρισε ολόκληρη τη βιομηχανία ηλεκτρονικών και από τη δεκαετία του 1970 συνέβαλε σημαντικά στην επιτάχυνση της τεχνικής προόδου.

Ένα διπολικό τρανζίστορ είναι μια συσκευή ημιαγωγών τριών ηλεκτροδίων που περιλαμβάνει τρεις βάσεις μεταβλητής αγωγιμότητας ως βάση. Έτσι, τα τρανζίστορ είναι των τύπων NPN και PNP. Τα υλικά ημιαγωγών από τα οποία κατασκευάζονται τα τρανζίστορ είναι κυρίως: πυρίτιο, γερμάνιο, αρσενίδιο του γαλλίου και άλλα.

Το πυρίτιο, το γερμάνιο και άλλες ουσίες είναι αρχικά διηλεκτρικά, αλλά αν προσθέσετε ακαθαρσίες σε αυτά, γίνονται ημιαγωγοί. Οι προσθήκες στο πυρίτιο, όπως ο φώσφορος (ένας δότης ηλεκτρονίων) θα κάνουν το πυρίτιο ημιαγωγό τύπου Ν, και εάν το βόριο (ένας δέκτης ηλεκτρονίων) προστεθεί στο πυρίτιο, τότε το πυρίτιο θα γίνει ημιαγωγός τύπου Ρ.

Ως αποτέλεσμα, οι ημιαγωγοί τύπου Ν έχουν αγωγιμότητα ηλεκτρονίων και οι ημιαγωγοί τύπου Ρ έχουν αγωγιμότητα οπών. Όπως καταλαβαίνετε, η αγωγιμότητα καθορίζεται από τον τύπο των ενεργών φορέων φορτίου.

Έτσι, μια πίτα τριών στρωμάτων ημιαγωγών τύπου P και τύπου N είναι ουσιαστικά ένα διπολικό τρανζίστορ. Σε κάθε στρώμα συνδέονται τερματικά που ονομάζονται: Emitter, Collector και Base.

Η βάση είναι ένα ηλεκτρόδιο ελέγχου αγωγιμότητας. Ο πομπός είναι η πηγή των φορέων ρεύματος στο κύκλωμα. Ο συλλέκτης είναι το μέρος προς την κατεύθυνση του οποίου ορμούν οι φορείς ρεύματος υπό τη δράση του EMF που εφαρμόζεται στη συσκευή.

Τα σύμβολα για τα διπολικά τρανζίστορ NPN και PNP είναι διαφορετικά στα διαγράμματα. Αυτές οι ονομασίες αντικατοπτρίζουν μόνο τη συσκευή και την αρχή λειτουργίας του τρανζίστορ στο ηλεκτρικό κύκλωμα. Το βέλος τραβιέται πάντα μεταξύ του πομπού και της βάσης. Η κατεύθυνση του βέλους είναι η κατεύθυνση του ρεύματος ελέγχου που τροφοδοτείται στο κύκλωμα εκπομπού βάσης.

Έτσι, σε ένα τρανζίστορ NPN, το βέλος δείχνει από τη βάση προς τον πομπό, πράγμα που σημαίνει ότι σε ενεργό τρόπο, τα ηλεκτρόνια από τον πομπό θα σπεύσουν στον συλλέκτη, ενώ το ρεύμα ελέγχου πρέπει να κατευθυνθεί από τη βάση στον πομπό.

Σε ένα τρανζίστορ PNP, συμβαίνει ακριβώς το αντίθετο: το βέλος κατευθύνεται από τον πομπό στη βάση, πράγμα που σημαίνει ότι στην ενεργή λειτουργία οι οπές από τον εκπομπό τρέχουν στον συλλέκτη, ενώ το ρεύμα ελέγχου πρέπει να κατευθύνεται από τον πομπό στον βάση.

Ας δούμε γιατί συμβαίνει αυτό. Όταν εφαρμόζεται σταθερή θετική τάση στη βάση ενός τρανζίστορ NPN (στην περιοχή των 0,7 βολτ) σε σχέση με τον εκπομπό του, η διασταύρωση pn βάσης-εκπομπού αυτού του τρανζίστορ NPN (βλ. εικόνα) πολώνεται προς τα εμπρός και το φράγμα δυναμικού μεταξύ η διασταύρωση συλλέκτη-βάση και ο εκπομπός βάσης μειώνεται, τώρα τα ηλεκτρόνια μπορούν να κινηθούν μέσα από αυτήν υπό τη δράση του EMF στο κύκλωμα συλλέκτη-εκπομπού.

Με επαρκές ρεύμα βάσης, ένα ρεύμα συλλέκτη-εκπομπού θα προκύψει σε αυτό το κύκλωμα και θα συγκεντρωθεί με το ρεύμα του εκπομπού βάσης. Το τρανζίστορ NPN θα ενεργοποιηθεί.

Η σχέση μεταξύ του ρεύματος συλλέκτη και του ρεύματος ελέγχου (βάση) ονομάζεται κέρδος ρεύματος του τρανζίστορ. Αυτή η παράμετρος δίνεται στην τεκμηρίωση του τρανζίστορ και μπορεί να ποικίλλει από μονάδες έως αρκετές εκατοντάδες.

Όταν εφαρμόζεται σταθερή αρνητική τάση στη βάση ενός τρανζίστορ PNP (στην περιοχή των -0,7 βολτ) σε σχέση με τον εκπομπό του, η διασταύρωση βάσης-εκπομπού np αυτού του τρανζίστορ PNP είναι πολωμένη προς τα εμπρός και το φράγμα δυναμικού μεταξύ του συλλέκτη- Η διασταύρωση βάσης και βάσης -εκπομπός μειώνεται, τώρα οι τρύπες μπορούν να κινηθούν μέσα από αυτήν υπό τη δράση του EMF στο κύκλωμα συλλέκτη-εκπομπού.

Σημειώστε την πολικότητα της παροχής στο κύκλωμα συλλέκτη. Με επαρκές ρεύμα βάσης, ένα ρεύμα συλλέκτη-εκπομπού θα προκύψει σε αυτό το κύκλωμα και θα συγκεντρωθεί με το ρεύμα του εκπομπού βάσης. Το τρανζίστορ PNP θα ενεργοποιηθεί.

Τα διπολικά τρανζίστορ χρησιμοποιούνται συνήθως σε διάφορες συσκευές σε ενισχυτές, φραγμούς ή διακόπτες.

Στη λειτουργία ενίσχυσης, το ρεύμα βάσης δεν πέφτει ποτέ κάτω από το ρεύμα συγκράτησης, το οποίο διατηρεί το τρανζίστορ σε ανοιχτή αγώγιμη κατάσταση ανά πάσα στιγμή. Σε αυτόν τον τρόπο λειτουργίας, οι ταλαντώσεις χαμηλού ρεύματος βάσης εκκινούν αντίστοιχες ταλαντώσεις σε πολύ υψηλότερο ρεύμα συλλέκτη.

Στη λειτουργία κλειδιού, το τρανζίστορ αλλάζει από κλειστή σε ανοιχτή κατάσταση, λειτουργώντας ως ηλεκτρονικός διακόπτης υψηλής ταχύτητας. Στη λειτουργία φραγμού, αλλάζοντας το ρεύμα βάσης, ελέγχεται το ρεύμα φορτίου που περιλαμβάνεται στο κύκλωμα συλλέκτη.

Δείτε επίσης:Τρανζίστορ Ηλεκτρονικός Διακόπτης - Αρχή Λειτουργίας και Σχηματικός