Diferite tipuri de tranzistoare și funcționarea acestora

Deoarece creierul nostru este format din 100 de miliarde de celule numite neuroni, care sunt folosite pentru a gândi și memora lucrurile. Ca și computerul, au și miliarde de mici celule cerebrale numite tranzistoare. Este compus dintr-un element chimic extras din nisip numit siliciu. Tranzistoarele schimbă radical teoria electronicii, deoarece a fost proiectată cu peste jumătate de secol înainte de John Bardeen, Walter Brattain și William Shockley.

Deci, vă vom spune cum funcționează sau ce sunt de fapt?

Ce sunt tranzistoarele?

Aceste dispozitive sunt alcătuite din material semiconductor care este utilizat în mod obișnuit în scopuri de amplificare sau comutare, poate fi utilizat și pentru controlul fluxului de tensiune și curent. Este, de asemenea, utilizat pentru a amplifica semnalele de intrare în semnalul de ieșire. Un tranzistor este de obicei un dispozitiv electronic în stare solidă care este alcătuit din materiale semiconductoare. Circulația electronică a curentului poate fi modificată prin adăugarea de electroni. Acest proces aduce variații de tensiune pentru a afecta proporțional multe variații ale curentului de ieșire, aducând amplificarea în existență. Nu toate, dar majoritatea dispozitivelor electronice conțin unul sau mai multe tipuri de tranzistoare. Unele dintre tranzistoare plasate individual sau, în general, în circuite integrate, care variază în funcție de aplicațiile lor de stare.

„Tranzistorul este o componentă de tip insectă cu trei picioare, care este plasată individual în unele dispozitive, dar în computere este împachetată în milioane de numere în microcipuri mici”

Din ce este format un tranzistor?

Tranzistorul este format din trei straturi de semiconductor, care au capacitatea de a reține curentul. Materialul conductor de energie electrică, cum ar fi siliciu și germaniu, are capacitatea de a transporta electricitatea între conductori și izolator, care a fost închis de fire de plastic. Materialele semiconductoare sunt tratate printr-o procedură chimică numită dopaj al semiconductorului. Dacă siliciul este dopat cu arsenic, fosfor și antimoniu, acesta va obține niște purtători suplimentari de sarcină, adică, electroni, sunt cunoscuți ca semiconductori de tip N sau negativi, în timp ce dacă siliciul este dopat cu alte impurități precum borul, galiul, aluminiul, va obține mai puțini purtători de sarcină, adică găuri, sunt cunoscuți ca semiconductori de tip P sau pozitivi.

Cum funcționează tranzistorul?

Conceptul de lucru este partea principală pentru a înțelege cum să utilizați un tranzistor sau cum funcționează ?, există trei terminale în tranzistor:

• Baza: oferă bază electrozilor tranzistorului.

• Emițător: transportatori de taxe emiși de acesta.

• Colector: transportatori de taxe colectați prin aceasta.

Dacă tranzistorul este de tip NPN, trebuie să aplicăm o tensiune de 0,7v pentru a-l declanșa și pe măsură ce tensiunea aplicată pinului de bază tranzistorul se aprinde, ceea ce este condiția de polarizare directă și curentul începe să curgă prin colector către emițător (numit și saturație) regiune). Când tranzistorul este în stare de inversare polarizată sau pinul de bază este împământat sau nu are tensiune, tranzistorul rămâne în starea OFF și nu permite curentul de curent de la colector la emițător (numit și regiune de întrerupere).

În cazul în care tranzistorul este de tip PNP, este în mod normal în starea ON, dar nu trebuie spus perfect până când pinul de bază este perfect împământat. După împământarea pinului de bază, tranzistorul va fi în stare de polarizare inversă sau se spune că este pornit. Pe măsură ce alimentarea furnizată pinului de bază se oprește din conducerea curentului de la colector la emițător și tranzistorul a spus că este în starea OFF sau în condiții de polarizare directă.

Pentru protecția tranzistorului conectăm o rezistență în serie cu acesta, pentru a găsi valoarea acelei rezistențe folosim formula de mai jos:

R _B = V _BE / I _B

Diferite tipuri de tranzistoare:

În principal, putem împărți tranzistorul în două categorii tranzistor de joncțiune bipolară (BJT) și tranzistor cu efect de câmp (FET). Mai departe îl putem împărți ca mai jos:

Tranzistor de joncțiune bipolar (BJT)

Un tranzistor de joncțiune bipolar este alcătuit din semiconductor dopat cu trei terminale, adică bază, emițător și colector. În această procedură sunt implicate ambele găuri și electroni. O cantitate mare de curent care trece în colector la emițător se schimbă modificând curentul mic de la terminal la emițător. Acestea sunt, de asemenea, numite ca dispozitive controlate curent. NPN și PNP sunt două părți principale ale BJT-urilor, așa cum am discutat mai devreme. BJT a pornit dând intrare la bază, deoarece are cea mai mică impedanță pentru toți tranzistoarele. Amplificarea este, de asemenea, cea mai mare pentru toți tranzistoarele.

Cele Tipurile de BJT sunt după cum urmează:

1. Tranzistor NPN:

În regiunea mijlocie a tranzistorului NPN, adică baza este de tip p, iar cele două regiuni externe, de exemplu, emițătorul și colectorul sunt de tip n.

În modul activ înainte, tranzistorul NPN este părtinitor. Prin sursa de curent continuu Vbb, baza către joncțiunea emițător va fi polarizată înainte. Prin urmare, la această joncțiune regiunea de epuizare va fi redusă. Joncțiunea colector-bază este polarizată invers, regiunea de epuizare a colector-bază va crește. Purtătorii de încărcare majoritari sunt electroni pentru emițătorul de tip n. Joncțiunea emițătorului de bază este polarizată înainte, astfel încât electronii se deplasează spre regiunea de bază. Prin urmare, acest lucru determină curentul emițătorului Ie. Regiunea de bază este subțire și ușor dopată de găuri, combinația electron-găuri formată și unii electroni rămân în regiunea de bază. Acest lucru provoacă un curent de bază foarte mic Ib. Joncțiunea colectorului de bază este inversată polarizată spre găurile din regiunea de bază și electronii din regiunea colectorului, dar este polarizată spre electronii din regiunea de bază. Electronii rămași din regiunea de bază atrași de terminalul colectorului determină curentul colectorului Ic. Consultați mai multe despre tranzistorul NPN aici.

2. tranzistor PNP:

În regiunea mijlocie a tranzistorului PNP, adică, baza este de tip n, iar cele două regiuni externe, adică colectorul și emițătorul, sunt de tip p.

După cum am discutat mai sus în tranzistorul NPN, acesta funcționează și în modul activ. Purtătorii de încărcare majoritari sunt găuri pentru emițătorul de tip p. Pentru aceste găuri, joncțiunea emițătorului de bază va fi polarizată înainte și se deplasează spre regiunea de bază. Acest lucru determină curentul emițătorului Ie. Regiunea de bază este subțire și ușor dopată de electroni, se formează o combinație electron-găuri și unele găuri rămân în regiunea de bază. Acest lucru provoacă un curent de bază foarte mic Ib. Joncțiunea colectorului de bază este inversată polarizată spre găurile din regiunea de bază și găurile din regiunea colectorului, dar este polarizată spre găurile din regiunea de bază. Găurile rămase din regiunea de bază atrase de terminalul colectorului determină curentul colectorului Ic. Consultați mai multe despre tranzistorul PNP aici.

Ce sunt configurațiile tranzistorului?

În general, există trei tipuri de configurații, iar descrierile lor cu privire la câștig sunt după cum urmează:

Configurare bază comună (CB): Nu are câștig de curent, dar are câștig de tensiune.

Configurare Common Collector (CC): Are câștig de curent, dar nu are câștig de tensiune.

Configurație emițător comun (CE): are câștig de curent și câștig de tensiune.

Configurare bază tranzistor comună (CB):

În acest circuit, baza este plasată comună atât pentru intrare cât și pentru ieșire. Are o impedanță de intrare redusă (50-500 ohmi). Are o impedanță mare de ieșire (1-10 mega ohmi). Tensiuni măsurate în raport cu bornele de bază. Deci, tensiunea și curentul de intrare vor fi Vbe & Ie și tensiunea și curentul de ieșire vor fi Vcb & Ic.

Câștigul curent va fi mai mic decât unitatea, adică alfa (dc) = Ic / Ie
Câștigul de tensiune va fi mare.
Câștigul de putere va fi mediu.

Configurare transistor comun emițător (CE):

În acest circuit, emițătorul este plasat comun atât pentru intrare, cât și pentru ieșire. Semnalul de intrare se aplică între bază și emițător, iar semnalul de ieșire se aplică între colector și emițător. Vbb și Vcc sunt tensiunile. Are o impedanță mare de intrare, adică (500-5000 ohmi). Are o impedanță de ieșire redusă, adică (50-500 kilo ohmi).

Câștigul curent va fi mare (98), adică beta (dc) = Ic / Ie
Câștigul de putere este de până la 37db.
Ieșirea va fi defazată la 180 de grade.

Configurare colector comun tranzistor:

În acest circuit, colectorul este plasat comun atât pentru intrare, cât și pentru ieșire. Acest lucru este cunoscut și ca adept emițător. Are o impedanță de intrare mare (150-600 kilo ohmi) și o impedanță de ieșire mică (100-1000 ohmi).

Câștigul curent va fi mare (99).
Câștigul de tensiune va fi mai mic decât unitatea.
Câștigul de putere va fi mediu.

Tranzistor cu efect de câmp (FET):

Tranzistorul cu efect de câmp conține cele trei regiuni, cum ar fi o sursă, o poartă, un canal de scurgere. Acestea sunt numite dispozitive controlate de tensiune, deoarece controlează nivelul de tensiune. Pentru a controla comportamentul electric, câmpul electric aplicat extern poate fi ales de aceea numit ca tranzistoare cu efect de câmp. În acest sens, curentul curge datorită purtătorilor de sarcină majoritari, adică electronii, prin urmare cunoscut și sub numele de tranzistor uni-polar. Are în principal impedanță de intrare mare în mega ohmi cu conductivitate de frecvență scăzută între drenaj și sursă controlată de câmp electric. FET-urile sunt extrem de eficiente, viguroase și cu costuri mai mici.

Tranzistoarele cu efect de câmp sunt de două tipuri, adică tranzistoarele cu efect de câmp de joncțiune (JFET) și tranzistoarele cu efect de câmp de oxid de metal (MOSFET). Actualele treceri între cele două canale numite ca n-canal și p-canal.

Tranzistor cu efect de câmp de joncțiune (JFET)

Tranzistorul cu efect de câmp de joncțiune nu are joncțiune PN, dar în locul materialelor semiconductoare cu rezistivitate ridicată, acestea formează canale de siliciu de tip n & p pentru fluxul purtătorilor de încărcare majoritari cu două terminale fie de scurgere, fie de un terminal sursă. În canalul n, fluxul curentului este negativ, în timp ce fluxul curentului în canalul p este pozitiv.

Funcționarea JFET:

Există două tipuri de canale în JFET denumite ca: n-channel JFET & p-channel JFET

JFET N-Channel:

Aici trebuie să discutăm despre funcționarea principală a JFET n-canal pentru două condiții, după cum urmează:

În primul rând, când Vgs = 0, Aplicați o tensiune pozitivă mică la terminalul de scurgere unde Vds este pozitiv. Datorită acestei tensiuni aplicate Vds, electronii curg de la sursă la drenaj cauzând curentul de drenaj Id. Canalul dintre drenaj și sursă acționează ca rezistență. Fie canalul n uniform. Diferite niveluri de tensiune stabilite de curentul de scurgere Id și se deplasează de la sursă la scurgere. Tensiunile sunt cele mai mari la borna de scurgere și cea mai mică la borna sursă. Scurgerea este inversată, astfel încât stratul de epuizare este mai larg aici.

Vds crește, Vgs = 0 V

Stratul de epuizare crește, lățimea canalului se reduce. Vds crește la un nivel în care două regiuni de epuizare se ating, această condiție cunoscută sub numele de proces pinch-off și provoacă tensiunea de pinch Vp.

Aici, Id pinched –off scade la 0 MA & Id ajunge la nivelul de saturație. Id cu Vgs = 0 cunoscut sub numele de curent de saturație a sursei de scurgere (Idss). Vds a crescut la Vp unde Id-ul curent rămâne același și JFET acționează ca o sursă de curent constantă.

