Bagaimana cara kerja transistor dan di mana digunakan?

Elemen elektronik semikonduktor dengan sinyal input menciptakan, memperkuat, dan memodifikasi pulsa di sirkuit dan sistem terintegrasi untuk menyimpan, memproses, dan mentransmisikan informasi. Transistor adalah resistansi yang fungsinya diatur oleh tegangan antara emitor dan basis atau sumber dan gerbang, tergantung pada jenis modulnya.

Jenis Transistor

Transistor banyak digunakan dalam pembuatan IC digital dan analog untuk menghilangkan arus konsumen statis dan memperoleh peningkatan linearitas. Jenis transistor berbeda karena beberapa dikendalikan oleh perubahan tegangan, sementara yang lain dikendalikan oleh penyimpangan arus.

Modul fieldbus beroperasi pada resistansi DC yang lebih tinggi, transformasi pada frekuensi tinggi tidak meningkatkan biaya energi. Jika kita mengatakan apa itu transistor dengan kata-kata sederhana, itu adalah modul dengan keunggulan gain tinggi. Karakteristik tipe medan ini lebih besar daripada tipe bipolar. Yang pertama tidak memiliki disipasi pembawa muatan, yang mempercepat operasi.

Semikonduktor medan lebih sering digunakan karena keunggulan dibandingkan tipe bipolar:

• resistensi yang kuat pada input pada arus konstan dan frekuensi tinggi, ini mengurangi kehilangan energi untuk kontrol;
• Tidak adanya penumpukan elektron yang tidak penting, yang mempercepat operasi transistor;
• pengangkutan partikel bergerak;
• stabilitas di bawah fluktuasi suhu;
• Kebisingan rendah karena kurangnya injeksi;
• Konsumsi daya rendah selama operasi.

Jenis transistor dan sifat-sifatnya menentukan tujuannya. Pemanasan transistor tipe bipolar meningkatkan arus di sepanjang jalur dari kolektor ke emitor. Mereka memiliki koefisien resistansi negatif dan pembawa yang bergerak mengalir ke kolektor dari emitor. Basis tipis dipisahkan oleh sambungan p-n, dan arus hanya terjadi ketika partikel bergerak menumpuk dan menyuntikkannya ke basis. Beberapa pembawa muatan ditangkap oleh sambungan p-n yang berdekatan dan dipercepat, sehingga parameter transistor dihitung.

Transistor efek medan memiliki jenis keuntungan lain, yang harus disebutkan untuk boneka. Mereka terhubung secara paralel tanpa pemerataan hambatan. Resistor tidak digunakan untuk tujuan ini, karena nilainya tumbuh secara otomatis saat beban berubah. Untuk mendapatkan nilai arus switching yang tinggi, modul kompleks direkrut, yang digunakan pada inverter atau perangkat lain.

Transistor bipolar tidak boleh dihubungkan secara paralel, penentuan parameter fungsional mengarah pada fakta bahwa kerusakan termal yang bersifat ireversibel terdeteksi. Properti ini terkait dengan kualitas teknis saluran p-n sederhana. Modul dihubungkan secara paralel menggunakan resistor untuk menyamakan arus di sirkuit emitor. Tergantung pada fitur fungsional dan spesifikasi individu dalam klasifikasi transistor, jenis efek bipolar dan efek medan dibedakan.

Transistor Bipolar

Desain bipolar diproduksi sebagai perangkat semikonduktor dengan tiga konduktor. Masing-masing elektroda mencakup lapisan dengan konduktivitas p lubang atau konduktivitas n pengotor.Pilihan konfigurasi lapisan menentukan pelepasan jenis perangkat p-n-p atau n-p-n. Ketika perangkat dihidupkan, berbagai jenis muatan secara bersamaan dibawa oleh lubang dan elektron, 2 jenis partikel terlibat.

Pembawa bergerak karena mekanisme difusi. Atom dan molekul zat menembus kisi antarmolekul dari bahan tetangga, setelah itu konsentrasinya disamakan di seluruh volume. Pemindahan dilakukan dari area dengan kepadatan tinggi ke tempat dengan konten rendah.

Elektron juga merambat di bawah aksi medan gaya di sekitar partikel ketika aditif paduan dimasukkan secara tidak merata ke dalam massa dasar. Untuk mempercepat aksi perangkat, elektroda yang terhubung ke lapisan tengah dibuat tipis. Konduktor tepi disebut emitor dan kolektor. Karakteristik tegangan balik dari sambungan tidak penting.

Transistor Efek Medan

Transistor efek medan mengontrol resistansi melalui medan transversal listrik yang timbul dari tegangan yang diberikan. Tempat dari mana elektron berpindah ke saluran disebut sumber, dan saluran pembuangan tampak seperti titik akhir masuknya muatan. Tegangan kontrol berjalan melalui konduktor yang disebut gerbang. Perangkat dibagi menjadi 2 jenis:

• dengan persimpangan p-n kontrol;
• Transistor TIR dengan gerbang terisolasi.

Jenis pertama berisi wafer semikonduktor, yang terhubung ke sirkuit terkontrol dengan elektroda di sisi yang berlawanan (drain dan sumber). Jenis konduktivitas yang berbeda terjadi setelah pelat dihubungkan ke gerbang. Sumber bias DC yang dimasukkan ke dalam rangkaian input menghasilkan tegangan pengunci pada sambungan.

Sumber pulsa yang diperkuat juga ada di sirkuit input. Setelah tegangan input diubah, indeks yang sesuai pada sambungan p-n diubah.Ketebalan lapisan dan luas penampang saluran dalam kristal yang memungkinkan aliran elektron bermuatan dimodifikasi. Lebar saluran tergantung pada ruang antara daerah penipisan (di bawah gerbang) dan substrat. Arus kontrol pada titik awal dan akhir dikendalikan dengan mengubah lebar daerah penipisan.

Transistor TIR dicirikan oleh fakta bahwa gerbangnya diisolasi dari lapisan saluran. Dalam kristal semikonduktor, yang disebut substrat, situs yang didoping dengan tanda berlawanan dibuat. Mereka memiliki konduktor - saluran pembuangan dan sumber, di antaranya ada dielektrik pada jarak kurang dari satu mikron. Elektroda logam - gerbang - ditempatkan pada isolator. Karena struktur yang dihasilkan, mengandung logam, lapisan dielektrik dan semikonduktor, transistor diberi singkatan TIR.

Desain dan prinsip operasi untuk pemula

Teknologi beroperasi tidak hanya dengan muatan listrik, tetapi juga dengan medan magnet, kuanta cahaya, dan foton. Prinsip operasi transistor terletak pada status di mana perangkat beralih. Sinyal kecil dan besar yang berlawanan, keadaan terbuka dan tertutup - ini adalah operasi ganda perangkat.

Seiring dengan bahan semikonduktor dalam komposisi, digunakan dalam bentuk kristal tunggal, didoping di beberapa tempat, transistor dalam desainnya:

• timah logam;
• isolator dielektrik;
• Rumah transistor terbuat dari kaca, logam, plastik, logam-keramik.

Sebelum penemuan perangkat bipolar atau kutub, tabung vakum elektronik digunakan sebagai elemen aktif. Sirkuit yang dikembangkan untuk mereka, setelah dimodifikasi, digunakan dalam produksi perangkat semikonduktor. Mereka dapat dihubungkan sebagai transistor dan diterapkan, karena banyak karakteristik fungsional tabung cocok untuk menggambarkan operasi jenis medan.

Keuntungan dan kerugian mengganti lampu dengan transistor

Penemuan transistor merupakan stimulus untuk pengenalan teknologi inovatif dalam elektronik. Elemen semikonduktor modern digunakan dalam jaringan, dibandingkan dengan sirkuit tabung lama, perkembangan tersebut memiliki keunggulan:

• Ukuran kecil dan ringan, yang penting untuk elektronik mini;
• kemungkinan untuk menerapkan proses otomatis dalam produksi perangkat dan mengelompokkan tahapan, yang mengurangi biaya;
• Penggunaan sumber arus berukuran kecil karena kebutuhan tegangan rendah;
• aktivasi seketika, tidak perlu memanaskan katoda;
• Peningkatan efisiensi energi karena disipasi daya yang lebih rendah;
• kekasaran dan keandalan;
• interaksi yang lancar dengan elemen tambahan dalam jaringan;
• ketahanan terhadap getaran dan goncangan.

Kerugian tersebut diwujudkan dalam ketentuan sebagai berikut:

• Transistor silikon tidak berfungsi pada tegangan lebih besar dari 1 kW; lampu efektif pada nilai lebih besar dari 1-2 kW;
• saat menggunakan transistor di jaringan penyiaran radio berdaya tinggi atau pemancar UHF, diperlukan pencocokan penguat daya rendah yang terhubung secara paralel;
• kerentanan elemen semikonduktor terhadap sinyal elektromagnetik;
• respons sensitif terhadap sinar kosmik dan radiasi, yang membutuhkan pengembangan sirkuit mikro tahan radiasi.

Skema Peralihan

Untuk beroperasi dalam satu rangkaian, transistor membutuhkan 2 pin input dan output. Hampir semua jenis semikonduktor hanya memiliki 3 titik koneksi. Untuk keluar dari kesulitan, salah satu ujungnya ditetapkan sebagai umum. Oleh karena itu 3 skema pengkabelan umum mengikuti:

• Untuk transistor bipolar;
• perangkat kutub;
• dengan saluran terbuka (kolektor).

Unit bipolar terhubung dengan emitor bersama untuk penguatan tegangan dan arus (OE). Dalam kasus lain, ini cocok dengan pin chip digital ketika ada tegangan besar antara sirkuit eksternal dan rencana koneksi internal.Beginilah cara kerja koneksi common-collector, dan hanya ada peningkatan arus (OK). Jika peningkatan tegangan diperlukan, elemen dimasukkan dengan basis umum (CB). Varian ini bekerja dengan baik di sirkuit kaskade komposit, tetapi jarang digunakan dalam desain transistor tunggal.

Perangkat semikonduktor lapangan dari varietas TIR dan p-n junction termasuk dalam rangkaian:

• dengan emitor umum (SI) - koneksi yang mirip dengan modul bipolar
• dengan output umum (OC) - koneksi yang mirip dengan tipe OC
• dengan gerbang bersama (JG) - mirip dengan deskripsi OB.

Dalam rencana saluran terbuka, transistor disertakan dengan emitor bersama sebagai bagian dari chip. Pin kolektor tidak terhubung ke bagian lain dari modul, dan beban masuk ke konektor luar. Pemilihan tegangan dan intensitas arus kolektor dilakukan setelah proyek instalasi. Perangkat open drain bekerja di sirkuit dengan tahapan output yang kuat, driver bus, dan sirkuit logika TTL.

Untuk apa transistor?

Aplikasi dibedakan tergantung pada jenis perangkat - modul bipolar atau perangkat lapangan. Mengapa transistor dibutuhkan? Jika ampere rendah diperlukan, seperti dalam rencana digital, jenis efek medan digunakan. Sirkuit analog mencapai linearitas gain tinggi pada rentang tegangan suplai dan parameter output yang luas.

Aplikasi untuk transistor bipolar termasuk amplifier, kombinasinya, detektor, modulator, rangkaian logika transistor, dan inverter tipe logika.

Aplikasi transistor tergantung pada karakteristiknya. Mereka beroperasi dalam 2 mode:

• Dalam memperkuat regulasi, mengubah pulsa keluaran dengan penyimpangan kecil dari sinyal kontrol;
• dalam urutan kunci, mengendalikan kekuatan beban ketika arus input lemah, transistor sepenuhnya tertutup atau terbuka.

Jenis modul semikonduktor tidak mengubah kondisi operasinya.Sumber terhubung ke beban seperti sakelar, penguat suara, perlengkapan pencahayaan, bisa berupa sensor elektronik atau transistor daya tinggi yang berdekatan. Arus memulai pengoperasian perangkat beban, dan transistor terhubung di sirkuit antara unit dan sumber. Modul semikonduktor membatasi jumlah daya yang masuk ke unit.

Resistansi pada output transistor diubah sesuai dengan tegangan pada konduktor kontrol. Arus dan tegangan pada awal dan akhir rangkaian bervariasi dan meningkat atau menurun dan tergantung pada jenis transistor dan cara menghubungkannya. Mengontrol catu daya yang dikendalikan menyebabkan peningkatan arus, pulsa daya, atau peningkatan tegangan.

Kedua jenis transistor digunakan dalam aplikasi berikut:

1. Dalam regulasi digital. Desain eksperimental rangkaian penguat digital berdasarkan konverter digital-ke-analog (DAC) telah dikembangkan.
2. Dalam generator pulsa. Tergantung pada jenis unit, transistor beroperasi dalam urutan kunci atau linier untuk masing-masing mereproduksi sinyal persegi panjang atau sewenang-wenang.
3. Dalam perangkat keras elektronik. Untuk melindungi informasi dan program dari pencurian, perusakan dan penggunaan ilegal. Operasi berlangsung dalam mode kunci, arus dikontrol dalam bentuk analog dan diatur oleh lebar pulsa. Transistor dimasukkan ke dalam penggerak motor listrik, penstabil tegangan pulsa.

Semikonduktor dan modul monokristalin untuk membuka dan menutup sirkuit meningkatkan daya, tetapi hanya berfungsi sebagai sakelar. Perangkat digital menggunakan transistor tipe medan sebagai modul hemat biaya. Teknik manufaktur dalam konsep eksperimen terintegrasi melibatkan produksi transistor pada satu chip silikon.

Miniaturisasi kristal menghasilkan komputer yang lebih cepat, lebih sedikit energi, dan lebih sedikit panas yang dihasilkan.

Artikel terkait: