Базовая электроника - транзисторы

Получив хорошие знания о работе диода, который представляет собой одиночный PN-переход, давайте попробуем соединить два PN-перехода, которые образуют новый компонент под названием Transistor . Транзистор - это трехполюсное полупроводниковое устройство, которое регулирует ток или напряжение и действует как переключатель или затвор для сигналов.

Зачем нам нужны транзисторы?

Предположим, что у вас есть FM-приемник, который захватывает нужный вам сигнал. Полученный 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 достоверный вывод. Следовательно, нам нужно усилить сигнал. Усиление означает увеличение силы сигнала.

Это всего лишь пример. Усиление необходимо везде, где необходимо увеличить мощность сигнала. Это сделано транзистором. Транзистор также действует как переключатель для выбора между доступными опциями. Он также регулирует входящий ток и напряжение сигналов.

Конструктивные детали транзистора

Транзистор представляет собой трехполюсное твердотельное устройство, которое формируется путем подключения двух диодов друг к другу. Следовательно, у него есть два PN перехода . Три клеммы вытянуты из трех полупроводниковых материалов, присутствующих в нем. Этот тип подключения предлагает два типа транзисторов. Это PNP и NPN, что означает материал N-типа между двумя P-типами, а другой материал типа P между двумя N-типами соответственно.

Конструкция транзисторов показана на следующем рисунке, который объясняет идею, рассмотренную выше.

Строительство Транзистора

Три клеммы, взятые из транзистора, обозначают клеммы эмиттера, базы и коллектора. Они имеют свою функциональность, как описано ниже.

эмиттер

  • Левая сторона вышеописанной конструкции может пониматься как излучатель .

  • Он имеет умеренный размер и сильно легирован, поскольку его основной функцией является подача нескольких основных носителей , то есть электронов или дырок.

  • Поскольку это испускает электроны, это называется Эмиттером.

  • Это просто обозначено буквой Е.

База

  • Средний материал на рисунке выше - Основа .

  • Это тонкий и слегка легированный .

  • Его основная функция заключается в передаче большинства носителей от эмиттера к коллектору.

  • Это обозначено буквой B.

Коллекционер

  • Материал с правой стороны на приведенном выше рисунке можно понимать как коллектор .

  • Его название подразумевает его функцию сбора носителей .

  • Это немного больше по размеру, чем излучатель и база. Это умеренно легированный .

  • На это указывает буква C.

Символы транзисторов PNP и NPN показаны ниже.

Символы Транзисторов

Стрелка на приведенных выше рисунках указывает на эмиттер транзистора. Поскольку коллектор транзистора должен рассеивать гораздо большую мощность, он становится большим. Благодаря специфическим функциям излучателя и коллектора они не являются взаимозаменяемыми . Следовательно, клеммы всегда следует учитывать при использовании транзистора.

В практическом транзисторе рядом с выводом эмиттера имеется выемка для идентификации. Транзисторы PNP и NPN можно дифференцировать с помощью мультиметра. На следующем рисунке показано, как выглядят разные практические транзисторы.

Практические Транзисторы

Мы уже обсуждали конструктивные детали транзистора, но чтобы понять работу транзистора, сначала нам нужно знать о смещении.

Транзистор смещения

Поскольку мы знаем, что транзистор представляет собой комбинацию из двух диодов, у нас есть два перехода здесь. Так как одно соединение находится между эмиттером и базой, которое называется соединением эмиттер -база, и аналогично, другое соединение коллектор-база .

Смещение контролирует работу схемы, обеспечивая источник питания. Функция обоих PN-переходов контролируется путем обеспечения смещения цепи через некоторый источник постоянного тока. На рисунке ниже показано, как смещен транзистор.

Транзисторы смещения

Посмотрев на рисунок выше, мы понимаем, что

  • Материал N-типа снабжен отрицательной подачей, а материал Р-типа - положительной, чтобы создать прямое смещение в цепи.

  • Материал N-типа имеет положительную подачу, а материал P-типа имеет отрицательную подачу, чтобы вызвать обратное смещение цепи.

При подаче питания базовое соединение эмиттера всегда смещено вперед, так как сопротивление эмиттера очень мало. Основание коллектора коллектора имеет обратное смещение, и его сопротивление немного выше. Небольшого прямого смещения достаточно в соединении эмиттера, в то время как высокое обратное смещение должно быть применено в коллекторном соединении.

Направление тока, указанное в схемах выше, также называемое условным током, представляет собой движение тока дырок, противоположное току электронов .

Операция PNP Транзистор

Работу PNP-транзистора можно объяснить, посмотрев на следующий рисунок, на котором соединение эмиттер-база смещено вперед, а соединение коллектор-база смещено обратно.

Операция PNP

Напряжение V EE обеспечивает положительный потенциал на эмиттере, который отталкивает отверстия в материале P-типа, и эти отверстия пересекают переход эмиттер-основание, чтобы достичь базовой области. Там очень низкий процент дырок рекомбинирует со свободными электронами N-области. Это обеспечивает очень низкий ток, который составляет базовый ток I B. Оставшиеся отверстия пересекают коллектор-основание, образуя ток коллектора I C , который является током отверстия.

Когда отверстие достигает клеммы коллектора, электрон от отрицательной клеммы аккумулятора заполняет пространство в коллекторе. Этот поток медленно увеличивается, и меньший ток электрона течет через эмиттер, где каждый электрон, попадающий на положительную клемму V EE , заменяется отверстием, двигаясь в направлении соединения эмиттера. Это составляет ток эмиттера I E.

Следовательно, мы можем понять, что -

  • Проводимость в транзисторе PNP проходит через отверстия.
  • Ток коллектора немного меньше тока эмиттера.
  • Увеличение или уменьшение тока эмиттера влияет на ток коллектора.

Операция NPN Транзистор

Работу NPN-транзистора можно объяснить, посмотрев на следующую фигуру, на которой соединение эмиттер-база смещено в прямом направлении, а соединение коллектор-база имеет обратное смещение.

NPN Операция

Напряжение V EE обеспечивает отрицательный потенциал на эмиттере, который отталкивает электроны в материале N-типа, и эти электроны пересекают переход эмиттер-основание, чтобы достичь базовой области. Там очень низкий процент электронов рекомбинирует со свободными дырками P-области. Это обеспечивает очень низкий ток, который составляет базовый ток I B. Оставшиеся отверстия пересекают коллектор-основание, образуя ток коллектора I C.

Когда электрон выходит из коллектора и входит в положительную клемму батареи, электрон от отрицательной клеммы батареи V EE входит в область эмиттера. Этот поток медленно увеличивается, и электрический ток течет через транзистор.

Следовательно, мы можем понять, что -

  • Проводимость в NPN-транзисторе происходит через электроны.
  • Ток коллектора выше, чем ток эмиттера.
  • Увеличение или уменьшение тока эмиттера влияет на ток коллектора.

преимущества

Есть много преимуществ транзистора, таких как -

  • Усиление высокого напряжения.
  • Более низкого напряжения питания достаточно.
  • Наиболее подходит для приложений с низким энергопотреблением.
  • Меньше и легче по весу.
  • Механически прочнее, чем вакуумные трубки.
  • Не требуется внешний нагрев, как вакуумные трубки.
  • Очень подходит для интеграции с резисторами и диодами для производства интегральных схем.

Есть несколько недостатков, так как они не могут быть использованы для приложений с высокой мощностью из-за меньшего рассеивания мощности. Они имеют более низкий входной импеданс и зависят от температуры.