Bipolārā tranzistora ierīce un darbība

Tranzistors ir aktīva pusvadītāja ierīce, ar kuras palīdzību tiek veikta pastiprināšana, pārveidošana un elektrisko svārstību ģenerēšana. Šādu tranzistora pielietojumu var novērot analogajā tehnoloģijā. Izņemot to tranzistori Tos izmanto arī digitālajās tehnoloģijās, kur tos izmanto taustiņu režīmā. Bet digitālajā aprīkojumā gandrīz visi tranzistori ir “paslēpti” integrētajās shēmās, turklāt milzīgos daudzumos un mikroskopiskos izmēros.

Šeit mēs pārāk nekavēsimies pie elektroniem, caurumiem un atomiem, kas jau tika aprakstīti iepriekšējā raksta daļās, bet daži no tiem, ja nepieciešams, joprojām būs jāatceras.

Pusvadītāju diode sastāv no viena p-n krustojuma, kura īpašības tika aprakstītas iepriekšējā raksta daļā. Tāpēc tranzistors, kā jūs zināt, sastāv no divām pārejām pusvadītāju diode var uzskatīt par tranzistora vai tā puses priekšteci.

Ja p-n krustojums atrodas miera stāvoklī, caurumi un elektroni tiek sadalīti, kā parādīts 1. attēlā, veidojot potenciālu barjeru. Mēs centīsimies neaizmirst elektronu, caurumu un jonu parādības, kas parādītas šajā attēlā.

1. attēls

Kā ir bipolārais tranzistors

Ierīce bipolārs tranzistors no pirmā acu uzmetiena vienkāršs. Lai to izdarītu, pietiek ar to, lai vienā pusvadītāju plāksnē, ko sauc par pamatni, izveidotu divus pn savienojumus. Ir aprakstītas dažas metodes pn krustojuma izveidošanai. iepriekšējās raksta daļāstāpēc mēs šeit neatkārtosimies.

Ja pamatnes vadītspēja ir p tipa, tad iegūtajam tranzistoram būs n-p-n struktūra (izrunā "en-pe-en"). Un, kad par pamatni izmanto n veida plāksni, tad iegūstam p-n-p struktūras tranzistoru (pe-en-pe).

Tiklīdz tas nonāca pie pamatnes, jums vajadzētu pievērst uzmanību šai lietai: pusvadītāju plāksne, ko izmanto kā bāzi, ir ļoti plāna, daudz plānāka nekā emitētājs un kolektors. Šis paziņojums ir jāatceras, jo tas būs vajadzīgs tranzistora darbības izskaidrošanas procesā.

Protams, lai izveidotu savienojumu ar “ārpasauli” no katra reģiona p un n, nāk stieples izeja. Katram no viņiem ir apgabala nosaukums, pie kura tas ir savienots: emitētājs, pamatne, kolektors. Šādu tranzistoru sauc par bipolāru tranzistoru, jo tas izmanto divu veidu uzlādes nesējus - caurumus un elektronus. Abu veidu tranzistoru shematiskā struktūra ir parādīta 2. attēlā.

2. attēls

Pašlaik silīcija tranzistori tiek izmantoti lielākā mērā. Ģerānijas tranzistori ir gandrīz pilnībā novecojuši, tos aizstās ar silīciju, tāpēc turpmākais stāsts būs par tiem, kaut arī germānija dažreiz tiks pieminēts. Lielākajai daļai silīcija tranzistoru ir n-p-n struktūra, jo šī struktūra ražošanā ir tehnoloģiski attīstītāka.

Papildu tranzistoru pāri

Germānijas tranzistoriem acīmredzot p-n-p struktūra bija tehnoloģiski attīstītāka, tāpēc germānija tranzistoriem lielākoties bija tieši šī struktūra. Lai gan kā komplementāru pāru daļu (tranzistori tuvojas parametriem, kas atšķīrās tikai pēc vadītspējas veida), tika ražoti arī germanija tranzistori ar atšķirīgu vadītspēju, piemēram, GT402 (p-n-p) un GT404 (n-p-n).

Šāds pāris tika izmantots kā izejas tranzistori dažādu radioiekārtu ULF. Un, ja nemodernie germānija tranzistori ir izgājuši vēsturē, tad joprojām tiek ražoti papildu silīcija tranzistoru pāri, sākot no tranzistoriem SMD paketēs un beidzot ar jaudīgiem tranzistoriem ULF izejas posmiem.

Starp citu, skaņas pastiprinātājus uz germānija tranzistoriem mūzikas mīļotāji uztvēra gandrīz kā caurulītes. Nu, varbūt nedaudz sliktāk, bet daudz labāk nekā silīcija tranzistora pastiprinātāji. Tas ir tikai atsaucei.

Kā darbojas tranzistors?

Lai saprastu, kā darbojas tranzistors, mums atkal būs jāatgriežas elektronu, caurumu, donoru un akceptoru pasaulē. Tiesa, tagad tas būs nedaudz vienkāršāks un pat interesantāks nekā iepriekšējās raksta daļās. Šāda piezīme bija jāizdara, lai nebiedētu lasītāju, ļautu to visu izlasīt līdz galam.

Iepriekš 3. attēlā parādīts tranzistoru nosacītais grafiskais apzīmējums uz elektriskajām ķēdēm, un zem tranzistoru p-n krustojumiem ir parādīti pusvadītāju diodes, kuras ir iekļautas arī pretējā virzienā. Šis attēlojums ir ļoti ērts, pārbaudot tranzistoru ar multimetru.

3. attēls

Un 4. attēls parāda tranzistora iekšējo struktūru.

Šajā attēlā jums nedaudz jāpakavējas, lai apsvērtu to sīkāk.

4. attēls

Tātad pašreizējā caurlaide vai nē?

Šeit parādīts, kā strāvas avots ir savienots ar n-p-n struktūras tranzistoru, un tieši tādā polaritātē tas ir savienots ar reāliem tranzistoriem reālās ierīcēs. Bet, ja paskatāsit cieši, izrādās, ka caur diviem p-n krustojumiem, caur diviem iespējamiem barjeriem, strāva neizies: neatkarīgi no tā, kā mainīsit sprieguma polaritāti, viens no krustojumiem obligāti būs bloķētā, nevadošā stāvoklī. Tāpēc tagad atstāsim visu, kā parādīts attēlā, un redzēsim, kas tur notiek.

Nekontrolēta strāva

Ieslēdzot pašreizējo avotu, kā parādīts attēlā, emitētāja bāzes (n-p) pāreja ir atvērtā stāvoklī un viegli nodos elektronus virzienā no kreisās uz labo pusi. Pēc kura elektroni saduras ar slēgtu pārejas bāzes emitētāju (p-n), kas pārtrauks šo kustību, elektronu ceļš tiks slēgts.

Bet, kā vienmēr un visur, visiem noteikumiem ir izņēmumi: daži ļoti veikli elektroni temperatūras ietekmē spēs pārvarēt šo barjeru. Tāpēc, kaut arī nenozīmīga strāva ar šādu iekļaušanu joprojām būs. Šo mazāko strāvu sauc par sākotnējo vai piesātinājuma strāvu. Pēdējais vārds ir saistīts ar faktu, ka visi brīvie elektroni, kas noteiktā temperatūrā spēj pārvarēt potenciālo barjeru, piedalās šīs strāvas veidošanā.

Sākotnējā strāva ir nekontrolējama, tā ir pieejama jebkuram tranzistoram, taču tajā pašā laikā tā ir maz atkarīga no ārējā sprieguma. Ja tas, spriegums, tiek ievērojami palielināts (saprātīgā diapazonā, kas norādīts katalogos), sākotnējā strāva daudz nemainīsies. Bet termiskā ietekme uz šo strāvu ir ļoti pamanāma.

Turpmāka temperatūras paaugstināšanās izraisa sākotnējās strāvas palielināšanos, kas savukārt var izraisīt pn krustojuma papildu sildīšanu. Šāda termiskā nestabilitāte var izraisīt termisku sabrukumu, tranzistora iznīcināšanu. Tādēļ jāveic pasākumi, lai atdzesētu tranzistorus un paaugstinātā temperatūrā nepielietojiet ārkārtēju spriegumu.

Tagad atcerieties bāzi

Iepriekš aprakstītais tranzistora iekļaušana tranzistorā praktiski shēmās netiek izmantota. Tāpēc 5. attēlā parādīta tranzistora pareiza iekļaušana. Lai to izdarītu, pamatnei bija jāpiemēro neliels spriegums attiecībā pret emitētāju un uz priekšu (atgādiniet diodi un atkal apskatiet 3. attēlu).

5. attēls

Ja diodes gadījumā viss šķiet skaidrs, - strāva atvērās un izgāja tai cauri, tad tranzistorā notiek citi notikumi. Emitētāja strāvas iedarbības rezultātā elektroni steidzas pie pamatnes ar vadītspēju p no emitētāja ar vadītspēju n. Šajā gadījumā daļu elektronu piepildīs caurumi, kas atrodas pamatnes reģionā, un caur bāzes spaili plūst nenozīmīga strāva - bāzes strāva Ib. Šeit jāatceras, ka pamatne ir plāna un tajā ir maz caurumu.

Atlikušie elektroni, kuriem nebija pietiekami daudz caurumu plānā pamatnē, ieskrien kolektorā un no turienes tiks izvadīti ar Ek-e kolektora akumulatora lielāku potenciālu. Šajā ietekmē elektroni pārvarēs otro potenciālo barjeru un caur akumulatoru atgriezīsies emitētājā.

Tādējādi mazs spriegums, kas tiek piemērots bāzes emitētāja savienojumam, veicina bāzes kolektora savienojuma atvēršanu, kas ir aizspriedumains pretējā virzienā. Faktiski tas ir tranzistora efekts.

Atliek tikai apsvērt, kā šis “mazais spriegums”, kas tiek piemērots pamatnei, ietekmē kolektora strāvu, kādas ir to vērtības un koeficienti. Bet par šo stāstu nākamajā raksta daļā par tranzistoriem.

Raksta turpinājums: Bipolāru tranzistoru raksturojums

Boriss Aladyshkin