În al doilea rând, când Vgs nu este egal cu 0, Aplicați Vgs negative și Vds variază. Lățimea regiunii de epuizare crește, canalul devine îngust și rezistența crește. Fluxuri de curent de scurgere mai mici și atinge nivelul de saturație. Datorită Vg-urilor negative, nivelul de saturație scade, Id scade. Tensiunea pinch-off scade continuu. Prin urmare, se numește dispozitiv controlat de tensiune.

Caracteristicile JFET:

Caracteristicile prezintă diferite regiuni, care sunt după cum urmează:

Regiune ohmică: Vgs = 0, strat de epuizare mic.

Regiune de întrerupere: De asemenea, cunoscută sub numele de regiune de prindere, deoarece rezistența canalului este maximă.

Saturație sau regiune activă: controlată de tensiunea sursei de poartă, unde tensiunea sursei de scurgere este mai mică.

Regiune de defalcare: Tensiunea dintre drenaj și sursă este mare cauză defectare în canalul rezistiv.

Canal JFET P:

JFET cu canal p funcționează la fel ca JFET cu canal n, dar au apărut unele excepții, adică datorită găurilor, curentul canalului este pozitiv și polaritatea tensiunii de polarizare trebuie inversată.

Scurgeți curentul în regiunea activă:

Id = Idss

Rezistența canalului sursă de scurgere: Rds = delta Vds / delta Id

Tranzistor cu efect de câmp de oxid de metal (MOSFET):

Tranzistorul cu efect de câmp oxid de metal este, de asemenea, cunoscut sub numele de tranzistor cu efect de câmp controlat de tensiune. Aici, electronii de poartă de oxid metalic izolați electric de canalul n și canalul p de un strat subțire de dioxid de siliciu denumit sticlă.

Curentul dintre canal și sursă este direct proporțional cu tensiunea de intrare.

Este un dispozitiv cu trei terminale, adică poartă, golire și sursă. Există două tipuri de MOSFET prin funcționarea canalelor, adică MOSFET cu canal p și MOSFET cu canal n.

Există două forme de tranzistor cu efect de câmp de oxid de metal, adică tip de epuizare și tip de îmbunătățire.

Tipul de epuizare: necesită Vgs, adică tensiunea sursei de poartă pentru a se opri și modul de epuizare este egal cu întrerupătorul normal închis.

Vgs = 0, dacă Vgs este pozitiv, electronii sunt mai mulți și dacă Vgs este negativ, electronii sunt mai puțini.

Tip de îmbunătățire: necesită Vgs, adică tensiunea sursei porții pentru a porni și modul de îmbunătățire este egal cu întrerupătorul normal deschis.

Aici, terminalul suplimentar este substrat utilizat la împământare.

Tensiunea sursei porții (Vgs) este mai mare decât tensiunea pragului (Vth)

Moduri de polarizare pentru tranzistoare:

Biasing-ul se poate face prin cele două metode, adică biasing-ul direct și polarizarea inversă, în timp ce, în funcție de polarizare, există patru circuite diferite de polarizare, după cum urmează:

Bias de bază fix și Bias de rezistență fix:

În figură, rezistorul de bază Rb conectat între bază și Vcc. Joncțiunea emițătorului de bază este polarizată înainte din cauza căderii de tensiune Rb care duce la curgerea Ib prin ea. Aici Ib este obținut de la:

Ib = (Vcc-Vbe) / Rb

Acest lucru duce la un factor de stabilitate (beta +1) care duce la o stabilitate termică scăzută. Aici expresiile tensiunilor și curenților adică, Vb = Vbe = Vcc-IbRb Vc = Vcc-IcRc = Vcc-Vce Ic = Beta Ib Ie = Ic

Bias de feedback al colecționarului:

În această figură, rezistorul de bază Rb conectat între colector și terminalul de bază al tranzistorului. Prin urmare, tensiunea de bază Vb și tensiunea colectorului Vc sunt similare între ele prin aceasta

Vb = Vc-IbRb Unde, Vb = Vcc- (Ib + Ic) Rc

Prin aceste ecuații, Ic scade Vc, ceea ce reduce Ib, reducând automat Ic.

Aici, factorul (beta +1) va fi mai mic de unul, iar Ib conduce la reducerea câștigului amplificatorului.

Deci, tensiunile și curenții pot fi dați ca-

Vb = Vbe Ic = beta Ib Ie este aproape egal cu Ib

Distorsiune de feedback dublă:

În această figură, este forma modificată peste circuitul de bază al feedback-ului colectorului. Deoarece are circuit suplimentar R1 care crește stabilitatea. Prin urmare, creșterea rezistenței de bază duce la variații ale beta, adică câștig.

Acum, I1 = 0,1 Ic Vc = Vcc- (Ic + I (Rb) Rc Vb = Vbe = I1R1 = Vc- (I1 + Ib) Rb Ic = beta Ib Ie este aproape egal cu Ic

Bias fix cu rezistența emițătorului:

În această figură, este la fel ca circuitul de polarizare fixă, dar are conectat un rezistor de emițător suplimentar Re. Ic crește din cauza temperaturii, Ie crește, de asemenea, ceea ce crește din nou căderea de tensiune în Re. Acest lucru are ca rezultat reducerea Vc, reduce Ib, care readuce iC la valoarea sa normală. Câștigul de tensiune se reduce prin prezența Re.

Acum, Ve = Ie Re Vc = Vcc - Ic Rc Vb = Vbe + Ve Ic = beta Ib Ie este aproape egal cu Ic

Tendința emițătorului:

În această figură, există două tensiuni de alimentare Vcc și Vee sunt egale, dar opuse în polaritate. Aici, Vee este polarizat înainte la joncțiunea emițătorului de bază de Re și Vcc este polarizat invers la joncțiunea bază a colectorului.

Acum, Ve = -Vee + Ie Re Vc = Vcc- Ic Rc Vb = Vbe + Ve Ic = beta Ib Ie este aproape egal cu Ib Unde, Re >> Rb / beta Vee >> Vbe

Ceea ce oferă un punct de operare stabil.

Distorsiune de feedback a emițătorului:

În această figură, folosește atât colectorul ca feedback și feedback-ul emițătorului pentru o stabilitate mai mare. Datorită fluxului curentului emițătorului Ie, căderea de tensiune se produce pe rezistorul emițătorului Re, prin urmare joncțiunea de bază a emițătorului va fi polarizată înainte. Aici, temperatura crește, Ic crește, de asemenea crește. Acest lucru duce la o cădere de tensiune la Re, tensiunea colectorului Vc scade și Ib scade, de asemenea. Rezultă că câștigul de ieșire va fi redus. Expresiile pot fi date ca:

Irb = 0,1 Ic = Ib + I1 Ve = IeRe = 0,1Vcc Vc = Vcc- (Ic + Irb) Rc Vb = Vbe + Ve = I ₁ R1 = Vc- (I ₁ + Ib0Rb) Ic = beta Ib Ie este aproape egal la I c

Tendința divizorului de tensiune:

În această figură, folosește forma divizorului de tensiune a rezistorului R1 și R2 pentru a polariza tranzistorul. Formele de tensiune la R2 vor fi tensiunea de bază, deoarece polarizează înainte joncțiunea bază-emițător. Aici, I2 = 10Ib.

Acest lucru se face pentru a neglija curentul divizorului de tensiune și apar modificări ale valorii beta.

Ib = Vcc R2 / R1 + R2 Ve = Ie Re Vb = I2 R2 = Vbe + Ve

Ic rezistă schimbărilor atât în beta, cât și în Vbe, ceea ce duce la un factor de stabilitate de 1. În acest mod, Ic crește cu creșterea temperaturii, adică crește cu creșterea tensiunii emițătorului Ve care reduce tensiunea de bază Vbe. Acest lucru duce la scăderea curentului de bază ib și ic la valorile sale reale.

Aplicații ale tranzistoarelor

Tranzistoarele pentru majoritatea pieselor sunt utilizate în aplicații electronice, cum ar fi amplificatoare de tensiune și putere.
Folosit ca comutatoare în multe circuite.
Folosit la realizarea circuitelor logice digitale, adică, ȘI, NU etc.
Tranzistoarele sunt inserate în orice, adică în plite pe computere.
Folosit în microprocesor ca jetoane în care miliarde de tranzistoare sunt integrate în interiorul acestuia.
În zilele anterioare, acestea sunt utilizate în aparate de radio, echipamente telefonice, capete auditive etc.
De asemenea, acestea sunt utilizate mai devreme în tuburile de vid în dimensiuni mari.
Sunt folosite în microfoane pentru a schimba și semnale sonore în semnale electrice.