Hur fungerar en transistor och var används den?

Ett radioelektroniskt element tillverkat av halvledarmaterial, som använder en insignal, skapar, förstärker, ändrar pulser i integrerade kretsar och system för lagring, bearbetning och överföring av information. En transistor är ett motstånd vars funktioner regleras av spänningen mellan emitter och bas eller källa och gate, beroende på typ av modul.

Typer av transistorer

Omvandlare används i stor utsträckning vid produktion av digitala och analoga mikrokretsar för att nollställa statisk konsumentström och erhålla förbättrad linjäritet. Typerna av transistorer skiljer sig åt genom att vissa styrs av en spänningsförändring, de senare regleras av en strömavvikelse.

Fältmodulerna arbetar med ökat DC-motstånd, högfrekvent transformation ökar inte energikostnaderna.Om vi ​​säger vad en transistor är i enkla termer, så är detta en modul med hög förstärkningsmarginal. Denna egenskap är större hos fältarter än hos bipolära typer. De förstnämnda har inte laddningsbärareresorption, vilket påskyndar driften.

Fälthalvledare används oftare på grund av deras fördelar jämfört med bipolära typer:

• kraftfullt motstånd vid ingången vid likström och hög frekvens, detta minskar energiförlusten för kontroll;
• brist på ackumulering av mindre elektroner, vilket påskyndar driften av transistorn;
• transport av rörliga partiklar;
• stabilitet med temperaturavvikelser;
• litet ljud på grund av brist på injektion;
• låg strömförbrukning under drift.

Typerna av transistorer och deras egenskaper bestämmer syftet. Uppvärmning av omvandlaren av bipolär typ ökar strömmen längs vägen från kollektorn till emittern. De har en negativ motståndskoefficient, och mobila bärare strömmar till uppsamlingsanordningen från sändaren. Den tunna basen separeras av p-n-övergångar, och strömmen uppstår endast när rörliga partiklar ackumuleras och injiceras i basen. Vissa laddningsbärare fångas upp av en intilliggande p-n-övergång och accelereras, det är så här parametrarna för transistorer beräknas.

FET har en annan typ av fördel som måste nämnas för dummies. De är parallellkopplade utan att utjämna motståndet. Motstånd används inte för detta ändamål, eftersom indikatorn ökar automatiskt när belastningen ändras. För att erhålla ett högt värde på omkopplingsströmmen rekryteras ett komplex av moduler, som används i växelriktare eller andra enheter.

Det är omöjligt att parallellkoppla en bipolär transistor, bestämningen av funktionella parametrar leder till det faktum att ett termiskt sammanbrott av irreversibel natur detekteras. Dessa egenskaper är relaterade till de tekniska egenskaperna hos enkla p-n-kanaler. Modulerna är parallellkopplade med hjälp av resistorer för att utjämna strömmen i emitterkretsarna. Beroende på de funktionella egenskaperna och individuella detaljerna särskiljs bipolära och fälttyper i klassificeringen av transistorer.

Bipolära transistorer

Bipolära konstruktioner produceras som halvledarenheter med tre ledare. Skikt med hålets p-konduktivitet eller förorenings-n-konduktivitet finns i var och en av elektroderna. Valet av en komplett uppsättning lager bestämmer frisättningen av p-n-p eller n-p-n typer av enheter. I det ögonblick som enheten slås på överförs olika typer av laddningar samtidigt av hål och elektroner, 2 typer av partiklar är inblandade.

Bärare rör sig på grund av diffusionsmekanismen. Atomer och molekyler av ett ämne tränger in i det intermolekylära gittret i ett angränsande material, varefter deras koncentration planar ut i hela volymen. Transport sker från områden med hög packning till områden med lågt innehåll.

Elektroner fortplantas också under inverkan av ett kraftfält runt partiklar med en ojämn inkludering av legeringstillsatser i basmassan. För att påskynda driften av enheten görs elektroden ansluten till mellanskiktet tunn. De yttersta ledarna kallas emitter och kollektor. Den omvända spänningskarakteristiken för övergången är oviktig.

FET

Fälteffekttransistorn styr resistansen med hjälp av ett elektriskt tvärfält som uppstår från den pålagda spänningen. Platsen från vilken elektronerna rör sig in i kanalen kallas källan, och avloppet ser ut som slutpunkten för inträde för laddningar. Styrspänningen går genom en ledare som kallas grinden. Enheter är indelade i 2 typer:

• med kontroll p-n-övergång;
• MIS-transistorer med isolerad grind.

Enheter av den första typen innehåller en halvledarskiva i designen, som är ansluten till den kontrollerade kretsen med hjälp av elektroder på motsatta sidor (drain och source). En plats med en annan typ av ledningsförmåga uppstår efter att plattan är ansluten till grinden. En konstant förspänningskälla införd i ingångskretsen alstrar en blockerande spänning vid övergången.

Källan till den förstärkta pulsen är också belägen i ingångskretsen. Efter att ha ändrat spänningen vid ingången omvandlas motsvarande indikator vid p-n-övergången. Skikttjockleken och tvärsnittsarean av kanalövergången i kristallen, som överför flödet av laddade elektroner, modifieras. Kanalbredden beror på utrymmet mellan utarmningsområdet (under grinden) och substratet. Styrströmmen vid start- och slutpunkterna styrs genom att ändra utarmningsområdets bredd.

MIS-transistorn kännetecknas av det faktum att dess gate är separerad av isolering från kanalskiktet. I en halvledarkristall, som kallas ett substrat, skapas dopade platser med motsatt tecken. Ledare är installerade på dem - ett avlopp och en källa, mellan vilka ett dielektrikum är beläget på ett avstånd av mindre än en mikron. På isolatorn finns en metallelektrod - en slutare.På grund av den resulterande strukturen som innehåller en metall, ett dielektriskt skikt och en halvledare, ges transistorerna förkortningen MIS.

Enhet och funktionsprincip för nybörjare

Teknologier fungerar inte bara med en laddning av elektricitet, utan också med ett magnetfält, ljuskvanta och fotoner. Funktionsprincipen för transistorn ligger i de tillstånd som enheten växlar mellan. Mitt emot liten och stor signal, öppet och stängt tillstånd - detta är enheters dubbla arbete.

Tillsammans med halvledarmaterialet i kompositionen, som används i form av en enkristall, dopad på vissa ställen, har transistorn i sin design:

• slutsatser från metall;
• dielektriska isolatorer;
• hölje av transistorer gjorda av glas, metall, plast, cermet.

Innan uppfinningen av bipolära eller polära enheter användes elektroniska vakuumrör som aktiva element. De kretsar som utvecklats för dem, efter modifiering, används vid produktion av halvledarenheter. De skulle kunna kopplas ihop som en transistor och användas, eftersom många av lampornas funktionella egenskaper är lämpliga för att beskriva driften av fältarter.

Fördelar och nackdelar med att byta ut lampor med transistorer

Uppfinningen av transistorer är en stimulerande faktor för införandet av innovativa teknologier inom elektronik. Nätverket använder moderna halvledarelement, i jämförelse med de gamla lampkretsarna har sådan utveckling fördelar:

• små dimensioner och låg vikt, vilket är viktigt för miniatyrelektronik;
• förmågan att tillämpa automatiserade processer i produktionen av enheter och gruppera stegen, vilket minskar kostnaderna;
• användningen av små strömkällor på grund av behovet av låg spänning;
• momentan påslagning, uppvärmning av katoden krävs inte;
• ökad energieffektivitet på grund av minskad effektförlust;
• styrka och tillförlitlighet;
• välkoordinerad interaktion med ytterligare element i nätverket;
• motstånd mot vibrationer och stötar.

Nackdelar visas i följande bestämmelser:

• kiseltransistorer fungerar inte vid spänningar större än 1 kW, lampor är effektiva vid hastigheter över 1-2 kW;
• vid användning av transistorer i högeffektssändningsnätverk eller mikrovågssändare krävs matchning av parallellkopplade lågeffektsförstärkare;
• halvledarelementens sårbarhet för effekterna av en elektromagnetisk signal;
• en känslig reaktion på kosmisk strålning och strålning, vilket kräver utveckling av resistenta strålningsmikrokretsar i detta avseende.

Byte av system

För att fungera i en enda krets kräver transistorn 2 utgångar vid ingången och utgången. Nästan alla typer av halvledarenheter har bara 3 anslutningspunkter. För att komma ur en svår situation tilldelas en av ändarna som en gemensam. Detta leder till 3 vanliga anslutningsscheman:

• för bipolär transistor;
• polär anordning;
• med öppet avlopp (uppsamlare).

Den bipolära modulen är ansluten till en gemensam emitter för både spännings- och strömförstärkning (MA). I andra fall matchar den stiften på ett digitalt chip när det finns en stor spänning mellan den yttre kretsen och den inre ledningsplanen.Så fungerar den gemensamma kollektoranslutningen och endast en ökning av strömmen (OK) observeras. Om du behöver öka spänningen, så introduceras elementet med en gemensam bas (OB). Alternativet fungerar bra i sammansatta kaskadkretsar, men är sällan inställt i enkeltransistorprojekt.

Fälthalvledarenheter av MIS-varianter och som använder en p-n-övergång ingår i kretsen:

• med en gemensam sändare (CI) - en anslutning som liknar OE för en modul av bipolär typ
• med en enda utgång (OS) - en plan av typen OK;
• med en fogslutare (OZ) - en liknande beskrivning av OB.

I open-drain-planer slås transistorn på med en gemensam emitter som en del av mikrokretsen. Kollektorutgången är inte ansluten till andra delar av modulen, och lasten går till den externa kontakten. Valet av spänningsintensitet och kollektorströmstyrka görs efter installationen av projektet. Open-drain-enheter fungerar i kretsar med kraftfulla slutsteg, busdrivrutiner, TTL-logikkretsar.

Vad är transistorer till för?

Omfattningen är avgränsad beroende på typ av enhet - bipolär modul eller fält. Varför behövs transistorer? Om lågström behövs, till exempel i digitala planer, används fältvyer. Analoga kretsar uppnår hög förstärkningslinjäritet över en rad matningsspänningar och utgångar.

Installationsområden för bipolära transistorer är förstärkare, deras kombinationer, detektorer, modulatorer, transistorlogistikkretsar och växelriktare av logiktyp.

Användningsplatser för transistorer beror på deras egenskaper. De fungerar i 2 lägen:

• på ett förstärkande sätt, ändra utgångspulsen med små avvikelser av styrsignalen;
• i nyckelregleringen, som styr strömförsörjningen av laster med en svag inström, är transistorn helt stängd eller öppen.

Typen av halvledarmodul ändrar inte villkoren för dess drift. Källan är ansluten till lasten, till exempel en omkopplare, en förstärkare, en belysningsenhet, det kan vara en elektronisk sensor eller en kraftfull intilliggande transistor. Med hjälp av ström börjar driften av lastanordningen, och transistorn är ansluten till kretsen mellan installationen och källan. Halvledarmodulen begränsar styrkan på den energi som tillförs enheten.

Resistansen vid transistorns utgång transformeras beroende på spänningen på styrledaren. Strömstyrkan och spänningen vid kretsens början och slutpunkt ändras och ökar eller minskar och beror på typen av transistor och hur den är ansluten. Styrningen av en kontrollerad strömförsörjning leder till en ökning av strömmen, en effektpuls eller en ökning av spänningen.

Transistorer av båda typerna används i följande fall:

1. I digital reglering. Experimentella konstruktioner av digitala förstärkningskretsar baserade på digital-till-analogomvandlare (DAC) har utvecklats.
2. i pulsgeneratorer. Beroende på typen av sammansättning arbetar transistorn i nyckel- eller linjärordning för att reproducera kvadratiska respektive godtyckliga signaler.
3. I elektroniska hårdvaruenheter. För att skydda information och program från stöld, illegal hackning och användning. Operationen sker i nyckelläget, strömstyrkan styrs i analog form och regleras med hjälp av pulsbredden.Transistorer är placerade i drivningarna av elektriska motorer, omkopplingsspänningsstabilisatorer.

Monokristallina halvledare och öppna och stängda moduler ökar effekten, men fungerar bara som omkopplare. I digitala enheter används transistorer av fälttyp som ekonomiska moduler. Tillverkningsteknik i konceptet med integrerade experiment möjliggör produktion av transistorer på ett enda kiselchip.

Miniatyriseringen av kristaller leder till snabbare datorer, mindre energi och mindre värme.

Liknande artiklar: