เครื่องใช้ไฟฟ้าพื้นฐาน - ทรานซิสเตอร์

หลังจากมีความรู้ที่ดีเกี่ยวกับการทำงานของไดโอดซึ่งเป็นทางแยก PN เดียวให้เราลองเชื่อมต่อทางแยก PN สองตัวซึ่งสร้างส่วนประกอบใหม่ที่เรียกว่า Transistor. กTransistor เป็นอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์สามขั้วที่ควบคุมการไหลของกระแสหรือแรงดันและทำหน้าที่เป็นสวิตช์หรือประตูสำหรับสัญญาณ

ทำไมเราถึงต้องการทรานซิสเตอร์?

สมมติว่าคุณมีเครื่องรับ FM ที่จับสัญญาณที่คุณต้องการได้ สัญญาณที่ได้รับจะอ่อนลงอย่างเห็นได้ชัดเนื่องจากมีการรบกวนระหว่างการเดินทาง ตอนนี้ถ้าสัญญาณนี้ถูกอ่านตามที่เป็นอยู่คุณจะไม่ได้ผลลัพธ์ที่ยุติธรรม ดังนั้นเราต้องขยายสัญญาณAmplification หมายถึงการเพิ่มความแรงของสัญญาณ

นี่เป็นเพียงตัวอย่างเท่านั้น จำเป็นต้องมีการขยายสัญญาณทุกที่ที่ต้องเพิ่มความแรงของสัญญาณ สิ่งนี้ทำได้โดยทรานซิสเตอร์ ทรานซิสเตอร์ยังทำหน้าที่เป็นswitchเพื่อเลือกระหว่างตัวเลือกที่มี นอกจากนี้ยังregulates ขาเข้า current and voltage ของสัญญาณ

รายละเอียดโครงสร้างของทรานซิสเตอร์

ทรานซิสเตอร์เป็นอุปกรณ์โซลิดสเตตสามขั้วซึ่งเกิดจากการเชื่อมต่อไดโอดสองตัวกลับไปด้านหลัง ดังนั้นจึงมีtwo PN junctions. ขั้วสามขั้วถูกดึงออกมาจากวัสดุเซมิคอนดักเตอร์ทั้งสามที่มีอยู่ในนั้น การเชื่อมต่อประเภทนี้มีทรานซิสเตอร์สองประเภท พวกเขาคือPNP และ NPN ซึ่งหมายถึงวัสดุประเภท N ระหว่างสอง Ptypes และอีกชนิดหนึ่งเป็นวัสดุประเภท P ระหว่าง N สองประเภทตามลำดับ

การสร้างทรานซิสเตอร์ดังแสดงในรูปต่อไปนี้ซึ่งอธิบายถึงแนวคิดที่กล่าวถึงข้างต้น

ขั้วทั้งสามที่ดึงออกมาจากทรานซิสเตอร์บ่งบอกถึงขั้ว Emitter, Base และ Collector มีฟังก์ชันการทำงานตามที่กล่าวไว้ด้านล่าง

ตัวส่ง

  • ด้านซ้ายมือของโครงสร้างที่แสดงด้านบนสามารถเข้าใจได้ว่า Emitter.

  • นี้มีไฟล์ moderate size และคือ heavily doped ตามหน้าที่หลักคือการ supply จำนวนของ majority carriersกล่าวคืออิเล็กตรอนหรือโฮล

  • เมื่อสิ่งนี้ปล่อยอิเล็กตรอนออกมาจึงเรียกว่าเป็น Emitter

  • สิ่งนี้ระบุด้วยตัวอักษร E.

ฐาน

  • วัสดุตรงกลางในรูปด้านบนคือ Base.

  • นี่คือ thin และ lightly doped.

  • หน้าที่หลักคือการ pass ผู้ให้บริการส่วนใหญ่จากตัวปล่อยไปยังตัวรวบรวม

  • สิ่งนี้ระบุด้วยตัวอักษร B.

นักสะสม

  • วัสดุด้านขวาในรูปด้านบนสามารถเข้าใจได้ว่าเป็นไฟล์ Collector.

  • ชื่อของมันแสดงถึงหน้าที่ของ collecting the carriers.

  • นี่คือ a bit largerมีขนาดมากกว่าตัวปล่อยและฐาน มันคือmoderately doped.

  • สิ่งนี้ระบุด้วยตัวอักษร C.

สัญลักษณ์ของทรานซิสเตอร์ PNP และ NPN มีดังแสดงด้านล่าง

arrow-head ในตัวเลขด้านบนระบุว่า emitterของทรานซิสเตอร์ เนื่องจากตัวสะสมของทรานซิสเตอร์ต้องกระจายพลังงานมากขึ้นจึงมีขนาดใหญ่ เนื่องจากฟังก์ชั่นเฉพาะของตัวปล่อยและตัวเก็บรวบรวมจึงเป็นnot interchangeable. ดังนั้นควรคำนึงถึงขั้วต่อเสมอในขณะที่ใช้ทรานซิสเตอร์

ในทรานซิสเตอร์ที่ใช้งานได้จริงจะมีรอยบากอยู่ใกล้กับตะกั่วตัวปล่อยเพื่อระบุตัวตน ทรานซิสเตอร์ PNP และ NPN สามารถสร้างความแตกต่างได้โดยใช้มัลติมิเตอร์ รูปต่อไปนี้แสดงให้เห็นว่าทรานซิสเตอร์ในทางปฏิบัติมีลักษณะอย่างไร

จนถึงตอนนี้เราได้พูดถึงรายละเอียดโครงสร้างของทรานซิสเตอร์แล้ว แต่เพื่อให้เข้าใจถึงการทำงานของทรานซิสเตอร์ก่อนอื่นเราต้องรู้เกี่ยวกับการให้น้ำหนัก

การให้น้ำหนักทรานซิสเตอร์

ดังที่เราทราบว่าทรานซิสเตอร์คือการรวมกันของไดโอดสองตัวเรามีทางแยกสองทางที่นี่ เนื่องจากทางแยกหนึ่งอยู่ระหว่างตัวปล่อยและฐานจึงเรียกว่าเป็นEmitter-Base junction และในทำนองเดียวกันอีกอย่างคือ Collector-Base junction.

Biasingกำลังควบคุมการทำงานของวงจรโดยจัดหาแหล่งจ่ายไฟ ฟังก์ชั่นของทางแยก PN ทั้งสองถูกควบคุมโดยการให้ไบแอสกับวงจรผ่านแหล่งจ่ายไฟ dc รูปด้านล่างแสดงให้เห็นว่าทรานซิสเตอร์มีความลำเอียงอย่างไร

เมื่อดูจากรูปด้านบนแล้วจะเข้าใจว่า

  • วัสดุประเภท N มีแหล่งจ่ายเชิงลบและวัสดุประเภท P จะได้รับอุปทานบวกเพื่อสร้างวงจร Forward bias.

  • วัสดุประเภท N มีแหล่งจ่ายบวกและวัสดุประเภท P จะได้รับแหล่งจ่ายเชิงลบเพื่อสร้างวงจร Reverse bias.

โดยการใช้พลังงาน emitter base junction ตลอดเวลา forward biasedเนื่องจากความต้านทานของตัวปล่อยมีขนาดเล็กมาก collector base junction คือ reverse biasedและความต้านทานสูงขึ้นเล็กน้อย อคติไปข้างหน้าเล็กน้อยเพียงพอที่จุดเชื่อมต่อตัวปล่อยในขณะที่ต้องใช้อคติย้อนกลับสูงที่จุดเชื่อมต่อตัวรวบรวม

ทิศทางของกระแสที่ระบุในวงจรด้านบนหรือที่เรียกว่า Conventional Currentคือการเคลื่อนที่ของรูปัจจุบันซึ่งก็คือ opposite to the electron current.

ทรานซิสเตอร์ PNP

การทำงานของทรานซิสเตอร์ PNP สามารถอธิบายได้โดยดูที่รูปต่อไปนี้ซึ่งทางแยกฐานของตัวปล่อยจะถูกส่งต่อแบบลำเอียงไปข้างหน้าและทางแยกฐานตัวสะสมจะมีความเอนเอียงแบบย้อนกลับ

แรงดันไฟฟ้า VEEให้ศักยภาพเชิงบวกที่ตัวปล่อยซึ่งขับไล่รูในวัสดุประเภท P และรูเหล่านี้ข้ามจุดเชื่อมต่อฐานตัวปล่อยเพื่อไปยังพื้นที่ฐาน มีเปอร์เซ็นต์ของหลุมที่รวมตัวกันใหม่ด้วยอิเล็กตรอนอิสระของพื้นที่ N ที่ต่ำมาก สิ่งนี้ให้กระแสไฟฟ้าต่ำมากซึ่งถือเป็นกระแสพื้นฐานIB. รูที่เหลือข้ามจุดเชื่อมต่อฐานตัวเก็บรวบรวมเพื่อสร้างกระแสสะสมICซึ่งก็คือรูปัจจุบัน

เมื่อรูมาถึงขั้วของตัวสะสมอิเล็กตรอนจากขั้วลบของแบตเตอรี่จะเติมช่องว่างในตัวสะสม การไหลนี้จะเพิ่มขึ้นอย่างช้าๆและกระแสไฟฟ้าส่วนน้อยของอิเล็กตรอนไหลผ่านตัวปล่อยซึ่งอิเล็กตรอนแต่ละตัวจะเข้าสู่ขั้วบวกของVEEถูกแทนที่ด้วยรูโดยการเคลื่อนไปยังทางแยกตัวปล่อย สิ่งนี้ถือเป็นกระแสของตัวปล่อยIE.

ดังนั้นเราจึงเข้าใจได้ว่า -

  • การนำในทรานซิสเตอร์ PNP เกิดขึ้นผ่านรู
  • กระแสสะสมน้อยกว่ากระแสอีซีแอลเล็กน้อย
  • กระแสอีซีแอลที่เพิ่มขึ้นหรือลดลงมีผลต่อกระแสสะสม

การดำเนินการ NPN ทรานซิสเตอร์

การทำงานของทรานซิสเตอร์ NPN สามารถอธิบายได้โดยดูที่รูปต่อไปนี้ซึ่งจุดเชื่อมต่อฐานตัวปล่อยเป็นแบบเอนเอียงไปข้างหน้าและทางแยกฐานตัวเก็บรวบรวมจะเอนเอียงแบบย้อนกลับ

แรงดันไฟฟ้า VEEให้ศักยภาพเชิงลบที่ตัวปล่อยซึ่งขับไล่อิเล็กตรอนในวัสดุประเภท N และอิเล็กตรอนเหล่านี้ข้ามจุดเชื่อมต่อฐานตัวปล่อยเพื่อไปถึงบริเวณฐาน มีเปอร์เซ็นต์ของอิเล็กตรอนที่รวมตัวกันใหม่โดยมีหลุมว่างของ P-region ต่ำมาก สิ่งนี้ให้กระแสไฟฟ้าต่ำมากซึ่งถือเป็นกระแสพื้นฐานIB. รูที่เหลือข้ามจุดเชื่อมต่อฐานตัวเก็บรวบรวมเพื่อสร้างกระแสสะสมIC.

เมื่ออิเล็กตรอนหลุดออกจากขั้วของตัวสะสมและเข้าสู่ขั้วบวกของแบตเตอรี่อิเล็กตรอนจากขั้วลบของแบตเตอรี่ VEEเข้าสู่พื้นที่ตัวปล่อย การไหลนี้จะเพิ่มขึ้นอย่างช้าๆและกระแสอิเล็กตรอนจะไหลผ่านทรานซิสเตอร์

ดังนั้นเราจึงเข้าใจได้ว่า -

  • การนำในทรานซิสเตอร์ NPN เกิดขึ้นผ่านอิเล็กตรอน
  • กระแสตัวสะสมสูงกว่ากระแสตัวปล่อย
  • กระแสอีซีแอลที่เพิ่มขึ้นหรือลดลงมีผลต่อกระแสสะสม

ข้อดี

ข้อดีของทรานซิสเตอร์มีหลายประการเช่น -

  • แรงดันไฟฟ้าสูง
  • แรงดันไฟฟ้าที่ต่ำกว่าเพียงพอ
  • เหมาะสมที่สุดสำหรับการใช้งานที่ใช้พลังงานต่ำ
  • น้ำหนักเบาและเบา
  • กลไกแข็งแรงกว่าหลอดสุญญากาศ
  • ไม่ต้องใช้ความร้อนภายนอกเช่นหลอดสุญญากาศ
  • เหมาะมากที่จะใช้ร่วมกับตัวต้านทานและไดโอดเพื่อผลิตไอซี

มีข้อเสียเล็กน้อยเช่นไม่สามารถใช้กับแอพพลิเคชั่นพลังงานสูงได้เนื่องจากการกระจายพลังงานที่ต่ำกว่า มีความต้านทานอินพุตต่ำกว่าและขึ้นอยู่กับอุณหภูมิ