A félvezető anyagból készült rádióelektronikai elem impulzusokat hoz létre, erősít és módosít az integrált áramkörökben és rendszerekben az információk tárolására, feldolgozására és továbbítására szolgáló, bemenő jelet használó integrált áramkörökben és rendszerekben. A tranzisztor egy olyan ellenállás, amelynek működését az emitter és a bázis vagy a forrás és a kapu közötti feszültség szabályozza, a modul típusától függően.
Tartalomjegyzék
A tranzisztorok típusai
A tranzisztorokat széles körben használják a digitális és analóg áramkörök gyártásában a statikus fogyasztói áram nullázására és a jobb linearitás elérésére. A tranzisztorok típusai abban különböznek, hogy egyeseket a feszültség változása, míg másokat az áram változása vezérel.
A mezőhatású tranzisztorok magasabb egyenáramú ellenállással működnek, a nagy frekvencián történő átalakítás nem növeli az energiaköltséget. Egyszerűen fogalmazva, ami egy tranzisztor, az egy modul, amelynek nagy erősítésű éle van. Ez a jellemző a mezőtípusoknál nagyobb, mint a bipoláris típusoknál. Az előbbiekben nincs töltéshordozó-elvezetés, ami felgyorsítja a működést.
A bipoláris típusokkal szembeni előnyei miatt gyakrabban használnak mezei félvezetőket:
- Erős bemeneti impedancia egyenáramnál és magas frekvencián, ez csökkenti a vezérlés teljesítményveszteségét;
- Nem halmozódnak fel nem szükséges elektronok, ami felgyorsítja a tranzisztor működését;
- a mozgó részecskék szállítása;
- stabilitás a hőmérséklet-ingadozások során;
- Alacsony zajszint a befecskendezés hiánya miatt;
- Alacsony energiafogyasztás működés közben.
A tranzisztorok típusai és tulajdonságaik határozzák meg a célt. A bipoláris típusú tranzisztor melegedése növeli az áramot a kollektortól az emitterig vezető úton. Negatív ellenállási együtthatóval rendelkeznek, és a mozgó hordozók az emitterről a kollektor felé áramlanak. A vékony alapot p-n átmenetek választják el egymástól, és áram csak akkor keletkezik, amikor a mozgó részecskék felhalmozódnak és befecskendezik őket az alapba. A töltéshordozók egy részét a szomszédos p-n átmenet befogja és felgyorsítja, így tervezik a tranzisztorokat.
A térhatású tranzisztoroknak van egy másik típusú előnye, amelyet meg kell említeni a dummik számára. Párhuzamosan vannak csatlakoztatva, ellenálláskiegyenlítés nélkül. Erre a célra nem használnak ellenállásokat, mivel az érték automatikusan emelkedik a terhelés változásával. A nagy kapcsolási áramérték eléréséhez modulok komplexumát toborozzák, amelyet inverterekben vagy más eszközökben használnak.
A bipoláris tranzisztort nem szabad párhuzamosan kapcsolni, a funkcionális paraméterek meghatározása irreverzibilis jellegű termikus meghibásodás észleléséhez vezet. Ezek a tulajdonságok az egyszerű p-n csatornák műszaki tulajdonságaihoz kapcsolódnak. A modulokat ellenállások segítségével párhuzamosan kapcsolják össze, hogy az emitterkörökben az áramot kiegyenlítsék. A funkcionális jellemzőktől és az egyedi sajátosságoktól függően a tranzisztorok osztályozása bipoláris és terepi hatású típusokba sorolható.
Bipoláris tranzisztorok
A bipoláris kialakítások három vezetővel rendelkező félvezető eszközökként készülnek. Mindegyik elektródában vannak lyuk p-vezetőképességű vagy szennyező n-vezetőképességű rétegek. A rétegelrendezés megválasztása határozza meg a p-n-p vagy n-p-n típusú eszközök kiadását. Az eszköz bekapcsolásakor különböző típusú töltéseket hordoznak a lyukak és az elektronok egyszerre, 2 típusú részecskéről van szó.
A hordozók szállítása diffúziós mechanizmussal történik. Egy anyag atomjai és molekulái behatolnak a szomszédos anyag intermolekuláris rácsába, és koncentrációjuk az egész térfogatban kiegyenlítődik. Az áthelyezés a nagy sűrűségű területekről az alacsony sűrűségű területekre történik.
Az elektronok a részecskéket körülvevő erőtér hatására akkor is terjednek, ha az ötvöző adalékanyagok egyenetlenül vannak beépítve az alaptömegbe. A készülék működésének felgyorsítása érdekében a középső réteghez csatlakoztatott elektródát vékonyra készítik. A peremvezetőket emitternek és kollektornak nevezzük. A csomópont fordított feszültségjellemzője lényegtelen.
Mezőhatású tranzisztorok
A térhatású tranzisztor egy alkalmazott feszültségből eredő elektromos keresztirányú mező segítségével szabályozza az ellenállást. Azt a helyet, ahonnan az elektronok a csatornába áramlanak, forrásnak nevezzük, a lefolyó pedig a töltések végső belépési pontjának tűnik. A vezérlőfeszültség egy kapunak nevezett vezetőn keresztül áramlik. Az eszközök 2 típusra oszthatók:
- p-n átmenet;
- TIR-tranzisztorok szigetelt kapuval.
Az első típus egy félvezető lapkát tartalmaz, amely ellentétes oldali elektródákkal (drain és source) kapcsolódik a vezérelt áramkörhöz. Másfajta vezetőképesség lép fel, miután a lemez csatlakozik a kapuhoz. A bemeneti áramkörbe helyezett egyenáramú előfeszítő forrás zárófeszültséget hoz létre a csomóponton.
Az erősített impulzus forrása szintén a bemeneti áramkörben van. Miután a bemeneti feszültség megváltozik, a p-n átmenetnél a megfelelő szám átalakul. A kristályban lévő, a töltött elektronok áramlását lehetővé tevő csatorna-összeköttetés rétegvastagsága és keresztmetszeti felülete módosul. A csatorna szélessége függ a (kapu alatti) fogyatkozási tartomány és a szubsztrát közötti távolságtól. A vezérlőáramot a kezdő- és végpontokon a kimerülési tartomány szélességének változtatásával szabályozzák.
A TIR-tranzisztort az jellemzi, hogy a kaput egy szigetelő választja el a csatornarétegtől. A félvezető kristályban, az úgynevezett szubsztrátban ellentétes előjelű adalékolt helyek jönnek létre. A vezetők - a drain és a source - ezekre vannak felszerelve, közöttük egy mikronnál kisebb távolságban dielektrikummal. A szigetelőre egy fémelektróda - a kapu - kerül. A fémet, dielektromos réteget és félvezetőt tartalmazó struktúra miatt a tranzisztorok a TIR rövidítést kapták.
Tervezés és működés kezdőknek
A technológia nemcsak elektromos töltéssel, hanem mágneses mezővel, fénykvantumokkal és fotonokkal is működik. A tranzisztor működési elve abban rejlik, hogy az eszköz milyen állapotok között kapcsol. Ellentétes kis és nagy jel, nyitott és zárt állapot - ez az eszközök kettős működése.
A tranzisztor az összetételében lévő, egyes helyeken adalékolt egykristály formájában használt félvezető anyaggal együtt a következő tulajdonságokkal rendelkezik felépítésében
- fémvezetékek;
- dielektromos szigetelők;
- Tranzisztorház üvegből, fémből, műanyagból, fémkerámiából.
A bipoláris vagy poláris eszközök feltalálása előtt aktív elemként elektronikus vákuumcsöveket használtak. Az ezekhez kifejlesztett áramköröket módosítások után félvezető eszközök gyártásához használják. Tranzisztorként lehetne őket összekapcsolni és alkalmazni, mert a vákuumcsövek számos funkcionális jellemzője alkalmas a terepi eszközök működésének leírásakor.
A csövek tranzisztorokkal történő helyettesítésének előnyei és hátrányai
A tranzisztorok feltalálása volt a motorja az innovatív technológia bevezetésének az elektronikában. A hálózatban modern félvezető elemeket használnak, és a régebbi csöves áramkörökhöz képest az ilyen fejlesztéseknek előnyei vannak:
- Kis méret és alacsony súly, ami fontos a miniatűr elektronika esetében;
- az automatizált folyamatok alkalmazásának lehetősége az eszközök gyártásában és a lépések csoportosítása, ami csökkenti a gyártási költségeket;
- Kis áramforrások használata az alacsony feszültségigény miatt;
- azonnali aktiválás, nincs szükség a katód felmelegítésére;
- Nagyobb energiahatékonyság az alacsonyabb fogyasztás miatt;
- robusztusság és megbízhatóság;
- zökkenőmentes kölcsönhatás a hálózat további elemeivel;
- rezgés- és ütésállóság.
A hátrányok a következő rendelkezésekben nyilvánulnak meg:
- A szilícium tranzisztorok 1 kW-nál nagyobb feszültségen nem működnek; a lámpák 1-2 kW feletti feszültségen hatékonyak;
- A tranzisztorok nagy teljesítményű műsorszóró vagy UHF-adókban történő alkalmazásakor a párhuzamosan kapcsolt kis teljesítményű erősítőket össze kell hangolni;
- Félvezető elemek sebezhetősége elektromágneses jelekkel szemben;
- érzékenyen reagálnak a kozmikus sugárzásra és a sugárzásra, ami e tekintetben sugárzásálló mikroáramkörök kifejlesztését teszi szükségessé.
Kapcsolási diagramok
Ahhoz, hogy egy tranzisztor egyetlen áramkörben működjön, 2 bemeneti és kimeneti érintkezőt igényel. Szinte minden félvezető eszköznek csak 3 csatlakozási pontja van. A kényszerhelyzetből való kilábalás érdekében az egyik véget közösnek kell kijelölni. Ezért 3 közös csatlakozási diagram létezik:
- egy bipoláris tranzisztor esetében;
- poláris eszköz;
- nyitott lefolyóval (kollektor).
Egy bipoláris egység közös emitterrel van összekötve mind a feszültség-, mind az áramerősítéshez (OE). Más esetekben egy digitális chip csapjaihoz illeszkedik, amikor a külső áramkör és a belső kapcsolási terv között magas feszültség van. Így működik a közös kollektorkapcsolás, és csak az áram növekedése van (OK). Ha feszültségnövelésre van szükség, az elemet közös bázissal (CB) vezetik be. Ez a lehetőség jól működik összetett kaszkádáramkörökben, de ritkán használják egy tranzisztoros konstrukciókban.
Az áramkörben TIR és p-n átmenetű félvezető eszközök szerepelnek:
- közös emitter (JE) - a bipoláris modul JE-hez hasonló csatlakozás
- közös kimenettel (OC) - az OC típushoz hasonló csatlakoztatás
- megosztott kapuval (SW) - hasonlóan az OE-hez.
A nyílt lefolyású tervekben a tranzisztor közös emitterrel szerepel a chip részeként. A kollektortüske nincs összekötve a modul más részeivel, és a terhelés a külső csatlakozóra megy. A feszültségek és kollektoráramok kiválasztása a projekt összeállítása után történik. A nyílt lefolyású eszközök nagy teljesítményű kimeneti fokozatokkal, buszmeghajtókkal és TTL logikai áramkörökkel rendelkező áramkörökben működnek.
Mire valók a tranzisztorok?
Az alkalmazás aszerint különbözik, hogy az eszköz bipoláris modul vagy térhatású tranzisztor. Miért van szükség tranzisztorokra? Ha alacsony áramokra van szükség, pl. digitális tervekben, akkor a mezőtípusokat használják. Az analóg áramkörök a tápfeszültségek és kimeneti paraméterek széles tartományában nagy erősítési linearitást érnek el.
A bipoláris tranzisztorok alkalmazásai közé tartoznak az erősítők, kombinációk, detektorok, modulátorok, tranzisztoros logikai áramkörök és logikai inverterek.
A tranzisztorok alkalmazási területei a jellemzőiktől függnek. 2 üzemmódban működnek:
- Az erősítőszabályozásban a kimeneti impulzus megváltoztatása a vezérlőjel kis eltéréseivel;
- A kulcsolási sorrendben, a terhelések teljesítményének vezérlésével, amikor a bemeneti áram alacsony, a tranzisztor teljesen zárt vagy teljesen nyitott.
A félvezető modul típusa nem változtatja meg a működési feltételeket. A forrás egy terheléshez van csatlakoztatva, pl. egy kapcsolóhoz, hangerősítőhöz, világítótesthez, ez lehet egy elektronikus érzékelő vagy egy erős szomszédos tranzisztor. Az áram elindítja a terhelési egység működését, és a tranzisztor az egység és a forrás közötti áramkörbe van bekötve. A félvezető modul korlátozza a készülék bemeneti teljesítményét.
A tranzisztor kimenetén lévő ellenállás a vezérlővezetéken lévő feszültségeknek megfelelően alakul át. Az áram és a feszültség az áramkör elején és végén változik, nő vagy csökken, és a tranzisztor típusától és a csatlakoztatás módjától függ. A vezérelt tápegység vezérlése az áram, a teljesítmény impulzus vagy a feszültség növekedéséhez vezet.
Mindkét típusú tranzisztort a következő alkalmazásokban használják:
- A digitális szabályozásban. Digitális-analóg átalakítókon (DAC) alapuló digitális erősítő áramkörök kísérleti terveit dolgozták ki.
- Impulzusgenerátorokban. Az egység típusától függően a tranzisztor kulcsos vagy lineáris sorrendben működik a négyszögletes vagy tetszőleges jelek reprodukálása érdekében.
- Elektronikus hardvereszközökben. Az információk és programok védelme a lopástól, az illegális manipulációtól és a felhasználástól. A működés kulcsos üzemmódban történik, az áramot analóg formában vezérli és az impulzusszélességgel szabályozza. A tranzisztorokat elektromos motorhajtásokba, impulzusfeszültség-szabályozókba helyezik.
A monokristályos félvezetők és az áramkörök nyitására és zárására szolgáló modulok növelik a teljesítményt, de csak kapcsolóként működnek. A mezőhatású tranzisztorokat költséghatékony modulokként használják a digitális eszközökben. Az integrált kísérletek koncepciójában szereplő gyártási technikák a tranzisztorok egyetlen szilíciumchipen történő előállítását foglalják magukban.
A kristályok miniatürizálása gyorsabb számítógépeket, kevesebb energiát és kisebb hőtermelést eredményez.
Kapcsolódó cikkek:
