Базовая электроника - Транзисторы
Получив хорошие знания о работе диода, который представляет собой одиночный PN-переход, давайте попробуем соединить два PN-перехода, которые сделают новый компонент, названный Transistor. АTransistor представляет собой трехконтактное полупроводниковое устройство, которое регулирует ток или напряжение и действует как переключатель или затвор для сигналов.
Зачем нужны транзисторы?
Предположим, у вас есть FM-приемник, который улавливает нужный вам сигнал. Принимаемый сигнал, очевидно, будет слабым из-за помех, с которыми он столкнется во время своего путешествия. Теперь, если этот сигнал читается как есть, вы не можете получить удовлетворительный результат. Следовательно, нам нужно усилить сигнал.Amplification означает увеличение мощности сигнала.
Это всего лишь пример. Усиление необходимо везде, где необходимо увеличить мощность сигнала. Это делается транзистором. Транзистор также действует какswitchвыбирать между доступными вариантами. Это такжеregulates входящий current and voltage сигналов.
Конструктивные детали транзистора
Транзистор представляет собой твердотельное устройство с тремя выводами, которое образовано путем соединения двух диодов друг за другом. Следовательно, он получилtwo PN junctions. Три вывода вытянуты из трех присутствующих в нем полупроводниковых материалов. Этот тип подключения предлагает два типа транзисторов. Они естьPNP и NPN что означает, что материал N-типа между двумя типами P, а другой - материал P-типа между двумя N-типами соответственно.
Конструкция транзисторов показана на следующем рисунке, который поясняет рассмотренную выше идею.
Три вывода транзистора обозначают выводы эмиттера, базы и коллектора. Их функции описаны ниже.
Эмиттер
Левую часть показанной выше структуры можно понимать как Emitter.
Это имеет moderate size и является heavily doped поскольку его основная функция заключается в supply номер majority carriers, т.е. либо электроны, либо дырки.
Поскольку он испускает электроны, он называется эмиттером.
Это просто обозначается буквой E.
База
Средний материал на приведенном выше рисунке - это Base.
Это thin и lightly doped.
Его основная функция - pass большинство носителей от эмиттера до коллектора.
Об этом свидетельствует буква B.
Коллектор
Материал правой стороны на приведенном выше рисунке можно понимать как Collector.
Его название подразумевает его функцию collecting the carriers.
Это a bit largerпо размеру, чем эмиттер и база. этоmoderately doped.
Об этом свидетельствует буква C.
Обозначения транзисторов PNP и NPN показаны ниже.
В arrow-head на рисунках выше указаны emitterтранзистора. Поскольку коллектор транзистора должен рассеивать гораздо большую мощность, его делают большим. Из-за специфических функций эмиттера и коллектора ониnot interchangeable. Следовательно, при использовании транзистора всегда следует помнить о клеммах.
В практическом транзисторе рядом с выводом эмиттера есть выемка для идентификации. Транзисторы PNP и NPN можно различить с помощью мультиметра. На следующем рисунке показано, как выглядят разные практические транзисторы.
До сих пор мы обсуждали детали конструкции транзистора, но для понимания работы транзистора сначала нам нужно знать о смещении.
Смещение транзистора
Поскольку мы знаем, что транзистор представляет собой комбинацию двух диодов, у нас здесь два перехода. Поскольку между эмиттером и базой находится одно соединение, это называетсяEmitter-Base junction и аналогично, другой Collector-Base junction.
Biasingконтролирует работу схемы, обеспечивая источник питания. Функционирование обоих PN-переходов контролируется смещением цепи через источник постоянного тока. На рисунке ниже показано смещение транзистора.
Глядя на рисунок выше, можно понять, что
Материал типа N обеспечивает отрицательное питание, а материал P-типа - положительное напряжение, чтобы сделать цепь Forward bias.
Материал N-типа обеспечивает положительное питание, а материал P-типа - отрицательное питание, чтобы сделать цепь Reverse bias.
Применяя силу, emitter base junction всегда forward biasedтак как сопротивление эмиттера очень маленькое. Вcollector base junction является reverse biasedи его сопротивление немного выше. На эмиттерном переходе достаточно небольшого прямого смещения, тогда как на коллекторном переходе должно быть приложено большое обратное смещение.
Направление тока, указанное в схемах выше, также называется Conventional Current, - движение дырочного тока, которое opposite to the electron current.
Транзистор PNP
Функционирование транзистора PNP можно объяснить, взглянув на следующий рисунок, на котором переход эмиттер-база смещен в прямом направлении, а переход коллектор-база смещен в обратном направлении.
Напряжение VEEсоздает положительный потенциал на эмиттере, который отталкивает дырки в материале P-типа, и эти дырки пересекают переход эмиттер-база, чтобы достичь области базы. Там очень низкий процент дырок рекомбинирует со свободными электронами N-области. Это обеспечивает очень низкий ток, который составляет базовый ток.IB. Остальные отверстия пересекают переход коллектор-база и составляют ток коллектора.IC, который является током дырки.
Когда отверстие достигает клеммы коллектора, электрон с отрицательной клеммы аккумулятора заполняет пространство коллектора. Этот поток медленно увеличивается, и ток электронного меньшинства течет через эмиттер, где каждый электрон, попадающий на положительный выводVEE, заменяется дырой, двигаясь к эмиттерному переходу. Это составляет ток эмиттера.IE.
Следовательно, мы можем понять, что -
- Проводимость в транзисторе PNP осуществляется через отверстия.
- Коллекторный ток немного меньше эмиттерного.
- Увеличение или уменьшение тока эмиттера влияет на ток коллектора.
Работа NPN-транзистора
Работу NPN-транзистора можно объяснить, взглянув на следующий рисунок, на котором переход эмиттер-база смещен в прямом направлении, а переход коллектор-база смещен в обратном направлении.
Напряжение VEEсоздает отрицательный потенциал на эмиттере, который отталкивает электроны в материале N-типа, и эти электроны пересекают переход эмиттер-база, чтобы достичь базовой области. Там очень низкий процент электронов рекомбинирует со свободными дырками P-области. Это обеспечивает очень низкий ток, который составляет базовый ток.IB. Остальные отверстия пересекают переход коллектор-база, образуя ток коллектора.IC.
Когда электрон выходит из клеммы коллектора и входит в положительную клемму батареи, электрон из отрицательной клеммы батареи VEEпопадает в область эмиттера. Этот поток медленно увеличивается, и через транзистор течет электронный ток.
Следовательно, мы можем понять, что -
- Проводимость в NPN-транзисторе осуществляется через электроны.
- Ток коллектора выше, чем ток эмиттера.
- Увеличение или уменьшение тока эмиттера влияет на ток коллектора.
Преимущества
У транзистора много преимуществ, таких как:
- Усиление высокого напряжения.
- Достаточно более низкого напряжения питания.
- Наиболее подходит для приложений с низким энергопотреблением.
- Меньше и легче по весу.
- Механически прочнее электронных ламп.
- Не требуется внешнего нагрева, как у вакуумных ламп.
- Очень подходит для интеграции с резисторами и диодами для производства микросхем.
У них есть несколько недостатков, например, они не могут использоваться для приложений с высокой мощностью из-за меньшего рассеивания мощности. У них более низкий входной импеданс, и они зависят от температуры.