Kuidas transistor töötab ja kus seda kasutatakse?

Sisendsignaaliga pooljuhtelektrooniline element loob, võimendab ja muudab integraallülitustes ja süsteemides impulsse teabe salvestamiseks, töötlemiseks ja edastamiseks. Transistor on takistus, mille funktsiooni reguleerib pinge emitteri ja aluse või allika ja paisu vahel, olenevalt mooduli tüübist.

Transistoride tüübid

Transistore kasutatakse laialdaselt digitaalsete ja analoogsete IC-de valmistamisel, et nullida staatiline tarbijavool ja saavutada parem lineaarsus. Transistoride tüübid erinevad selle poolest, et mõnda juhitakse pingemuutustega, teisi aga vooluhälbega.

Väljasiini moodulid töötavad suurema alalisvoolutakistusega, kõrgel sagedusel muundamine ei suurenda energiakulusid. Kui me ütleme lihtsate sõnadega, mis on transistor, siis on see suure võimendusservaga moodul. See väljatüüpide omadus on suurem kui bipolaarsetel tüüpidel. Esimestel puudub laengukandjate hajumine, mis kiirendab tööd.

Väljapooljuhte kasutatakse sagedamini eeliste tõttu bipolaarsete tüüpide ees:

• võimas takistus sisendis konstantse voolu ja kõrge sagedusega, see vähendab juhtimiseks vajalikku energiakadu;
• Ebaoluliste elektronide kogunemine, mis kiirendab transistori tööd;
• liikuvate osakeste transport;
• stabiilsus temperatuurikõikumiste korral;
• Madal müratase süstimise puudumise tõttu;
• Madal energiatarve töö ajal.

Transistoride tüübid ja nende omadused määravad eesmärgi. Bipolaarset tüüpi transistorküte suurendab voolu piki teed kollektorist emitterini. Neil on negatiivne takistustegur ja liikuvad kandjad voolavad emitterist kollektorisse. Õhuke alus on eraldatud p-n üleminekutega ja vool tekib ainult siis, kui liikuvad osakesed kogunevad ja süstivad need alusesse. Mõned laengukandjad püütakse kinni külgneva p-n-siirde poolt ja kiirendatakse, seega arvutatakse transistoride parameetrid.

Väljatransistoridel on veel üks eelis, mida tuleks mainida mannekeenide puhul. Need on ühendatud paralleelselt ilma takistuse võrdsustamiseta. Takistit selleks ei kasutata, sest väärtus kasvab automaatselt koormuse muutudes. Kõrge lülitusvoolu väärtuse saamiseks värvatakse moodulite kompleks, mida kasutatakse inverterites või muudes seadmetes.

Bipolaarset transistorit ei tohiks paralleelselt ühendada, funktsionaalsete parameetrite määramine toob kaasa asjaolu, et tuvastatakse pöördumatu termiline purunemine. Need omadused on seotud lihtsate p-n kanalite tehniliste omadustega. Moodulid ühendatakse paralleelselt takistite abil, et ühtlustada voolu emitteri ahelates. Sõltuvalt funktsionaalsetest omadustest ja individuaalsetest eripäradest transistoride klassifikatsioonis eristatakse bipolaarseid ja väljaefekti tüüpe.

Bipolaarsed transistorid

Bipolaarseid konstruktsioone toodetakse kolme juhiga pooljuhtseadmetena. Iga elektrood sisaldab auku p juhtivuse või lisandi n juhtivusega kihte.Kihi konfiguratsiooni valik määrab p-n-p või n-p-n tüüpi seadmete vabastamise. Kui seade on sisse lülitatud, kannavad augud ja elektronid samaaegselt erinevat tüüpi laenguid, kaasatud on 2 tüüpi osakesi.

Kandjad liiguvad difusioonimehhanismi tõttu. Aine aatomid ja molekulid tungivad läbi naabermaterjali molekulidevahelise võre, mille järel nende kontsentratsioon võrdsustub kogu mahu ulatuses. Ülekandmine toimub suure tihedusega aladelt madala sisaldusega kohtadesse.

Elektronid levivad ka osakeste ümber oleva jõuvälja toimel, kui legeerivad lisandid on põhimassis ebaühtlaselt kaasatud. Seadme töö kiirendamiseks muudetakse keskmise kihiga ühendatud elektrood õhukeseks. Äärejuhte nimetatakse emitteriks ja kollektoriks. Ristmiku pöördpinge karakteristikud ei oma tähtsust.

Väljatransistorid

Väljatransistor juhib takistust rakendatud pingest tuleneva elektrilise põikvälja abil. Kohta, kust elektronid kanalisse liiguvad, nimetatakse allikaks ja äravool näeb välja nagu laengu sisenemise lõpp-punkt. Juhtpinge liigub läbi juhtme, mida nimetatakse väravaks. Seadmed jagunevad kahte tüüpi:

• juhtseadmega p-n-siirde;
• TIR-transistorid isoleeritud väravaga.

Esimene tüüp sisaldab pooljuhtplaati, mis on ühendatud juhitava ahelaga vastaskülgedel (äravoolu ja allika) elektroodidega. Pärast plaadi ühendamist väravaga tekib teistsugune juhtivus. Sisendahelasse sisestatud alalisvoolu eelpingeallikas tekitab ristmikul lukustuspinge.

Ka võimendatud impulsi allikas on sisendahelas. Pärast sisendpinge muutmist teisendatakse p-n-siirde vastav indeks.Laetud elektronide voolu võimaldava kanali ristmiku kihi paksust ja ristlõike pindala muudetakse kristallis. Kanali laius sõltub tühjenduspiirkonna (värava all) ja substraadi vahelisest ruumist. Juhtvoolu algus- ja lõpp-punktis juhitakse tühjenduspiirkonna laiuse muutmisega.

TIR-transistori iseloomustab asjaolu, et selle värav on kanalikihist isoleeritud. Pooljuhtkristallides, mida nimetatakse substraadiks, luuakse vastupidise märgiga legeeritud saidid. Neil on juhid - äravool ja allikas, mille vahel on dielektrik vähem kui mikroni kaugusel. Metallelektrood - värav - asetatakse isolaatorile. Saadud struktuuri tõttu, mis sisaldab metalli, dielektrilist kihti ja pooljuhti, omistatakse transistoridele lühend TIR.

Disain ja tööpõhimõte algajatele

Tehnoloogiad ei tööta mitte ainult elektrilaengu, vaid ka magnetvälja, valguskvantide ja footonitega. Transistori tööpõhimõte seisneb olekutes, mille vahel seade lülitub. Vastupidine väike ja suur signaal, avatud ja suletud olek - see on seadmete kahekordne töö.

Koos kompositsioonis oleva pooljuhtmaterjaliga, mida kasutatakse monokristalli kujul, mis on mõnes kohas legeeritud, on transistori konstruktsioonis:

• metallist juhtmed;
• dielektrilised isolaatorid;
• Transistori korpus on valmistatud klaasist, metallist, plastikust, metallkeraamikast.

Enne bipolaarsete või polaarsete seadmete leiutamist kasutati aktiivsete elementidena elektroonilisi vaakumtorusid. Nende jaoks välja töötatud ahelaid kasutatakse pärast modifitseerimist pooljuhtseadmete tootmisel. Neid saab ühendada transistorina ja rakendada, kuna paljud torude funktsionaalsed omadused sobivad väljatüüpide töö kirjeldamiseks.

Lampide transistoridega asendamise eelised ja puudused

Transistoride leiutamine on stiimul uuendusliku tehnoloogia kasutuselevõtuks elektroonikas. Võrgus kasutatakse kaasaegseid pooljuhtelemente, võrreldes vanade toruahelatega on sellistel arendustel eelised:

• Väike suurus ja kerge kaal, mis on miniatuurse elektroonika jaoks oluline;
• võimalus rakendada seadmete tootmisel automatiseeritud protsesse ja rühmitada etappe, mis vähendab kulusid;
• Väikeste vooluallikate kasutamine madalpinge vajaduse tõttu;
• hetkeline aktiveerimine, katoodi pole vaja soojendada;
• Suurenenud energiatõhusus tänu väiksemale võimsuse hajumisele;
• vastupidavus ja töökindlus;
• sujuv suhtlemine võrgu täiendavate elementidega;
• vastupidavus vibratsioonile ja löökidele.

Puudused ilmnevad järgmistes sätetes:

• Ränitransistorid ei tööta pingetel, mis on suuremad kui 1 kW; lambid on efektiivsed väärtustel, mis on suuremad kui 1-2 kW;
• transistorite kasutamisel suure võimsusega raadioringhäälinguvõrkudes või UHF-saatjates on vajalik paralleelselt ühendatud väikese võimsusega võimendite sobitamine;
• pooljuhtelementide haavatavus elektromagnetilise signaali suhtes;
• tundlik reaktsioon kosmilistele kiirtele ja kiirgusele, mis nõuab kiirguskindlate mikroskeemide väljatöötamist.

Vahetusskeemid

Ühes ahelas töötamiseks vajab transistor 2 sisend- ja väljundviiku. Peaaegu kõikidel pooljuhtide tüüpidel on ainult 3 ühenduspunkti. Keerulisest olukorrast väljumiseks määratakse üks otstest ühiseks. Seega on järgmised kolm levinumat juhtmestiku skeemi:

• Bipolaarse transistori jaoks;
• polaarseade;
• avatud äravooluga (kollektoriga).

Bipolaarne seade on ühendatud ühise emitteriga nii pinge kui ka voolu võimendamiseks (OE). Muudel juhtudel sobib see digitaalkiibi kontaktidega, kui välise vooluahela ja sisemise ühendusplaani vahel on suur pinge.Nii toimib ühiskollektori ühendus ja toimub ainult voolu suurenemine (OK). Kui on vaja pinget tõsta, sisestatakse element ühise alusega (CB). Variant töötab hästi komposiitkaskaadahelates, kuid seda kasutatakse harva ühe transistori konstruktsioonides.

Ahelasse kuuluvad TIR- ja p-n-siirdetüüpide väljapooljuhtseadmed:

• ühise emitteriga (SI) - bipolaarse mooduli omaga sarnane ühendus
• ühise väljundiga (OC) - OC-tüübiga sarnane ühendus
• liiteväravaga (JG) - sarnane OB kirjeldusele.

Avatud äravooluga plaanides on transistor koos ühise emitteriga kiibi osana. Kollektori tihvt ei ole mooduli teiste osadega ühendatud ja koormus läheb välimisse pistikusse. Pingete ja kollektorivoolude intensiivsuse valik tehakse pärast projekti paigaldamist. Avatud äravooluseadmed töötavad võimsate väljundastmete, siini draiverite ja TTL-loogikaahelatega ahelates.

Milleks on transistorid?

Rakendus eristub sõltuvalt seadme tüübist - bipolaarne moodul või väliseade. Miks on transistore vaja? Kui on vaja madalat voolutugevust, näiteks digitaalsete plaanide puhul, kasutatakse väljaefektitüüpe. Analoogahelad saavutavad suure võimenduse lineaarsuse laias toitepinge ja väljundparameetrite vahemikus.

Bipolaarsete transistoride rakenduste hulka kuuluvad võimendid, nende kombinatsioonid, detektorid, modulaatorid, transistoride loogikaahelad ja loogikatüüpi inverterid.

Transistoride rakendused sõltuvad nende omadustest. Need töötavad kahes režiimis:

• Võimendi reguleerimisel väljundimpulsi muutmine juhtsignaali väikeste kõrvalekalletega;
• võtmejärjekorras, kontrollides koormuste võimsust, kui sisendvool on nõrk, transistor on täielikult suletud või avatud.

Pooljuhtmooduli tüüp ei muuda selle töötingimusi.Allikas on ühendatud koormusega nagu lüliti, helivõimendi, valgustusseade, see võib olla elektrooniline andur või suure võimsusega kõrvalasuv transistor. Vool alustab koormusseadme tööd ja transistor ühendatakse seadme ja allika vahelisse ahelasse. Pooljuhtmoodul piirab seadmesse mineva võimsuse hulka.

Transistori väljundis olev takistus muudetakse vastavalt juhtjuhi pingetele. Voolu ja pinge vooluringi alguses ja lõpus varieerub ja suureneb või väheneb ning sõltub transistori tüübist ja selle ühendamise viisist. Kontrollitud toiteallika juhtimine toob kaasa voolu suurenemise, võimsuse impulsi või pinge suurenemise.

Mõlemat tüüpi transistore kasutatakse järgmistes rakendustes:

1. Digiregulatsioonis. Välja on töötatud digitaal-analoogmuunduritel (DAC) põhinevate digitaalvõimendite ahelate eksperimentaalsed kujundused.
2. Impulssgeneraatorites. Sõltuvalt seadme tüübist töötab transistor võtme- või lineaarses järjekorras, et taasesitada vastavalt ristkülikukujulisi või suvalisi signaale.
3. Elektroonilistes riistvaraseadmetes. Teabe ja programmide kaitsmiseks varguse, ebaseadusliku võltsimise ja kasutamise eest. Töö toimub võtmerežiimis, voolu juhitakse analoogkujul ja reguleeritakse impulsi laiusega. Transistorid pannakse elektrimootori ajamisse, impulsspinge stabilisaatoritesse.

Monokristallilised pooljuhid ja ahelate avamise ja sulgemise moodulid suurendavad võimsust, kuid toimivad ainult lülititena. Digitaalseadmed kasutavad kulutõhusate moodulitena väljatransistore. Tootmismeetodid integreeritud katsete kontseptsioonis hõlmavad transistoride tootmist ühel ränikiibil.

Kristallide miniaturiseerimine toob kaasa kiiremad arvutid, vähem energiat ja vähem soojust.

Seotud artiklid: